1 引言

無人機(jī)機(jī)載DC／DC電源輸入機(jī)載蓄電池產(chǎn)生的直流電，經(jīng)整流、濾波后得到滿足儀器要求的直流穩(wěn)壓電源。據(jù)無人機(jī)電源行業(yè)專家中電華星的電源工程師介紹，無人機(jī)系統(tǒng)功能的不斷增強(qiáng)對(duì)其DC／DC電源也提出了向輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾發(fā)展的要求，而在該電源系統(tǒng)中，體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL，CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC，F(xiàn)CC，CSA)，直流輸人則必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件．這樣就更加限制了電源體積的小型化。據(jù)此，中電華星的無人機(jī)電源團(tuán)隊(duì)工程師依據(jù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)整理此文，供大家參考。

2 機(jī)載DC／DC電源的小型化途徑

2．1 優(yōu)化PCB板的設(shè)計(jì)與制作

根據(jù)從原理圖到PCB板的沒計(jì)制定科學(xué)流程，如圖1所示。

進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)時(shí)一般有以下原則：

(1)濾波電容、電源開關(guān)或整流器、電感等應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置．調(diào)整元件位置使它們之間的電流路徑盡可能短：

(2)建立開關(guān)電源布局應(yīng)按照如下的流程：設(shè)計(jì)電源開關(guān)電流回路、沒計(jì)輸出整流器電流回路、連接到直流電源電路的控制電路、設(shè)計(jì)輸入電流源回路和輸入濾波器、沒計(jì)輸出負(fù)載和輸出濾波器；

(3)根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局要考慮PCB尺寸大小，放置器件時(shí)要考慮焊接，以每個(gè)功能電路的核心元件為中心進(jìn)行布局：

(4)元器件均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，去耦電容應(yīng)盡量靠近器件的VCC，在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能地使元器件平行排列，美觀且易焊裝；

(5)按照電路的流程安排各個(gè)功能單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并且使信號(hào)盡可能保持方向一致。布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接．把有連線關(guān)系的器件放在一起。盡可能地減小環(huán)路面積以抑制開關(guān)電源的輻射干擾：

(6)復(fù)查PCB的內(nèi)容包括沒計(jì)規(guī)則、層定義、線寬、間距、焊盤、過孔沒置，還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。

2．2 電源部件的選擇

無人機(jī)機(jī)載電源必須滿足抗惡劣環(huán)境的要求，例如必須適應(yīng)-55～ +60℃的環(huán)境溫度和較寬的輸入電壓變化范同；還要耐振動(dòng)、撞擊、抗電磁干擾等高可靠要求。因此，在分析和探討電源小型化的方案時(shí)。須考慮到工作在惡劣環(huán)境下仍然滿足各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)。

(1)采用集成度高、功率密度大的DC—DC變換器模塊

隨著功率電子學(xué)的興起與快速發(fā)展．DC．DC變換器集成電源模塊已被大量開發(fā)并投放市場。而且得到了越來越廣泛的應(yīng)用．但各供應(yīng)商生產(chǎn)的模塊電源，其工作頻率、變換效率各不相同，在輸出功率相同的情況下，體積、重量相差較大，同時(shí)應(yīng)用環(huán)境也各不相同。因此，要想設(shè)計(jì)體積小、重量輕，又能適應(yīng)惡劣環(huán)境下使用的電源部件，真正可選用的電源模塊并不多。只有國外幾種電源模塊可選用，如美同的VICOR，TI等。

(2)優(yōu)先選用具有多路輸出電壓的電源模塊

單路電壓輸出與多路電壓輸出的電源模塊各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者只有一路電壓輸出，是直接受調(diào)控的，因而輸出的電壓精度高；后者輸出電壓好幾路．但只有主回路輸出的電壓精度高，其余的是間接受到控制，因而輸出電壓的精度比較低。由于多種電壓要由多塊單輸出模塊來實(shí)現(xiàn)，所以要比直接采用多路電壓輸出模塊體積大。為了減小體積和重量，在滿足技術(shù)要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用多路電壓輸出的電源模塊。

(3)采用低壓差線性集成穩(wěn)壓器作為二次穩(wěn)壓

在普遍采用開關(guān)式集成穩(wěn)壓模塊的情況下，線性集成穩(wěn)壓器(特別是低壓差的線性集成穩(wěn)壓器)仍然廣泛地被采用。

(4)必要的少量外同分立元器件也盡量采用體積小、重量輕的片式表面貼裝器件采用集成電源模塊組成的電源部件．仍有少量的分立元器件，如濾波用的電感器、X電容和Y電容器，以及調(diào)節(jié)電壓的電阻器等，也一律采用貼片式。

(5)電源部件所需的某些非標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓。當(dāng)無法從單塊電源模塊獲得時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出的小型電源模塊，進(jìn)行互相串聯(lián)得到。

(6)當(dāng)采用一家供應(yīng)商不能滿足體積、重量要求時(shí)，可采用多家供應(yīng)商提供的電源模塊進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。

(7)要減小整個(gè)電源的體積和重量．將電源模塊的基板貼在機(jī)箱的內(nèi)壁利用金屬殼體散熱是非常必要的。

3 某機(jī)載電源的小型化設(shè)計(jì)

3．1 某機(jī)載設(shè)備對(duì)電源的技術(shù)要求(如表1所示)

3．2 根據(jù)技術(shù)要求確定電源部件的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)陔電源部件輸出電壓種類多、給定的外形尺寸小，且輸入電壓變化池圍大、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)，必須選用小型、高可靠的軍檔電源模塊。

(1)12 V(5 A)選用VICOR生產(chǎn)的單路輸出V24C12T100B電源模塊．該模塊輸出電壓為12 V(100 W)，工作溫度為-40～+100℃，外形尺寸為57．9 mm×36．8 mm×12．7 mm，其性能滿足沒計(jì)要求。

(2)5 V(6 A)選用ERICSSON生產(chǎn)的單路輸出PKM251 1EPI電源模塊，該模塊輸出電壓為5 V(10 A)，工作溫度為-40～+90。C，外形尺寸為57．9mm×36．8 mm×8．5 mm，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)+5 V(1 A)選用TI生產(chǎn)的FF6302N電源模塊，該模塊輸出電樂為5 V(3 A)，工作溫度為-40～+85℃．外形尺寸為42．5 mm×8．2 mm×15．9 mm．其性能滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)+12 V(2 A)選用TI生產(chǎn)的PT6304N電源模塊，該模塊輸出電壓為12 V(3 A)。工作溫度為-40～+85℃．外形尺寸為42．5mm×8．2 mm×15．9 mm．其性能滿足沒計(jì)要求。

3．3 散熱與分立器件的處理

(1)由于各種電源模塊的厚度不一致，為了將模塊基板貼靠箱體散熱．在電源盒箱體的后壁作適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)處理，使不同高度的模塊基板都能緊靠盒體后壁，這樣，電源產(chǎn)生的熱量就通過很大的金屬接觸面直接傳送到盒體外。

(2)濾波電容采用CA45型等片式固體電解質(zhì)鉭電容器．其外形最大尺寸為7．3mm×4．3mm×2．8mm，濾波電感采用了小型磁芯繞制的電感器。

(3)為滿足電磁兼容性要求，在28．5 V輸入端采用了TVS 瞬變電壓吸收二極管(1．5KE43A)和小型的抗干擾濾波器。

4 應(yīng)用效果

據(jù)中電華星工程師介紹，該電源部件中的所有元器件全部組裝在100mm×100 mm 的板面內(nèi)。元器件最大高度≤18 mm．質(zhì)量≤250 g．電源經(jīng)各項(xiàng)性能測試和高低溫實(shí)驗(yàn)，并與全系統(tǒng)聯(lián)試，其各項(xiàng)技術(shù)性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求．滿足整機(jī)需要。更多電源解決方案詳詢中電華星。