Стандарты на источники питания для аппаратуры военного назначения

02.08.2023 |

В статье приведен перечень ряда действующих в различных странах стандартов, в которых регламентированы требования к источникам питания аппаратуры военного назначения и даны краткие рекомендации по разработке источников, удовлетворяющих этим требованиям.

А. Мельниченко

Разработку источников питания для военной аппаратуры следует вести с учетом универсальности их применения, а также соответствия международным военным стандартам.

Военные стандарты для источников питания (ИП) содержат следующие основные характеристики: • входное напряжение • требования по электромагнитной совместимости • требования к работе ИП в условиях воздействия окружающей среды с заданными параметрами.

Кроме того, в стандарты включены рекомендации по оценке качества ИП и выбору компонентов.

Как правило, стандарты содержат сведения о той технике, в которой должно использоваться готовое изделие, например, об армейских транспортных средствах, технике военно-морских сил или авиационной. Стандарты часто обновляются, поскольку появляются новые виды техники. Хотя более ранние стандарты и заменяются новыми, однако чаще всего используются вместе с ними.

Для того чтобы область использования источников питания была как можно шире, они должны удовлетворять самым строгим требованиям стандартов.

Основное содержание и обозначения некоторых из военных стандартов приведены в таблицах 1-3.

Многие из содержащихся в них требований могут быть выполнены с использованием промышленных DC/DC- преобразователей, но проект в целом может оказаться ненадежным и дорогим. Альтернативой является либо использование DC/DC-преобразователей, соответствующих военным стандартам, либо надежных промышленных версий, к которым добавлены внешние фильтры

для обеспечения соответствия требованиям этих стандартов.

При разработке системы электропитания следует учитывать взаимосвязь различных факторов, влияющих на ее работу (рис. 1).

Рассмотрим теперь некоторые параметры систем питания, требования к которым определяются военными стандартами, и возможные варианты их выполнения.

Рис. 1. Факторы, влияющие на работу изделия

Номинальное напряжение питания

Номинальное значение напряжения питания большинства промышленных DC/DC-преобразователей находится в пределах 18-36 В, что приемлемо для ряда военных применений с учетом падения напряжения в цепях подавления помех. Преобразователи для военных применений часто имеют более широкий диапазон входных напряжений, например, 15-50 В.

Это позволяет упростить, а иногда и совсем отказаться от применения схем ограничения выбросов напряжения.

Выход напряжения питания за пределы допустимого диапазона

При кратковременном уменьшении напряжения питания ниже допустимого разработчик должен предусматривать автоматический или ручной перезапуск системы питания. Одной из причин резкого спада напряжения может быть, например, запуск холодного автомобильного двигателя. Технически возможно разработать систему питания, работающую и при таком напряжении, однако это скажется на ее КПД и габаритах.

Если напряжение падает на время, не превышающее нескольких миллисекунд, для его поддержания можно обойтись включением нескольких конденсаторов. Другим вариантом является использование

повышающего преобразователя. Хотя он занимает меньше места, чем конденсаторы, его применение связано с повышением стоимости, снижением надежности и возможным увеличением акустического шума.

Ограничение выбросов напряжения

На входе преобразователя необходимо предусматривать также защиту от повышения входного напряжения выше допустимого значения. Это может проявиться как в виде выброса напряжения, так и повышения напряжения на более длительное время.

Применение ограничителя напряжения позволяет упростить цепи подавления помех.

Выбор оптимального способа подавления помех требует учета внутреннего сопротивления источника помех и максимально допустимого произведения напряжения помехи на время ее действия. При большом внутреннем сопротивлении источника помех и малой длительности действия помехи решение может быть сравнительно простым. В противном случае приходится применять специальные схемы защиты.

Так, при небольшом времени действия помехи можно

Таблииа 1. Военные стандарты, содержащие требования по электромагнитной совместимости
Стандарт Разработка Основное содержание
NATO АСТР 500 НАТО Новый стандарт, основанный на базе стандарта 461Е. Является одним из первых стандартов, в которые включены требования как американских, так и европейских стандартов.
MIL-STD-461C США Более ранняя, но все еще действующая версия стандарта США по электромагнитной совместимости.
MIL-STD-461 D США Стандарт США по электромагнитной совместимости.
MIL-STD-461 Е США Последняя версия стандарта по электромагнитной совместимости, содержащего методы испытаний и включающего измерение помех в проводах, электромагнитного излучения, а также чувствительности к действию помех.
MIL-STD-462 США Содержит методы испытаний для стандарта MIL-STD-461 D, которые были впоследствии включены в стандарт MIL-STD-461 Е.
DEF-STAN 59-41 Англия Во многом аналогичен стандартам MIL-STD-461D/E, но содержит различные методы измерения помех в проводах.
GAM EG 13В Франция Национальный стандарт Франции по электромагнитной совместимости.
VG95370 Германия Национальный стандарт Германии по электромагнитной совместимости.
EN55022 Европа Стандарт не является военным. Определяет уровни излучений для промышленного оборудования. Может быть применен к военной аппаратуре, работающей совместно с аппаратурой невоенного назначения.
DO160C&D США Стандарт для гражданской авиации, содержащий требования по электромагнитной совместимости, методы проверки, требования ко входному напряжению и к параметрам окружающей среды.
Таблииа 2. Военные стандарты, содержащие требования по напряжению питания
MIL-STD 704 А до F США Определяет входные напряжения (постоянные и переменные), принятые для авиационной аппаратуры.
MIL-STD 1275 А&В США Определяет требования к напряжению питания аппаратуры для военных транспортных средств США с питанием от 28 В постоянного тока.
DEF-STAN 61-5 oart 6 Англия Определяет требования к напряжению питания аппаратуры для военных транспортных средств Англии с питанием от 28 В постоянного тока.
Таблица 3. Военные стандарты, содержащие параметры окружающей среды и требования к выбору компонентов
MIL-STD 810 D, Е. &F США Определяет требования к параметрам окружающей среды для различной аппаратуры военного назначения.
DEF-STAN 00-353 Англия Тоже, что и предыдущий (для Англии).
MIL-STD 202 США Содержит методы тестирования электронного и электротехнического оборудования.
MIL-STD 883 США Содержит методы тестирования гибридных микросборок, в том числе некоторых типов DC/DC-преобразователей.

использовать простой ограничитель напряжения (“transorb”): варистор и последовательно включенную катушку индуктивности. В случае длительного действия помех и при малом сопротивлении источни­ка помех возможно придется использовать КМОП- транзисторы. Их применение позволит выполнить требования стандартов MIL-STD 704A и MIL-STD 1275А, допускающих повышение максимального нап­ряжения питания до 80 и 100 В соответственно.

Помехи во входных и выходных цепях питания

Помехи, наводимые в проводах питания (как син­фазные, так и дифференциальные) необходимо фильтровать. Входы питания необходимо распола­гать как можно дальше от источников помех. Пред­почтительно использовать источники с частотой пре­образования более 400 кГц, так как допустимый уро­вень помех на этих частотах выше. Для уменьшения уровня помех желательно также использовать преоб­разователи с резонансными контурами, в которых форма тока близка к синусоидальной, а уровень гар­моник существенно снижен.

Пульсации напряжения питания

В стандартах, таких как MIL-STD 1275 A/B и DEF- STAN 61-5 part 6, содержатся достаточно жесткие тре­бования к допустимому уровню пульсаций напряже­ния питания в широком диапазоне частот. Неверный подход при разработке фильтра может привести к то­му, что его эффективность будет недостаточна. Кро­ме того, пульсации напряжения питания могут выз­вать повышенный уровень пульсаций выходных на­пряжений источника, что окажется неприемлемым для питания аппаратуры.

Влияние параметров окружающей среды

Для того чтобы быть уверенным в надежной рабо­те преобразователей в заданном диапазоне темпера­тур, необходимо внимательно изучить их технические условия. Для работы при температуре порядка 100 °С можно использовать гибридные преобразователи в металлическом корпусе, смонтированные на хорошо отводящем тепло основании. В военных стандартах оговорен также и ряд других параметров окружающей среды: влажность, морской туман, вибрации и др.

Электромагнитные излучения

В стандартах оговорен как уровень излучений, возникающих при работе источника питания, так и уровень внешних помех, при которых он должен нор­мально функционировать. Хотя эти параметры отно­сятся ко всему изделию, однако наибольший вклад в уровень паразитных излучений вносят помехи, возни­кающие во входных и выходных цепях преобразовате­ля. Чтобы удовлетворить требования стандартов, следует грамотно выполнить соединения между пре­образователем и остальной частью изделия, применяя, где это необходимо, экранирование.

Рис. 2. Конфигурируемый блок питания фирмы XP Power серии МСС с входным напряжением 28 В постоянного тока и номинальной выходной мощностью 400 Вт

На рис. 2 показан конфигурируемый блок питания фирмы XP Power серии МСС со входным напряжени­ем 28 В постоянного тока и номинальной мощностью 400 Вт. Он удовлетворяет требованиям стандартов MIL-STD 461E и MIL-STD 1275B. Его конструкция соот­ветствует требованиям национальных стандартов DEF-STAN 61-5 part 6 и DEF-STAN 59-41. В блоке пи­тания использованы промышленные DC/DC-преобразователи, защищенные от действия температуры во всем диапазоне, оговоренном для аппаратуры воен­ного назначения. Блок может быть сконфигурирован для различных выходных напряжений. Имеется от­дельный выход с нестабилизированным напряжени­ем, имеющим низкий уровень пульсаций, который может быть использован для питания цепей, чувстви­тельных к помехам, что исключает необходимость применения дополнительных фильтров.