作者：GAIA Converter GAIA Converter 客戶支持經理 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鍵因素，需要密切關注輸入功率、熱量、尺寸和認證要求方面的靈活性需求 近年來，隨著智能彈藥的發展，武器技術發生了巨大變化。這些智能彈藥利用高可靠性計算、先進傳感器和制導系統的進步，可以遠距離定位、識別和攻擊目標。事實證明，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鍵基礎在于支持完成任務所需的先進計算、傳感器和驅動設備的供電子系統。這些電力系統需要結構緊湊，并且能夠應對極端環境，例如沖擊、振動和高瞬態溫度。這樣做可以確保提供給每個電子控制單元的電源軌保持穩定。 智能彈藥的開發始于鋪路者系列激光制導炸彈，美國空軍于 20 世紀 60 年代末進行了實戰測試。盡管炸彈和導彈的發射仍然是人類的決定，但智能彈藥已經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。對于炮彈來說，慣性制導是一個常見的組件。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者或友軍的風險。對附帶損害的擔憂有助于激發人們對使用智能彈藥的興趣。防御性應用也正在取得進展。在最近的沖突中，智能地對空導彈對于保護平民至關重要，它使用從激光制導到全自動的各種技術來打擊來襲目標。在許多智能彈藥中，緊湊型電子設備至關重要。整個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，用于確定炮彈從發射到撞擊每個點的方向和速度。 GPS 接收器通常會增強這一功能，幫助確定精確位置。射頻（RF）收發器可以允許指揮單元進行遠程控制或將數據轉發到其他戰場資產。 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程中和發射后的環境變化，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送命令。例如，步進電機可以改變外部翅片的姿態來轉動外殼并控制其空氣速度。機載能源將通過一個或多個 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彈藥。同樣，基于小型內燃機或微型渦輪機的車載發電機可以提供持續發電，盡管它們的啟動時間可能很長，需要輔助電源來實現瞬態功能。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，對于短期交戰特別有價值。對于越來越多的情況，彈藥被編程為在發射或爆炸前長時間徘徊，從光、振動或空氣運動中收集環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性，智能彈藥設計可能包含多個能源產生子系統。 例如，電池單元的電壓輸出可能會在放電周期結束時迅速下降，這往往會在接近最終爆炸點時發生。備用能源系統用于在主電源耗盡時對其進行補充，但可能需要一段時間才能達到全功率輸出，可能會導致輸入電壓快速變化。專為智能彈藥設計的 DC/DC 轉換器可以保證電子子系統即使在高應力時期和能源產生的電壓變化較大的情況下在電源之間切換時也能獲得一致的功率。寬輸入電壓范圍可確保彈藥發射至爆炸點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 范圍的產品。
DC/DC 轉換器在優化能源效率和避免使用未穩壓電源時電壓變化可能導致的組件損壞方面發揮著關鍵作用。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問題是高度。盡管許多現成產品的設計占用相對較小的 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 系列避免了這個問題，為需要 40W 或 12.5mm 輸出功率高達 500W 的設計實現了高度僅為 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。 GAIA 轉換器 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。通過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境條件下實現最佳散熱。灌封膠還有一個的優點，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產品質量和行為的嚴格軍事標準。有幾個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，通過系統承受溫度、濕度、沖擊、振動和海拔變化的能力來確定系統的耐用性。 MIL-STD-461 確定了軍事系統的電磁兼容性 (EMC)，確保智能彈藥不會受到外部干擾的不利影響。 MIL-STD-331 提供了一個測試電子元件的框架，以確保最終系統的整體可靠性。 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場場景，集成和開發速度將成為設計中的關鍵要素。對于電源子系統，這將通過提供集成電源模塊（例如 PSDG-48）來支持。該 DC/DC 轉換器通過單個 16-60V DC 輸入在三個輸出電源軌上提供 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鍵要求。通過關注輸入功率、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發的可靠長期合作伙伴。 |
