設(shè)計電源系統(tǒng)的工程師必須符合輸入電壓范圍和瞬態(tài)、負載要求、EMI、環(huán)境條件、熱管理和可靠性等多項規(guī)格。軍事應(yīng)用要求最高，需要特殊的濾波和保護電路以確保在極端條件下安全運作。以下文章介紹如何解決這些挑戰(zhàn)并展示了一些典型的電源解決方案。

如今，幾乎所有電源轉(zhuǎn)換器都使用以數(shù)百 kHz 頻率進行開關(guān)的拓撲，產(chǎn)生一定量的傳導和輻射高頻雜訊。整合到電源轉(zhuǎn)換器中的簡單 PI 濾波器解決方案可能足以滿足幾瓦的極低功率等級。為消耗數(shù)十或數(shù)百瓦功率的系統(tǒng)設(shè)計 EMI 濾波器可能成為一項真正的挑戰(zhàn)，需要對 HF 設(shè)計和正確布局有豐富的了解。每種轉(zhuǎn)換器拓撲都會產(chǎn)生不同的高頻雜訊頻譜，這些頻譜也會因應(yīng)用消耗的功率而變化，且濾波器必須針對所有操作條件進行設(shè)計。

在濾波器解決方案最終滿足規(guī)格之前，可能需要在專門研究 MIL 標準的昂貴的認可實驗室中進行多次試驗和測試。這個耗時的過程為新專案的整體設(shè)計成本增加了大量資金，而這些成本必須透過 MIL 應(yīng)用中通常較低的數(shù)量進行攤提。

由于系統(tǒng)中裝有復雜的電子設(shè)備和感測器，軍事設(shè)備的空間和重量通常受到限制。高靈敏度的測量或通訊設(shè)備可能在功率轉(zhuǎn)換器附近工作，并且不同系統(tǒng)之間不允許干擾。因此，MIL 應(yīng)用的 EMI 規(guī)格比其他市場更嚴格，使得濾波器設(shè)計更加復雜。

另一個挑戰(zhàn)是極端的環(huán)境條件，包括由沖擊和振動引起的高機械應(yīng)力。 EMI 濾波器所需的磁性元件和電容器是笨重的元件，需要特殊的方法來避免高沖擊和振動對元件或焊接連接造成任何損壞。

當現(xiàn)成的濾波器解決方案可用、滿足所有這些要求并且針對各種DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器量身定制時，為什么還要花費大量資金和數(shù)周寶貴的工程資源呢？ P-DUKE 的 MCF-028 前端濾波器系列設(shè)計用于涵蓋典型 28V 國防應(yīng)用中 45W 至 250W 的功率范圍。它們的濾波器行為符合數(shù)百種 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器的要求，并且透過遵循建議的 PCB 布局，可以非常輕松地設(shè)計出一次性通過 EMI 測試的系統(tǒng)，而無需進一步重新設(shè)計。

觸控螢?zāi)坏?80W 電源解決方案就是一個例子，它需要從軍用車輛的未穩(wěn)壓電壓產(chǎn)生穩(wěn)壓的 28V 電源電壓。它使用額定電流高達 10A 的 MCF-028010-001 濾波器和 HAE100 系列的 100W 電源轉(zhuǎn)換器（圖 1）。

圖 1 : 用于 MIL 觸控螢?zāi)坏?28V/80W 穩(wěn)壓電源

P-DUKE 在應(yīng)用說明中提供了所有必要外部元件的清單以及建議的 PCB 布局。當遵循本指南時，即使沒有對 HF 和 EMI 濾波器技術(shù)的深入了解，也可以進行通過所有測試的設(shè)計。圖 2 顯示了該解決方案的 EMI 圖。

圖 2：MIL STD 461G CE102 傳導發(fā)射

MCF-028010-001 與 HAE100-24S28W（Vin（標稱值）和滿載條件下的組合）

MIL 應(yīng)用中的另一個挑戰(zhàn)是寬范圍的輸入電壓，包括嚴重的瞬態(tài)和尖峰。下表顯示了不同標準的摘要：

根據(jù) MIL-STD-1275，28V 額定電壓在引擎啟動期間可能會降至 16V，甚至在系統(tǒng)初始接合期間會降至 12V 一秒鐘。 

另一方面，系統(tǒng)還必須能夠處理高達 100V/50ms 或 80V/100ms 的高能量瞬態(tài)以及高達 ±250V/70μs 或 ±600V/10μs 的尖峰。 

從技術(shù)上講，可以設(shè)計一個在12 – 100V 的寬輸入范圍內(nèi)工作的DC/DC電源轉(zhuǎn)換器，但與針對這些特定需求定制的小得多的濾波器和轉(zhuǎn)換器組合相比，該解決方案會更大且效率更低。 

此轉(zhuǎn)換器必須能夠在低輸入電壓下工作，P-DUKE 為這些應(yīng)用提供的所有轉(zhuǎn)換器都可以處理低至9V 的輸入電壓，并且設(shè)計用于在高達36V 的連續(xù)輸入電壓和50V 的輸入電壓下工作一秒。

P-DUKE 的MCF-028 前端中已整合主動電路，可將100V/50ms 和80V/100ms 瞬態(tài)電壓鉗位至僅40 或46V，對于具有50V 一秒輸入瞬態(tài)能力的P-DUKE 轉(zhuǎn)換器來說沒有問題。圖 3 顯示了應(yīng)用于 MCF-028010 的輸入瞬態(tài)以及鉗位在 46V 的輸出電壓。 

圖 3：MCF-028010 模組輸入端的瞬態(tài)電壓（左）與鉗位輸出電壓（右）

MCF028 內(nèi)部的附加元件可抑制非常短的 ±250V/70μs 或 ±600V/10μs 尖峰，并與 P-DUKE 轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用，滿足所有這些瞬態(tài)規(guī)格。

透過查看更多應(yīng)用范例，可以看出 P-DUKE 電源組件產(chǎn)品的極端靈活性：

圖 4 是完整的機載電腦系統(tǒng)的框圖，包括前面提到的觸控螢?zāi)缓褪褂眉訌娦?CPU、記憶體和介面組件的典型電腦。

圖4：具有觸控螢?zāi)坏能囕d電腦系統(tǒng)的電源解決方案

當需要更多功率時，MCF-028015 可以處理高達 15A 的電流，并支援負載高達 250W 的下游轉(zhuǎn)換器。車載 SAT 通訊系統(tǒng)就是一個很好的例子（圖 5）。當車輛在崎嶇的地形中行駛時，需要強大的馬達來不斷地重新定位 SAT 碟形天線。

圖5：車載行動衛(wèi)星通訊系統(tǒng)電源解決方案

MIL設(shè)備不僅必須在非常惡劣的環(huán)境條件下工作，還必須能夠容錯許多操作或安裝錯誤。電池的反極性連接可能會損壞整個系統(tǒng)。同時打開多個負載可能會產(chǎn)生高突波電流并使系統(tǒng)相關(guān)的保險絲跳脫。 P-DUKE 在設(shè)計 MCF 前端濾波器時考慮了這些處理錯誤，并包括主動浪涌電流限制器和反極性保護以及欠壓和過壓、短路和過熱保護。遠端開/關(guān)功能允許開啟和關(guān)閉每個模組的輸出，從而實現(xiàn)較大陣列中轉(zhuǎn)換器的受控斜坡上升或斜坡下降。

圖 6 描述了用于無人機、地面車輛、地面和便攜式站以及中央集線器之間通訊的復雜移動網(wǎng)路鏈路解決方案。 P-DUKE的MCF028 前端濾波器和 DC/DC電源轉(zhuǎn)換器系列的不同組合使設(shè)計能夠快速、輕松地滿足各種電源需求。即使在打開連接到接地節(jié)點組中相同電源的各種系統(tǒng)時，突波電流限制也能確保保險絲不會跳脫。濾波器的 EMI效能可確保來自轉(zhuǎn)換器的雜訊不會耦合到通訊網(wǎng)路中，從而干擾關(guān)鍵任務(wù)通訊。

Figure 6: 圖 6：P-DUKE 廣泛的前端濾波器和 DC/DC電源轉(zhuǎn)換器可快速輕松地設(shè)計滿足各種電源需求。

P-DUKE 針對 MIL 市場的產(chǎn)品系列確實包括具有單輸出和雙輸出電壓的模組，并且電壓超出了其他供應(yīng)商的標準產(chǎn)品。在重新設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)時，客戶希望使用具有高功率 LED 的 PTZ 攝影機來實現(xiàn)遠距離夜視，每個攝影機需要近 50W 的功率。現(xiàn)場安裝必須快速、輕松，只需一條電纜即可傳輸電源和訊號。需要乙太網(wǎng)路供電解決方案，但當時 MIL 市場上可用的典型解決方案不允許透過細電纜為每個攝影機提供 50W 的功率。透過使用 PoE++（IEEE 802.3bt，50 – 57V 供電電壓）規(guī)格和標準 P-DUKE 100W 模組（將 48V 標稱輸出調(diào)整 10% 至 52.8V），這項挑戰(zhàn)得到了解決。

監(jiān)控控制系統(tǒng)需要 28V/40W 穩(wěn)壓電源。使用 RED60W 模組很容易實現(xiàn)，因為 24V 標稱輸出可以調(diào)整 +20%，這對于標準 DC/DC電源轉(zhuǎn)換器模組來說非常不尋常。

一個250W MCF028 最多可為 4 臺攝影機供電，仍有足夠的電力用于監(jiān)控系統(tǒng)（圖 7）

圖 7：使用 MCF 前端濾波器和標準轉(zhuǎn)換器的 PoE 攝影機解決方案，并調(diào)整輸出以實現(xiàn) 52.8V 和 28V 電壓需求

MIL 應(yīng)用的惡劣環(huán)境條件可能成為設(shè)計電源解決方案時的主要挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)必須在較寬的溫度范圍內(nèi)可靠地工作，并能承受高沖擊和振動應(yīng)力。

設(shè)計電源轉(zhuǎn)換器和濾波器的工程師面臨標準磁性元件和電容器體積龐大且對沖擊和振動敏感的挑戰(zhàn)。 P-DUKE電源模組使用特殊的扁平輕質(zhì)組件，并與矽膠灌封一起將機械應(yīng)力降至最低。因此，所有模組均符合 MIL-STD-810F 的沖擊和振動要求。

與任何分立設(shè)計相比，使用模組化方法和這些小型組件的另一個優(yōu)點是尺寸和重量顯著減小。圖 5 范例中使用的所有模組的總重量（便攜式）僅為 52 克，而強大的基地臺版本則為 185 克。

它通常安裝在密封外殼中，以保護軍用電子設(shè)備免受水、濕氣和腐蝕性氣體的影響。透過將模組的底板或頂蓋連接到系統(tǒng)的密封底盤上可以實現(xiàn)傳導冷卻（圖 8）。這種結(jié)構(gòu)提供了理想的熱管理選項，可以承受非常高的沖擊振動應(yīng)力，并且不需要不可靠的風扇。 

圖 8：所有 P-DUKE的電源模組均采用堅固的矽膠灌封外殼，可透過底板 (>100W) 或模組頂部 (10 – 60W) 進行冷卻。

這種堅固的結(jié)構(gòu)、最低損耗和低散熱的設(shè)計、選擇高度可靠的組件以及符合高品質(zhì)標準的生產(chǎn)過程以及每件產(chǎn)品經(jīng)過 16 小時的老化，確保組件在環(huán)境中可靠工作。應(yīng)用。下表顯示了 MCF028 濾波器系列令人印象深刻的 MTBF 值（MIL-HDBK-217F，滿載）：

范例中所示的 DC/DC電源轉(zhuǎn)換器實作了相似的 MTBF 值。 P-DUKE 擁有滿足極端環(huán)境條件下國防和鐵路應(yīng)用極其苛刻的可靠性要求的良好記錄。使用這種模組化方法時，設(shè)計可以在幾天或幾周內(nèi)完成，而不需要幾個月的寶貴工程資源。