【導(dǎo)讀】機(jī)載計(jì)算機(jī)主機(jī)對(duì)其電源部件的體積和重量提出了進(jìn)一步小型化的要求,然而現(xiàn)有的機(jī)載計(jì)算機(jī)電源,已經(jīng)普遍采用了開關(guān)式穩(wěn)壓電源,而且大部分都是集成模塊,要進(jìn)一步縮小電源的體積,減輕其重量,就有一定的難度。以下就實(shí)現(xiàn)電源小型化的途徑進(jìn)行分析和探討。
機(jī)載計(jì)算機(jī)電源的小型化途徑
機(jī)載計(jì)算機(jī)是一種抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī),其電源部件也必須滿足抗惡劣環(huán)境的要求,例如必須適應(yīng)-55℃~+60℃的環(huán)境溫度和較寬的輸入電壓變化范圍;還要耐振動(dòng)、撞擊,抗電磁干擾等高可靠性要求。因此,在分析和探討電源小型化的方案時(shí),須考慮到工作在惡劣環(huán)境下仍然滿足各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)。
采用功率密度更大的DC/DC變換器模塊
隨著功率電子學(xué)的興起與快速發(fā)展,DC/DC變換器集成電源模塊已被大量開發(fā)并投放市場(chǎng),而且得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,但各供應(yīng)商生產(chǎn)的模塊電源,其工作頻率、變換效率各不相同,在輸出功率相同的情況下,體積、重量相差較大,同時(shí)應(yīng)用環(huán)境也各不相同,因而設(shè)計(jì)體積小、重量輕,又能適應(yīng)惡劣環(huán)境下使用的電源部件,真正可選用的電源模塊并不多,只有幾種國(guó)外電源模塊可選用,如美國(guó)的VICOR、abbott,法國(guó)的GAA等電源模塊。
優(yōu)先選用具有多路輸出電壓的電源模塊
單路電壓輸出與多路電壓輸出的電源模塊,各有優(yōu)缺點(diǎn),前者只有一路輸出電壓,是直接受調(diào)控的,因而輸出電壓的精度高,后者輸出電壓好幾路,但只有主回路輸出的電壓精度高,其余的是間接受到控制,因而輸出電壓的精度比較低。由于多種電壓要由多塊單輸出模塊來(lái)實(shí)現(xiàn),所以要比直接采用多路電壓輸出模塊體積大。為了減小體積和重量,在滿足技術(shù)要求的前提下,應(yīng)優(yōu)先選用多路電壓輸出的電源模塊,如美國(guó)的abbott和法國(guó)的GAA模塊都有多路輸出。
采用低壓差線性集成穩(wěn)壓器作為二次穩(wěn)壓
在普遍采用開關(guān)式集成穩(wěn)壓模塊的情況下,線性集成穩(wěn)壓器(特別是低壓差的線性集成穩(wěn)壓器)仍然廣泛地被采用。例如采用三端低壓差線性集成穩(wěn)壓器,將5V經(jīng)二次穩(wěn)壓得到3.3V,將±15V經(jīng)二次穩(wěn)壓獲得精密的±10V電源。
必要的少量外圍分立元件也盡量采用體積小、重量輕的片式表面貼裝元件
采用集成電源模塊組成的電源部件,仍有少量的分立元件,如濾波用的電感器、X電容器和Y電容器,以及調(diào)節(jié)電壓的電阻器等,也一律采用貼片式。
電源部件所需的某些非標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓,當(dāng)無(wú)法從單塊電源模塊獲得時(shí),可采用標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出的小型電源模塊,進(jìn)行相互串聯(lián)得到.例如將體積小的±15VGAA電源模塊作單路輸出而得到±30V,再相互串聯(lián)得到±60V。
當(dāng)一家供應(yīng)商不能滿足體積、重量要求時(shí),可采用多家供應(yīng)商提供的電源模塊進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。
要減小整個(gè)電源的體積和重量,將電源模塊基板貼在機(jī)箱內(nèi)壁利用金屬殼體散熱是非常必要的。
某機(jī)載計(jì)算機(jī)電源的小型化設(shè)計(jì)
某機(jī)載計(jì)算機(jī)對(duì)電源的技術(shù)要求
(1)輸入電壓28.5V(23~32VDC);
(2)輸出電壓
電壓種類+5V±15V±24V±60V+12V
輸出電流5A0.8A2A0.1A0.2A
穩(wěn)壓精度≤±1%≤±1%≤±1%≤±2%≤±2%
紋波燥聲Vpp≤50mV≤80mV≤100mV≤100mV≤100mV
(3)工作溫度-55℃~+60℃;
(4)外形尺寸178mm×105mm×20mm;
(5)重量≤0.5kg;
(6)滿足其它機(jī)載條件。
根據(jù)技術(shù)要求確定電源部件的設(shè)計(jì)方案
根據(jù)該電源部件輸出電壓種類多,給定的外形尺寸小,且輸入電壓變化范圍大,工作溫度范圍寬等特點(diǎn),必須選用小型、高可靠性的軍檔電源模塊。
(1)5V(5A),±15V(0.8A)選用美國(guó)生產(chǎn)的abbott三路輸出NB50TM/5/15/15—C電源模塊,該模塊輸出5V(5A),±15V(0.83A),工作溫度-55℃~+100℃,金屬殼封裝,外形尺寸為76.2mm×50.8mm×9.7mm,其性能滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)±24V(2A)選用兩塊美國(guó)生產(chǎn)的VICOR電源模塊MIJ23MX/S,該模塊輸出24V(3.1A),工作溫度-55℃~+100℃,外形尺寸為57.9mm×45.7mm×12.7mm,其性能滿足設(shè)計(jì)要求。
(3)±60V(0.1A),+12V(0.2A)分別選用法國(guó)生產(chǎn)的GAA電源模塊MGDB04JF(/T)和MGDS04JE(/T),前者輸出±15V(130mA)或30V(130mA),后者輸出+12V(330mA),工作溫度均為-55℃~+100℃,外形尺寸為32mm×19.3mm×7mm,利用前者兩塊串聯(lián)可得60V電壓,性能滿足設(shè)計(jì)要求。
圖題:電源電路圖
電源電路的組成
電源電路見圖中電源電路圖。
散熱與分立元器件的處理
(1)由于各種電源模塊的厚度不同,為了將模塊基板貼靠箱體散熱,在計(jì)算機(jī)箱體的后壁作適當(dāng)結(jié)構(gòu)處理,使不同高度的模塊基板都能緊靠機(jī)箱后壁,并在中間涂導(dǎo)熱膠或散熱護(hù)墊,以減少接觸熱阻。
(2)濾波電容采用CA45、CAK45型片式固體電解質(zhì)鉭電容器,其外形最大尺寸為7.3mm×4.3mm×2.8mm,濾波電感采用小型磁芯繞制的電感器。
(3)28.5V輸入端采用TVS瞬變電壓吸收二極管(1.5KE43A)和小型的抗干擾濾波器。
應(yīng)用效果
該電源部件中的所有元器件全部組裝在178mm×105mm的板面內(nèi),元器件最大高度≤13mm,重量≤0.5kg。電源經(jīng)各項(xiàng)性能測(cè)試和高低溫實(shí)驗(yàn),并與計(jì)算機(jī)聯(lián)試,其各項(xiàng)技術(shù)性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,滿足整機(jī)需要。