作者：GAIA Converter GAIA Converter 客戶支持經(jīng)理 Christian Jonglas 表示，為敏感電子設(shè)備提供可靠、一致的電源是智能彈藥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，需要密切關(guān)注輸入功率、熱量、尺寸和認(rèn)證要求方面的靈活性需求 近年來，隨著智能彈藥的發(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(jì)算、先進(jìn)傳感器和制導(dǎo)系統(tǒng)的進(jìn)步，可以遠(yuǎn)距離定位、識別和攻擊目標(biāo)。事實(shí)證明，與傳統(tǒng)武器設(shè)計(jì)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(chǔ)在于支持完成任務(wù)所需的先進(jìn)計(jì)算、傳感器和驅(qū)動設(shè)備的供電子系統(tǒng)。這些電力系統(tǒng)需要結(jié)構(gòu)緊湊，并且能夠應(yīng)對極端環(huán)境，例如沖擊、振動和高瞬態(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(wěn)定。 智能彈藥的開發(fā)始于鋪路者系列激光制導(dǎo)炸彈，美國空軍于 20 世紀(jì) 60 年代末進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)測試。盡管炸彈和導(dǎo)彈的發(fā)射仍然是人類的決定，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(dá)制導(dǎo)，武器遵循熱信號或指定目標(biāo)的軌跡。對于炮彈來說，慣性制導(dǎo)是一個(gè)常見的組件。外殼利用內(nèi)部陀螺儀和加速計(jì)的數(shù)據(jù)自行引導(dǎo)，以遵循預(yù)先編程的軌跡。
對于遠(yuǎn)程情況，精確制導(dǎo)炮彈使用全球定位系統(tǒng) (GPS) 的信號引導(dǎo)其射向目標(biāo)，從而增加成功打擊的可能性并降低擊中旁觀者或友軍的風(fēng)險(xiǎn)。對附帶損害的擔(dān)憂有助于激發(fā)人們對使用智能彈藥的興趣。防御性應(yīng)用也正在取得進(jìn)展。在最近的沖突中，智能地對空導(dǎo)彈對于保護(hù)平民至關(guān)重要，它使用從激光制導(dǎo)到全自動的各種技術(shù)來打擊來襲目標(biāo)。在許多智能彈藥中，緊湊型電子設(shè)備至關(guān)重要。整個(gè)系統(tǒng)可能需要安裝直徑為 55 毫米或 155 毫米的導(dǎo)彈或與便攜式防空 (MANPAD) 發(fā)射器兼容的導(dǎo)彈。 與傳統(tǒng)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(xiǎn)絲，但智能炮彈將包括更復(fù)雜的保險(xiǎn)絲系統(tǒng)，該系統(tǒng)依賴于傳感器讀數(shù)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(jì)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 接收器通常會增強(qiáng)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(yuǎn)程控制或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他戰(zhàn)場資產(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(bǔ)償運(yùn)輸過程中和發(fā)射后的環(huán)境變化，并將數(shù)據(jù)饋送到中央計(jì)算單元。該處理器將執(zhí)行制導(dǎo)算法并向用于控制軌跡的執(zhí)行器發(fā)送命令。例如，步進(jìn)電機(jī)可以改變外部翅片的姿態(tài)來轉(zhuǎn)動外殼并控制其空氣速度。機(jī)載能源將通過一個(gè)或多個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。由于傳感器和其他組件需要穩(wěn)定的電源軌，因此提供的功率需要一致且在嚴(yán)格的容差范圍內(nèi)。 能源可以來自多種來源。由于鋰電池能量密度高，因此通常用于小型制導(dǎo)彈藥。同樣，基于小型內(nèi)燃機(jī)或微型渦輪機(jī)的車載發(fā)電機(jī)可以提供持續(xù)發(fā)電，盡管它們的啟動時(shí)間可能很長，需要輔助電源來實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)功能。相比之下，超級電容器可以為轉(zhuǎn)向或爆炸等功能提供快速的功率爆發(fā)，對于短期交戰(zhàn)特別有價(jià)值。對于越來越多的情況，彈藥被編程為在發(fā)射或爆炸前長時(shí)間徘徊，從光、振動或空氣運(yùn)動中收集環(huán)境能量可以提供長期但低水平的能量。由于這些能源的互補(bǔ)性，智能彈藥設(shè)計(jì)可能包含多個(gè)能源產(chǎn)生子系統(tǒng)。 例如，電池單元的電壓輸出可能會在放電周期結(jié)束時(shí)迅速下降，這往往會在接近最終爆炸點(diǎn)時(shí)發(fā)生。備用能源系統(tǒng)用于在主電源耗盡時(shí)對其進(jìn)行補(bǔ)充，但可能需要一段時(shí)間才能達(dá)到全功率輸出，可能會導(dǎo)致輸入電壓快速變化。專為智能彈藥設(shè)計(jì)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以保證電子子系統(tǒng)即使在高應(yīng)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(yīng)用設(shè)計(jì)的 DC/DC 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器在優(yōu)化能源效率和避免使用未穩(wěn)壓電源時(shí)電壓變化可能導(dǎo)致的組件損壞方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。作為確保電子子系統(tǒng)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(nèi)部空間有限，需要裝入炸藥、能源、執(zhí)行器和電子設(shè)備，因此轉(zhuǎn)換器必須重量輕且體積小。電源設(shè)計(jì)可能面臨的一個(gè)問題是高度。盡管許多現(xiàn)成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)占用相對較小的 PCB 空間，但電容器和電感器等無源元件的高度可能會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)問題，為需要 40W 或 12.5mm 輸出功率高達(dá) 500W 的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高度僅為 8mm 的完整 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)能夠在存儲期間和部署期間承受較大的溫度波動。 GAIA 轉(zhuǎn)換器 MGDD 系列支持的存儲溫度范圍為 –40 至 +125°C，可以滿足這一目標(biāo)。通過使用具有高導(dǎo)熱性的雙組分化合物封裝轉(zhuǎn)換器模塊，模塊可確保在惡劣環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)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而損壞。 同樣重要的是能夠通過有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量和行為的嚴(yán)格軍事標(biāo)準(zhǔn)。有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對于智能彈藥中的電子設(shè)備非常重要。 MIL-STD-810 提供了一系列測試，通過系統(tǒng)承受溫度、濕度、沖擊、振動和海拔變化的能力來確定系統(tǒng)的耐用性。 MIL-STD-461 確定了軍事系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)，確保智能彈藥不會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(tǒng)的整體可靠性。 隨著智能彈藥變得越來越普遍，以及將功能集成到更小的外殼中以支持更廣泛的戰(zhàn)場場景，集成和開發(fā)速度將成為設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素。對于電源子系統(tǒng)，這將通過提供集成電源模塊（例如 PSDG-48）來支持。該 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通過單個(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(shè)備提供可靠、穩(wěn)定的電力仍然是智能彈藥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求。通過關(guān)注輸入功率、散熱、尺寸和認(rèn)證要求方面的靈活性需求，GAIA 非常適合成為這些系統(tǒng)開發(fā)的可靠長期合作伙伴。 |
