機(jī)載計(jì)算機(jī)電源的小型化設(shè)計(jì)

1概述

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的機(jī)載計(jì)算機(jī)主機(jī)已越來越小型化，因而對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，因而其體積和重量與分立器件電源相比，已經(jīng)縮小了1/3到1/2，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。

2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)。

2.1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，而且得到了越來越廣泛的應(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，只有幾種國外電源模塊可選用，如美國的VICOR、abbott，法國的GA?A等電源模塊。

2.2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，如美國的abbott和法國的GA?A模塊都有多路輸出。

2.3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。

2.4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。

2.5電源部件所需的某些非標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓，當(dāng)無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±15VGA?A電源模塊作單路輸出而得到±30V，再相互串聯(lián)得到±60V。

2.6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)。

2.7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。

3某機(jī)載計(jì)算機(jī)電源的小型化設(shè)計(jì)

3.1某機(jī)載計(jì)算機(jī)對電源的技術(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Vp?p≤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。

3.2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）選用兩塊美國生產(chǎn)的VICOR電源模塊MI?J23?MX/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）分別選用法國生產(chǎn)的GA?A電源模塊MGDB?04?J?F（/T）和MGDS?04?J?E（/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1電源電路圖

3.3電源電路的組成

電源電路見圖1電源電路圖。

3.4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。

4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。