机载计算机电源的小型化设计

时间: 2016/9/13  来源:   作者: sxstart

• 1概述     

  随着微电子技术的发展，采用大规模和超大规模集成电路的机载计算机主机已越来越小型化，因而对其电源部件的体积和重量提出了进一步小型化的要求，然而现有的机载计算机电源，已经普遍采用了开关式稳压电源，而且大部分都是集成模块，因而其体积和重量与分立器件电源相比，已经缩小了1/3到1/2，要进一步缩小电源的体积，减轻其重量，就有一定的难度。以下就实现电源小型化的途径进行分析和探讨。

  2机载计算机电源的小型化途径

  机载计算机是一种抗恶劣环境计算机，其电源部件也必须满足抗恶劣环境的要求，例如必须适应－55℃～＋60℃的环境温度和较宽的输入电压变化范围；还要耐振动、撞击，抗电磁干扰等高可靠性要求。因此，在分析和探讨电源小型化的方案时,须考虑到工作在恶劣环境下仍然满足各项电气性能指标。

  2.1采用功率密度更大的DC/DC变换器模块

  随着功率电子学的兴起与快速发展，DC/DC变换器集成电源模块已被大量开发并投放市场，而且得到了越来越广泛的应用，但各供应商生产的模块电源，其工作频率、变换效率各不相同，在输出功率相同的情况下，体积、重量相差较大，同时应用环境也各不相同，因而设计体积小、重量轻，又能适应恶劣环境下使用的电源部件，真正可选用的电源模块并不多，只有几种国外电源模块可选用，如美国的VICOR、abbott，法国的GAA等电源模块。

  2.2优先选用具有多路输出电压的电源模块

  单路电压输出与多路电压输出的电源模块，各有优缺点，前者只有一路输出电压，是直接受调控的，因而输出电压的精度高，后者输出电压好几路，但只有主回路输出的电压精度高，其余的是间接受到控制，因而输出电压的精度比较低。由于多种电压要由多块单输出模块来实现，所以要比直接采用多路电压输出模块体积大。为了减小体积和重量，在满足技术要求的前提下，应优先选用多路电压输出的电源模块，如美国的abbott和法国的GAA模块都有多路输出。

  2.3采用低压差线性集成稳压器作为二次稳压

  在普遍采用开关式集成稳压模块的情况下，线性集成稳压器（特别是低压差的线性集成稳压器）仍然广泛地被采用。例如采用三端低压差线性集成稳压器，将5V经二次稳压得到3.3V，将±15V经二次稳压获得精密的±10V电源。

  2.4必要的少量外围分立元件也尽量采用体积小、重量轻的片式表面贴装元件

  采用集成电源模块组成的电源部件，仍有少量的分立元件，如滤波用的电感器、X电容器和Y电容器，以及调节电压的电阻器等，也一律采用贴片式。  

  2.5电源部件所需的某些非标准输出电压，当无法从单块电源模块获得时，可采用标准电压输出的小型电源模块，进行相互串联得到

  例如将体积小的±15VGAA电源模块作单路输出而得到±30V，再相互串联得到±60V。

  2.6当一家供应商不能满足体积、重量要求时，可采用多家供应商提供的电源模块进行组合设计。

  2.7要减小整个电源的体积和重量，将电源模块基板贴在机箱内壁利用金属壳体散热是非常必要的。

  3某机载计算机电源的小型化设计

  3.1某机载计算机对电源的技术要求

  （1）输入电压28.5V（23～32VDC）；

  （2）输出电压

  电压种类＋5V±15V±24V±60V＋12V

  输出电流5A0.8A2A0.1A0.2A

  稳压精度≤±1％≤±1％≤±1％≤±2％≤±2％

  纹波燥声Vpp≤50mV≤80mV≤100mV≤100mV≤100mV

  （3）工作温度－55℃～＋60℃；

  （4）外形尺寸178mm×105mm×20mm；

  （5）重量≤0.5kg；

  （6）满足其它机载条件。

  3.2根据技术要求确定电源部件的设计方案

  根据该电源部件输出电压种类多，给定的外形尺寸小，且输入电压变化范围大，工作温度范围宽等特点，必须选用小型、高可靠性的军档电源模块。

  （1）5V（5A），±15V（0.8A）选用美国生产的abbott三路输出NB50TM/5/15/15—C电源模块，该模块输出5V（5A），±15V（0.83A），工作温度－55℃～＋100℃，金属壳封装，外形尺寸为76.2mm×50.8mm×9.7mm，其性能满足设计要求。

  （2）±24V（2A）选用两块美国生产的VICOR电源模块MIJ23MX/S，该模块输出24V（3.1A），工作温度－55℃～＋100℃，外形尺寸为57.9mm×45.7mm×12.7mm，其性能满足设计要求。

  （3）±60V（0.1A），＋12V（0.2A）分别选用法国生产的GAA电源模块MGDB04JF（/T）和MGDS04JE（/T），前者输出±15V（130mA）或30V（130mA），后者输出＋12V（330mA）,工作温度均为－55℃～＋100℃，外形尺寸为32mm×19.3mm×7mm，利用前者两块串联可得60V电压，性能满足设计要求。

  

  图1电源电路图

  3.3电源电路的组成

  电源电路见图1电源电路图。

  3.4散热与分立元器件的处理

  （1）由于各种电源模块的厚度不同，为了将模

  块基板贴靠箱体散热，在计算机箱体的后壁作适当结构处理，使不同高度的模块基板都能紧靠机箱后壁，并在中间涂导热胶或散热护垫，以减少接触热阻。

  （2）滤波电容采用CA45、CAK45型片式固体电

  解质钽电容器，其外形最大尺寸为7.3mm×4.3mm×2.8mm，滤波电感采用小型磁芯绕制的电感器。

  （3）28.5V输入端采用TVS瞬变电压吸收二极管

  （1.5KE43A）和小型的抗干扰滤波器。

  4应用效果

  该电源部件中的所有元器件全部组装在178mm×105mm的板面内，元器件最大高度≤13mm，重量≤0.5kg。电源经各项性能测试和高低温实验，并与计算机联试，其各项技术性能均达到设计要求，满足整机需要。

   

       5 效比值   

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