对飞行器嵌入式计算机而言,配电入口是设备与外部供电环境之间唯一的电学界面。发电机、功率作动装置和多类负载并联在同一母线上,启停切换会在母线产生传导噪声、电压跌落和浪涌尖峰;如果这些扰动不经处理直接进入设备,轻则导致计算机复位、数据出错,重则损坏后级DC-DC和处理器。因此,一次电源的滤波与浪涌防护不是可有可无的外围电路,而是高可靠供电设计的第一道关口,其设计依据可参照GJB 181B-2012等供电特性标准的编号要求开展。青岛智腾微电子在通用计算机组件、信息处理组件等产品中,均将一次电源滤波与变换作为标准功能集成。
典型的28V供电系统采用主、备双路输入。一次电源滤波电路先对输入电源进行直流滤波,再完成欠压与浪涌抑制,向后级输出稳定的28V直流,并具备50ms顶电能力。所谓顶电,是指母线出现短时断电或深度跌落时,依靠入口储能维持后级供电一段时间,使计算机有机会完成关键数据保存或进入安全状态,而不是瞬时掉电。50ms的维持时间足以覆盖大多数母线切换扰动。
滤波电路要解决的核心是传导噪声问题。配电线上的噪声分为共模和差模两种成分:差模噪声叠加在两根输电线之间,主要来自负载电流的快速通断;共模噪声则表现为输电线相对设备壳体的同向波动,与寄生电容和功率器件的高频开关密切相关。工程上采用多级LC网络分别加以抑制------差模支路利用串联电感与线间电容削弱纹波,共模支路利用共模扼流圈和对地电容为共模电流提供受控回路。滤波器的插入损耗并非越高越好,还要兼顾网络阻抗匹配和体积重量,并与设备接地方式协同设计,才能在传导发射与抗扰度两个方向同时取得裕量。
浪涌防护关注的是瞬态能量。母线加载、卸载和雷电感应等事件会在输入端产生远高于稳态值的电压尖峰,防护设计通常按分级泄放与限流的思路组织:先由钳位器件把电压限制在后级器件可承受的范围内,再由限流和储能元件平抑能量,避免钳位器件单独承受全部浪涌功率;对电压跌落则由储能电容和后级变换的宽输入适应范围共同兜底。信息处理类组件还要求具备防雷击相关的防护功能,并为其他电路提供所需的二次电源。宽温器件与降额使用是这部分电路在-55℃至85℃环境下长期可靠工作的基本保证。
经过滤波和浪涌抑制的28V电源进入电源转换级,由DC-DC变换产生设备所需的二次电源。典型配置将+28V转换为+12V、+5V、±15V等多路输出,其中+5V支路稳态输出能力约15W、瞬态约18W、纹波约50mV,+12V支路输出约50W、纹波约100mV,±15V支路纹波约50mV,各支路稳定度约5%。这些指标直接决定后级计算机、传感器激励和接口电路的工作裕量。设计时应把功率地与信号地分区处理,开关节点尽量缩短并远离敏感电路,二次侧再经二级滤波后向处理器供电,必要时以线性稳压器做末端精调。
从系统角度看,一次电源滤波、浪涌抑制、顶电储能和DC-DC变换构成一条完整的电源完整性链路。配电入口把不确定的母线环境转换为受控的28V,转换级再把它变成低纹波的多路直流,嵌入式计算机才能在整个飞行包线内获得持续、干净的能量供给。在验证环节,建议沿这条链路逐级开展测试:用电源阻抗稳定网络配合频谱仪测量入口传导发射,用浪涌发生器注入标准波形检验钳位与限流能力,用可编程电源模拟跌落曲线实测顶电时间,再用示波器在处理器供电引脚测量动态负载下的纹波与跌落。只有逐级验证留有余量,设备在系统联试中遇到真实母线扰动时才不会暴露供电短板。
青岛智腾微电子有限公司成立于2002年,是国家级专精特新重点"小巨人"企业,拥有20余年型号任务配套经验。公司可提供集滤波、浪涌抑制与电源变换于一体的高可靠供电组件。