作者：GAIA Converter GAIA Converter 客戶(hù)支持經(jīng)理 Christian Jonglas 表示，為敏感電子設備提供可靠、一致的電源是智能彈藥設計的關(guān)鍵因素，需要密切關(guān)注輸入功率、熱量、尺寸和認證要求方面的靈活性需求 近年來(lái)，隨著(zhù)智能彈藥的發(fā)展，武器技術(shù)發(fā)生了巨大變化。這些智能彈藥利用高可靠性計算、先進(jìn)傳感器和制導系統的進(jìn)步，可以遠距離定位、識別和攻擊目標。事實(shí)證明，與傳統武器設計相比，它們的成功率更高，附帶損害更少。 智能彈藥可靠性的關(guān)鍵基礎在于支持完成任務(wù)所需的先進(jìn)計算、傳感器和驅動(dòng)設備的供電子系統。這些電力系統需要結構緊湊，并且能夠應對極端環(huán)境，例如沖擊、振動(dòng)和高瞬態(tài)溫度。這樣做可以確保提供給每個(gè)電子控制單元的電源軌保持穩定。 智能彈藥的開(kāi)發(fā)始于鋪路者系列激光制導炸彈，美國空軍于 20 世紀 60 年代末進(jìn)行了實(shí)戰測試。盡管炸彈和導彈的發(fā)射仍然是人類(lèi)的決定，但智能彈藥已經(jīng)獲得了更多的自主能力，例如紅外或雷達制導，武器遵循熱信號或指定目標的軌跡。對于炮彈來(lái)說(shuō)，慣性制導是一個(gè)常見(jiàn)的組件。外殼利用內部陀螺儀和加速計的數據自行引導，以遵循預先編程的軌跡。
對于遠程情況，精確制導炮彈使用全球定位系統 (GPS) 的信號引導其射向目標，從而增加成功打擊的可能性并降低擊中旁觀(guān)者或友軍的風(fēng)險。對附帶損害的擔憂(yōu)有助于激發(fā)人們對使用智能彈藥的興趣。防御性應用也正在取得進(jìn)展。在最近的沖突中，智能地對空導彈對于保護平民至關(guān)重要，它使用從激光制導到全自動(dòng)的各種技術(shù)來(lái)打擊來(lái)襲目標。在許多智能彈藥中，緊湊型電子設備至關(guān)重要。整個(gè)系統可能需要安裝直徑為 55 毫米或 155 毫米的導彈或與便攜式防空 (MANPAD) 發(fā)射器兼容的導彈。 與傳統炮彈相比，用于火炮的智能彈藥需要幾個(gè)額外的電子元件。雖然啞炮彈和智能炮彈都包含保險絲，但智能炮彈將包括更復雜的保險絲系統，該系統依賴(lài)于傳感器讀數和微控制器在引爆有效載荷之前做出的決定。傳感器組件將包括一個(gè)慣性測量單元，其中包括加速度計和陀螺儀，用于確定炮彈從發(fā)射到撞擊每個(gè)點(diǎn)的方向和速度。 GPS 接收器通常會(huì )增強這一功能，幫助確定精確位置。射頻（RF）收發(fā)器可以允許指揮單元進(jìn)行遠程控制或將數據轉發(fā)到其他戰場(chǎng)資產(chǎn)。 射頻和位置評估傳感器將與其他傳感器一起測量溫度、濕度和壓力，用于幫助補償運輸過(guò)程中和發(fā)射后的環(huán)境變化，并將數據饋送到中央計算單元。該處理器將執行制導算法并向用于控制軌跡的執行器發(fā)送命令。例如，步進(jìn)電機可以改變外部翅片的姿態(tài)來(lái)轉動(dòng)外殼并控制其空氣速度。機載能源將通過(guò)一個(gè)或多個(gè) DC/DC 轉換器供電。由于傳感器和其他組件需要穩定的電源軌，因此提供的功率需要一致且在嚴格的容差范圍內。 能源可以來(lái)自多種來(lái)源。由于鋰電池能量密度高，因此通常用于小型制導彈藥。同樣，基于小型內燃機或微型渦輪機的車(chē)載發(fā)電機可以提供持續發(fā)電，盡管它們的啟動(dòng)時(shí)間可能很長(cháng)，需要輔助電源來(lái)實(shí)現瞬態(tài)功能。相比之下，超級電容器可以為轉向或爆炸等功能提供快速的功率爆發(fā)，對于短期交戰特別有價(jià)值。對于越來(lái)越多的情況，彈藥被編程為在發(fā)射或爆炸前長(cháng)時(shí)間徘徊，從光、振動(dòng)或空氣運動(dòng)中收集環(huán)境能量可以提供長(cháng)期但低水平的能量。由于這些能源的互補性，智能彈藥設計可能包含多個(gè)能源產(chǎn)生子系統。 例如，電池單元的電壓輸出可能會(huì )在放電周期結束時(shí)迅速下降，這往往會(huì )在接近最終爆炸點(diǎn)時(shí)發(fā)生。備用能源系統用于在主電源耗盡時(shí)對其進(jìn)行補充，但可能需要一段時(shí)間才能達到全功率輸出，可能會(huì )導致輸入電壓快速變化。專(zhuān)為智能彈藥設計的 DC/DC 轉換器可以保證電子子系統即使在高應力時(shí)期和能源產(chǎn)生的電壓變化較大的情況下在電源之間切換時(shí)也能獲得一致的功率。寬輸入電壓范圍可確保彈藥發(fā)射至爆炸點(diǎn)后電壓軌輸出保持一致。在為此應用設計的 DC/DC 轉換器中，例如 GAIA Converter 提供的 MGDD 系列，可以找到提供 12V 至 16V 范圍的產(chǎn)品。
DC/DC 轉換器在優(yōu)化能源效率和避免使用未穩壓電源時(shí)電壓變化可能導致的組件損壞方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。作為確保電子子系統正確供電的組件，高可靠性至關(guān)重要。由于智能彈藥的外殼內部空間有限，需要裝入炸藥、能源、執行器和電子設備，因此轉換器必須重量輕且體積小。電源設計可能面臨的一個(gè)問(wèn)題是高度。盡管許多現成產(chǎn)品的設計占用相對較小的 PCB 空間，但電容器和電感器等無(wú)源元件的高度可能會(huì )使電源更難以安裝到外殼中。 GAIA Converter 制造的 MGDD 系列避免了這個(gè)問(wèn)題，為需要 40W 或 12.5mm 輸出功率高達 500W 的設計實(shí)現了高度僅為 8mm 的完整 DC/DC 轉換器。
DC/DC 轉換器應能夠在存儲期間和部署期間承受較大的溫度波動(dòng)。 GAIA 轉換器 MGDD 系列支持的存儲溫度范圍為 –40 至 +125°C，可以滿(mǎn)足這一目標。通過(guò)使用具有高導熱性的雙組分化合物封裝轉換器模塊，模塊可確保在惡劣環(huán)境條件下實(shí)現最佳散熱。灌封膠還有一個(gè)的優(yōu)點(diǎn)，就是可以防止元件因沖擊和振動(dòng)而損壞。 同樣重要的是能夠通過(guò)有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和行為的嚴格軍事標準。有幾個(gè)標準對于智能彈藥中的電子設備非常重要。 MIL-STD-810 提供了一系列測試，通過(guò)系統承受溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)和海拔變化的能力來(lái)確定系統的耐用性。 MIL-STD-461 確定了軍事系統的電磁兼容性 (EMC)，確保智能彈藥不會(huì )受到外部干擾的不利影響。 MIL-STD-331 提供了一個(gè)測試電子元件的框架，以確保最終系統的整體可靠性。 隨著(zhù)智能彈藥變得越來(lái)越普遍，以及將功能集成到更小的外殼中以支持更廣泛的戰場(chǎng)場(chǎng)景，集成和開(kāi)發(fā)速度將成為設計中的關(guān)鍵要素。對于電源子系統，這將通過(guò)提供集成電源模塊（例如 PSDG-48）來(lái)支持。該 DC/DC 轉換器通過(guò)單個(gè) 16-60V DC 輸入在三個(gè)輸出電源軌上提供 48W 的功率。集成濾波器提供高 EMC 和基于外部電容器的保持功能，使電源能夠承受部署期間板載能源的暫時(shí)中斷。 為敏感電子設備提供可靠、穩定的電力仍然是智能彈藥設計的關(guān)鍵要求。通過(guò)關(guān)注輸入功率、散熱、尺寸和認證要求方面的靈活性需求，GAIA 非常適合成為這些系統開(kāi)發(fā)的可靠長(cháng)期合作伙伴。 |
