電源的定制為設計工程師提供了滿足性能規(guī)格的獨特而明顯的優(yōu)勢。無論是節(jié)省機箱中的卡插槽、減少所需的電源數(shù)量，還是滿足獨特的 EMC 要求，定制都可以降低總系統(tǒng)成本和技術風險，從而將增強的功能迅速交到作戰(zhàn)人員手中。它還提供了支持國防部 （DoD） 開放架構(gòu)標準的途徑。當從戰(zhàn)略上著手時，定制可以成為滿足需求的一種經(jīng)濟高效且低風險的方法。

定義設計標準的好處很多，特別是在支持開放式架構(gòu)系統(tǒng)設計方面，這些設計旨在降低生命周期成本和開發(fā)時間。然而，偏離設計標準的能力對于工程師來說可能是無價的幫助，以滿足軍事平臺中普遍存在的獨特性能要求。讓我們看一下這種方法在實踐中的一些實際示例。

示例一：改變輸出電壓和電流

一位工程師希望使用具有基準功能的商用現(xiàn)貨 （COTS） 產(chǎn)品，但該規(guī)范需要特定的輸出電壓和電流水平，以便通過定制背板設計有效地支持機箱內(nèi)堅固耐用的單板計算機 （SBC） 和存儲卡。工程師不應接受次優(yōu)的COTS產(chǎn)品并犧牲其現(xiàn)有設計的功能或性能，而應要求與電源制造商的設計團隊交談。在了解目標規(guī)格后，制造商的設計團隊迅速實施必要的更改，以支持這些外圍設備的集成，從而提供繼續(xù)符合絕大多數(shù)行業(yè)標準的定制電源。調(diào)整輸出以滿足客戶獨特的電流和電壓要求是一種低成本、低風險和快速的解決方案，可實現(xiàn)系統(tǒng)級性能。

利用成熟設計的成熟性能，這種方法使工程師能夠在首次嘗試時成功獲得系統(tǒng)認證，并利用獨特的背板設計。雖然 COTS 產(chǎn)品占解決方案的 90%，但根據(jù)該客戶的需求快速定制產(chǎn)品最終滿足了作戰(zhàn)人員的獨特需求，而無需對系統(tǒng)、成本或交付時間表進行重大更改。美國國防部 （DoD） 模塊化開放系統(tǒng)方法 （MOSA） 計劃的意圖可以通過與傳感器開放系統(tǒng)架構(gòu) （SOSA） 一致的系統(tǒng)設計等架構(gòu)來解決。

為了進一步說明這一點，修改成熟的設計以在這三路輸出上提供更高的電壓和電流限制，并偏離VITA標準，確保外殼內(nèi)不需要第二個電源。這種方法不僅節(jié)省了第二個電源的成本，而且還節(jié)省了一個開放的卡槽，以支持未來產(chǎn)品增強功能和功能的集成。這是一個很好的例子，說明定制如何不需要被視為風險或昂貴，以及如何堅持 VITA VPX 標準以確保系統(tǒng)級別的開放式架構(gòu)可以顯著降低最終用戶組件的生命周期成本和開發(fā)時間而不是系統(tǒng)要求。

標準化是一種行業(yè)趨勢，為大大小小的國防計劃的成本和進度提供了積極的結(jié)果。組件級規(guī)格和系統(tǒng)級規(guī)格之間的良好平衡是任何工程工作的關鍵方面。組件級規(guī)范的一個很好的例子是定義電連接器參數(shù)（包括電壓和電流水平）的 VITA 62 VPX 標準。MIL-STD-1275等標準可用于組件級或系統(tǒng)級，以控制軍用地面平臺中的28 VDC電力。

可以說，業(yè)界在組件和系統(tǒng)級別都欣賞和重視標準。但是，通常需要偏離標準才能100%滿足組件級和系統(tǒng)級要求。戰(zhàn)場上的每個系統(tǒng)都帶來了一系列獨特的挑戰(zhàn)，迫使設計工程師做出影響成本、進度和風險的艱難決策。滿足開放式架構(gòu)標準的定制可以在經(jīng)濟高效且計劃驅(qū)動的環(huán)境中完成。

示例二：獨特的機械和熱管理挑戰(zhàn)

在此示例中，工程師的要求包括需要將冗余交流電源連接器集成到 3U VPX 電源中。與前面的示例相比，此因素使基準 VPX 電源的定制更進一步，定制了機械和散熱設計功能。

在這種情況下，自定義工作同樣可以降低風險，同時在系統(tǒng)級別合并重要功能。與以前一樣，該項目首先由工程師確定與他們正在尋找的規(guī)格非常匹配的成熟 COTS 解決方案，然后與制造商的設計團隊合作，討論與該產(chǎn)品相比，他們要求的獨特規(guī)格。在本例中，機械外殼可以圍繞電路板快速設計，以滿足系統(tǒng)級冗余輸入電源要求（符合MIL-STD-38999的第二個連接器）。這種方法不僅可以滿足冗余交流電源連接器的要求，還可以改善熱管理，同時確保其他 COTS VPX 外設卡的集成。

通過與制造商的密切溝通和協(xié)作，在60天內(nèi)完成上述設計修改并快速開發(fā)和測試原型是現(xiàn)實的。在本練習結(jié)束時，設計評審為工程師提供了有關修改后的 VPX 電源的足夠信心和數(shù)據(jù)，以便開始對外殼和背板進行設計修改，以適應添加的連接器。從滿足大部分電源性能規(guī)格的現(xiàn)有成熟 MIL-VPX 產(chǎn)品開始，這是一個嚴肅且計劃驅(qū)動的決策，使工程師能夠獲得滿足其要求的 100% 解決方案。

考慮到我們之前的示例，VPX 外形規(guī)格 SBC 需要 360 瓦的功率，超過了 VS2 連接器觸點的 VITA 62 標準。雖然偏離了 VITA 電氣標準，但所需的 3U 機械外形不會改變，從而確保開放式架構(gòu)系統(tǒng)并保留 VPX 外形的優(yōu)勢。

此外，遵循與 SOSA 一致的設計實踐可確保能夠最大限度地利用外殼內(nèi)的 COTS 組件 - 兩全其美。在系統(tǒng)級別，可以維護標準化的機箱和背板，同時使用外圍設備，從而降低總生命周期成本并最大限度地提高標準化外殼設計的預期性質(zhì)。通過定制標準產(chǎn)品的設計，可以快速且具有成本效益的方式完成支持組件級和系統(tǒng)級要求，從而顯著降低風險并使項目與現(xiàn)有交付和成本預測保持一致。

示例三：EMC和標準化

在不斷發(fā)展的國防電子領域，更高的功率密度、不斷增加的電流和更快的開關，EMC仍然是系統(tǒng)設計人員最具挑戰(zhàn)性的工作之一。現(xiàn)代電源開關的開關速度明顯更高。這意味著電壓和電流波形的上升和下降時間要短得多，這是開關電源設計中許多電磁干擾（EMI）問題的根本原因。

因此，解決一系列EMI挑戰(zhàn)的解決方案在電源設計方面需要保持敏捷性和創(chuàng)造性。另一方面，標準化鼓勵可重復性并抑制變革。為了解決EMI問題，定制是設計工程師工具箱中的關鍵要素，特別是為了符合國防部保持開放式架構(gòu)方法的意圖。

為了鑒定電源，它與線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡（LISN）進行級聯(lián)測試，以標準化測試結(jié)果并模擬為測試項目供電的電纜的運行。通常，安裝在小型平臺中的電源允許使用低電感LISN進行測試，因此它們不會變得不穩(wěn)定和振蕩。

但是，在長電纜敷設的情況下，必須使用標準的50 μH。在此示例中，工程師確定了一個 COTS 350 瓦 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，以集成到其機載應用中。在與制造商的設計團隊合作后，工程師指出，當通過50 μH LISN連接到電源線時，必須測試轉(zhuǎn)換器是否符合MIL-STD-461F。設計團隊通過集成更大的大容量電容來修改現(xiàn)有的 COTS 產(chǎn)品設計，以幫助支持 50 μH 電感要求。同樣，偏離 VITA 62 電氣標準以快速滿足獨特的 EMC 要求，與制造商設計團隊的密切合作使工程師能夠確定計劃友好、低風險的解決方案。

使用標準電源為非標準負載供電

標準 VPX 機箱通常被集成商用作各種應用的外殼，包括雷達、電子戰(zhàn)、通信等。每個應用程序都有自己獨特的一組性能和操作要求。在此示例中，工程師需要一個 VPX 電源來饋送雷達負載，該負載由數(shù)字電路（信號調(diào)理器）、模擬低功耗電路（前置放大器）和模擬高功率電路（功率放大器）組成。外形尺寸和連接器是標準的 VITA 62 和 46，但輸出電壓和電流限制完全不同，具有奇數(shù)電壓電平，例如 GPS 板為 6 VDC，寬帶放大器為 5.5 VDC，功率放大器為 28 VDC。不僅電壓值不標準化，數(shù)字和模擬輸出的返回路徑也需要彼此隔離。

利用現(xiàn)有的COTS產(chǎn)品，制造商的設計團隊能夠根據(jù)要求定制輸出電壓，并將輸出分成兩個隔離的組。這種設計方法可幫助客戶在單個 VPX 機箱中集成電源解決方案，實現(xiàn)完整的雷達設計，所有這些都可以在從投入到交付的不到三個月的短時間內(nèi)完成，并與最新的開放式架構(gòu)采購指令（如 SOSA 和 MOSA）保持一致。

審核編輯：郭婷