JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
Industrins standardlösningar uppfyller sällan försvarets behov, skriver Steve Elliott på XP Power.
Försvarsindustrin drivs allt mer mot så kallad Cots, Commercial off-the-shelf, alltså lagerförda standardprodukter. Det gäller inte minst inom kraftaggregat, där Cots-produkter sägs möta kraven på kort utvecklingstid, lägre kostnad, bättre tillgänglighet och eliminering av startkostnader för specialkonstruerad kraft. Men civila standardlösningar för DC/DC-omvandlare har också sina risker. För att nämna några – produkter kan bli obsoleta, specifikationer kan ändras och data som stöder militärapplikationer finns långt ifrån alltid. Ett kostnadseffektivt urval kräver sålunda en god förståelse av nyckelparametrarna för försvars- och flygapplikationer.
Image
Nedan följer en guide som inte på något sätt gör anspråk på att ersätta MIL-specarna, utan mer är tänkt som en snabbstart för den vill välja Cots-baserade DC/DC-omvandlare för försvarsapplikationer.

1. Matningsspänning: 28V och 270V systemspänningar är vanligast i militära applikationer. Dessa specificeras i MIL-STD 1275A/B för fordon och MIL-STD 704A-F för flygtillämpningar. En omvandlare med nominell inspänning på 28V kan där krävas klara av 15 till 40V. Standardomvandlare med inspänningsområdet 18 till 36V är vanliga, de med större område är inte fullt lika tillgängliga.

2. Immunitet på ingången: Militära system har hårda specifikationer för transienter, skurar och rippel. Dessa uppfylls inte av civila standardomvandlare, men med externa filter- och konditioneringsmoduler kan kraven mötas. Leta efter standardomvandlare som har filter- eller konditioneringsmoduler tillgängliga – kraftsystemets prestanda hänger på att båda enheterna är matchade på rätt sätt.

3. Utspänningar och effekter: De flesta standardspänningar, som 3,3V, 5V, 12V, 15V och 28V, finns tillgängliga som Cots DC/DC omvandlare och vissa tillverkare kan modifiera sina produkter vid behov av andra spänningar utanför standarden. Men att överge standard tenderar att öka kostnaden, minska tillgängligheten och öka risken för att produkten blir obsolet. Problemet kan ibland lösas genom att välja omvandlare med trimbar utspänning, men om man går mot en högre spänning bör man vara försiktig med att lägga sig alltför nära överspänningsskyddets tillslagspunkt. Går man i stället mot lägre utspänning så bör man vara medveten om att den maximala uteffekten sjunker.

4. EMI (elektromagnetisk interferens): Den vanligaste standarden för militära system är MIL-STD 461E. Valet av DC/DC-omvandlare har en stor inverkan på systemets övergripande EMI-egenskaper, så att välja en omvandlare med tillhörande filter som möter MIL-STD 461E minimerar risken för att hela systemet skall underkännas när EMI-kraven testas.

5. Arbetstemperatur: Vissa datablad anger omgivningstemperaturen för Cots-omvandlare, andra specificerar basplåtens eller kapslingens temperatur. De flesta militära applikationer kräver omvandlare som kan fungera inuti kapslingar med konduktion som primär kylningsmetod. Då är basplåttemperaturen den intressantaste siffran – den kan användas för att beräkna kraven på kylfläns.
Drift ned till –55 °C är ett vanligt militärt krav medan industriomvandlare sällan är specificerade under –40 °C, och det kan kosta upp emot 40 procent extra för att få sorterade omvandlare testade mot de extra 15 graderna.

6. Kylning: Konventionella kylflänsar behövs inte om väggarna systemets kapsling erbjuder tillräcklig termisk ledning. Omvandlaren monteras mot kapselväggen med värmeledande pasta eller kuddar. Ibland kan konvektion (fläktkylning) användas, då behövs uppgifter om omgivnings- och kapseltemperatur för att avgöra vilket kylningarrangemang som är bäst lämpat.

7. Reservkraft och underspänningsdrift: Militära system används under skiftande driftsförhållanden med varierande spänningskvalitet. Förmågan att hantera underspänningar och korta spänningsbortfall är ofta ett krav. De flesta omvandlare har en underspänningsskydd på ingången som slår av omvandlaren om inspänningen faller under en given nivå, detta för att skydda mot skador. En hållkondensator kan fördröja att spänningen sjunker under avstängningspunkten – ju lägre avstängningsnivå desto mindre kondensator behövs.

8. Storlek: I de flesta konstruktioner är det önskvärt att omvandlaren är så liten som möjligt för att spara kortyta. Det är viktigt att vid val av omvandlare ta hänsyn till hur många kringkomponenter som krävs för att möta databladets specifikation. Kringkomponenterna påverkar både systemets storlek och pris.

9. Skydd, styrning och övervakning: Överspännings- och övertemperaturskydd kan finnas såväl inbyggt i omvandlaren som externt. Externa skydd är lättare att skräddarsy till applikationen och på somliga omvandlare kan även de inbyggda skydden stängas av för att möjliggöra externa skyddskretsar.
De vanligaste styr- och övervakningsfunktionerna är frekvenssynkronisering, avstängningssignal, spänningstrimnning, och möjligheten att på avstånd övervaka lastspänningen för att automatiskt justera utstpänningen med varierande belastning.

10. Typ av last: Huruvida lasten är resistiv, kapacitiv eller induktiv påverkar prestanda hos alla omvandlare och måste beaktas vid beräkning medeleffekt och transientsvar.

Med hänsyn till dessa faktorer delas valet av DC/DC omvandlare för militära applikationer in i tre kategorier.

Kategori 1: Industriella Cots-produkter. Dessa är lågpriskomponenter med få extrafunktioner. De är antingen kylda via basplattan eller luftkylda och ingår normalt i en serie DC/DC omvandlare som inkluderar omvandlare för telekom (48V nominell inspänning) industri (12 och 24V) eller transporttillämpningar (100V). De är sannolikt inte specificerade för att uppfylla militära krav på EMI eller miljö, även om det kan finnas anekdotartad sådan information. Dessa omvandlare löper stor risk att bli obsoleta eftersom kommersiella produkter vanligen har kortare livscykel än militära. Sannolikheten är också hög att konstruktionen eller produktionsmetoden förändras över tiden.

Kategori 2: Kapslade MIL-STD 883-produkter. Dessa är upp till tio gånger dyrare än industriomvandlarna och är speciellt konstruerade för militärmarknaden. De är oftast fullfjädrade med avseende på styrning och signalering, de kan arbeta i stora temperaturområden, typiskt –55 till +125 °C, och de kan vara hermetiskt kapslade eller ha hermetiskt kapslade komponenter. EMI-filtrering och pulsskydd är inbyggt eller finns som tillval. Risken för produktändringar eller att de slutar tillverkas är liten om leverantören är väletablerad. Dessa omvandlare återfinns ofta på militära standardritningar (Standard Military Drawings, SMD) vilket innebär att kunden blir informerad vid konstruktionsändringar.

Kategori 3: Militära Cots-produkter. Detta är en relativt ny grupp av DC/DC-omvandlare konstruerade för försvars- och flygapplikationer men gjorda som standardomvandlare för leverans från lager. Kostnaden ligger normalt kring hälften av priset för produkterna i kategori 2, men är högre än för industrifamiljerna. Militära Cots-omvandlare uppfyller försvarsspecifikationerna för EMI och miljö, har liten risk att bli obsoleta och inkluderar alla funktioner som finns i industriomvandlarna. De arbetar från –55 till 100 °C och är normalt kapslade, om än inte hermetiskt. Detta är vanligen tillfyllest om målsystemet har en bra kapsling. EMI-filter och testdata finns normalt att få från leverantören.

Klart är att kostnaderna och kraven på kort utvecklingstid och snabb marknadsintroduktion driver efterfrågan på militära Cots-produkter som de på bilden här intill. De är kostnadseffektiva alternativ till MIL-STD 883 produkter utom i de mest krävande tillämpningarna.
MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus