可靠性和高性能。
乍一看，尤其是考虑到它们的基本功能都是将可变交流或直流电压源转换为稳定可用的电压，普通观察者可能会认为国防领域使用的电源与其他领域（例如工业和电信）使用的电源类似。然而，它们之间却存在着巨大的差异。军用电源解决方案必须更加坚固耐用、可靠性更高，甚至可能比其他任何行业都更加重要。在国防领域，电源设备必须在各种恶劣气候和复杂地形下完美运行，并且能够在极少维护的情况下提供多年的服务。
军用电源通常按照非常严格的标准制造，以确保在各种严苛的运行环境中提供最高质量的性能。这些电源能够承受高达 80 摄氏度和低至 -40 摄氏度的环境温度。它们具有特定的电压范围，可以为各种不同模式下运行的飞机和军用车辆供电。这些电源能够承受相当大的振动、冲击和震动，其强度远远超过商用列车和飞机所承受的水平。因此，毋庸置疑，国防领域对电源系统的可靠性要求极高。它们必须在宽广的温度范围内运行，并且能够在极端冲击和高冲击条件下正常工作。大多数军用电源都符合军用标准（MIL-STD），能够在恶劣环境下完美运行。
军工和国防市场细分领域的独特性：
由于军工和国防业务的特殊性，其大多数终端应用都属于机密、高度保密，并受商业秘密保护法规的约束，因此很难准确估算电源市场的整体规模。然而，市场分析师估计，到2023年，包括电池、发电机、UPS系统和电源在内的该市场规模将达到约80亿美元。
市场分析机构Micro-Tech Consultants在其最新报告中重点关注电源（AC/DC、DC/DC），估计该细分市场规模约为30亿美元。其中，60%的电源由军工设备制造商自主设计（自用），40%来自商业市场，而商业市场中的部分电源是根据客户规格定制设计，专用于特定应用（图1）。
图 01 - 为满足严苛环境要求而设计的定制 PRBX 电源示例（来源：PRBX）
然而，定制电源解决方案仍然占据该领域的很大一部分，而且，正如在其他领域发生的那样，在设计新设备时，军工制造商正在考虑在项目早期阶段使用现成的商用和军用电源（图 02）的优势，以降低成本、资源分配和上市时间。.
图 02 - PRBX COTS/MOTS OFD1200A DC/DC 转换器，适用于国防和高要求工业应用（来源：PRBX）
在设计方面，即定制或标准电源解决方案方面，电力电子设计师必须考虑许多军事和国防工业的特定标准，这构成了设计过程中一个非常有趣的部分。.
专为满足严苛标准而设计：
从地球到外太空，电源必须符合特定标准，这些标准定义了满足最终用户需求所需的稳健性级别。由于应用范围极其广泛，电源设计人员必须考虑涵盖所有应用领域的最合适标准。标准规定了最终用户设备可能面临的所有环境条件，例如，-40 至 +80 摄氏度的极端温度、因战术要求而需要降低的噪声，以及搬运、运输和操作冲击造成的震动。
军事和国防工业使用所谓的军用标准 (MIL-STD)（图 03）。该标准在二战后制定，旨在为军事及其相关产业提供统一的标准要求并确保互操作性，其重点在于技术和工程要求、流程、程序、实践和方法。MIL-STD 认证最初由军事部门使用，现在代表着产品能够承受极端条件的能力，并成为其他高要求行业的基准。虽然不可能列出所有这些标准，但我们可以举例说明电源设计人员在为军事和国防应用设计产品时应该考虑哪些因素。
图 03 - 军事和国防工业使用所谓的军用标准 (MIL-STD)（来源：PRBX/DoD）
当静默至关重要时，MIL-STD-461 标准便是最好的证明。
电源的基本原理是将直流 (DC) 电压转换为交流 (AC) 电压，然后再整流回可用的直流电压。这一过程通过切换直流电压来实现，而切换过程会产生无线电辐射和传导噪声。这些噪声在国防应用中至关重要，因为它们可能被探测到或干扰关键系统。为了减少这些干扰，电源制造商正在应用各种技术，从软开关到噪声消除——或者简单来说，类似于耳机在嘈杂环境中用于听音乐的技术。
为了确保电源不会产生高水平的传导或辐射噪声，并且电源本身不会受到外部信号的影响或损坏，必须按照 MIL-STD-461 标准进行测试。该标准规定了加固型军用电源的电磁干扰 (EMI) 和电磁兼容性 (EMC) 要求。符合该标准是确保系统中所有设备性能令人满意的关键。根据 MIL-STD-461 标准进行的测试包括：传导发射、传导抗扰度、辐射发射和辐射抗扰度。
根据应用场景（例如陆地、空中、海军或潜艇频段）的不同，抗扰度等级和测试方法可能有所不同，具体内容参见 MIL-STD-461 标准表 IV 和表 V（图 4）。
图 04 - MIL-STD-461 表 IV 和表 V，根据应用对 EMI 和 EMS 测试进行分类（来源：PRBX/DoD MIL-STD-461G）
军用车辆电源：MIL-STD-1275 标准。
大多数安装在车辆上的军用设备都由主电池或发电机提供的 28V 内部配电母线电压供电。MIL-STD-1275 是地面军用车辆配电系统的标准。该标准定义了负载设备输入端 28V 直流电源的工作电压限值和瞬态电压特性。直流/直流或直流/交流电源转换系统必须能够在规定的电压瞬变（包括浪涌和尖峰）下正常工作，并向负载提供稳定、纯净的电源。该标准涵盖了电源在运行过程中可能遇到的所有干扰，确保其始终能够按预期运行。
MIL-STD-810，即环境工程考量和实验室测试标准：
该标准于1962年6月首次发布，历经多次修订，其第八版MIL-STD-810H于2019年1月发布。MIL-STD-810H详细描述了测试程序，旨在评估设备在使用、运输和存储过程中可能遇到的各种条件（例如温度、冲击、振动和湿度）下的耐久性。尽管MIL-STD-810H是军用标准，但值得注意的是，许多坚固耐用的工业产品都按照该标准进行测试。MIL-STD-810H包含20多种不同的测试方法，涵盖了从低压（高海拔）和机载设备的机械振动到枪击冲击和酸性环境等各种情况。大多数电源无需按照所有测试方法进行测试，电源设计人员会根据最终应用选择相应的部件。有些测试方法是通用的，且应用广泛，例如冲击测试方法 516.8 和振动测试方法 514.8。这些测试模拟了运输和运行过程中可能发生的颠簸、跌落和其他类似作用的影响。
设计时需兼顾商业和军事市场。
由于商用现货/商用现货电源 (COTS/MOTS) 可用于各种应用，电源设计人员必须考虑广泛的环境因素。
一些国防应用要求电源在风扇散热有限或无风扇的情况下运行。这主要指在恶劣环境下运行的电源，例如安装在密封外壳中的电子设备、暴露于恶劣天气条件的无线电通信系统、户外监控和门禁设备，以及受到严格噪音限制的室内设备。除了环境要求外，可靠性和维护成本也促使系统设计人员放弃风扇和排气扇，转而采用传导散热。
传导散热需要非常特殊的结构设计，电源必须确保散热组件到主板的最佳热传递，才能在主板 -40 至 +95 摄氏度的极高工作温度范围内提供高性能。在这些应用中，主板可以在高温环境下为电源散热，也可以在低温环境下为其加热。事实上，一些电源包含一个由小型电池供电的佩莱蒂尔元件，该元件在启动阶段或最大冷却条件下使用。
在考虑商用现货/商用现货电源时，客户通常要求其具有极高的灵活性，并能够为各种应用供电。例如，一些国防应用，如电池充电器，要求电源提供恒流。该电流不仅必须易于调节，而且电源可能还需要用于其他用途，例如监控何时停止充电以及在恒流和恒压模式之间切换。通常，此类设备在需要将电子元件封闭并防止其受到危险的环境中运行。这就要求电源提供外部控制功能，以便将输出电压和/或电流从最大允许值调节到接近零。根据最终要求，这些功能可以通过模拟或数字通信总线进行控制。对于需要冗余的应用或需要为并联连接设计的高功率电源的用户来说，灵活性也至关重要，因为通常会包含一个有源或门电路以保持高效率。
所有这一切都不能忘记满足高于传统电源要求的最高冲击和振动水平，以及符合 MIL-STD 461E CE102、MIL-STD 1399-300A 和 MIL-STD 810H 规定的高效 EMC 滤波要求。
桥梁！
如前所述，通过借鉴设计符合特定 MIL-STD-810H 测试要求的加固型电源解决方案的最佳实践，军用和国防领域的商用现货/商用现成电源 (COTS/MOTS) 正迅速吸引着在严苛环境下运行的高要求工业应用领域的终端用户。本文尚未探讨极端应用，例如暴露于高辐射水平的应用。虽然这些应用可能被认为是小众应用，但越来越多的核电站正在进行改造以延长其运行寿命，这推动了对能够承受高辐射水平且使用寿命比以往更长的电源的需求。基于对能够承受高辐射水平的军用电源的研究，以及应用专为严苛环境开发的最新一代宽带半导体，显然，高要求的工业应用将受益于这项研究以及商用现货/商用现成电源的可用性。
为军事、国防和其他高要求行业开发电源是一个非常有趣的领域，电源设计人员可以探索和发现新技术，使电源更加坚固耐用、用途广泛且节能高效
。
参考资料：
Powerbox (PRBX)：
https://www.prbx.com/
Micro-Tech Consultants
2023年全球开关电源行业报告
http://mtcpower.com/
欲了解更多信息
，请访问 www.prbx.com。
联系市场营销和传播总监 Patrick Le Fèvre，
电话：+46 (0)158 703 00。
作者简介：
帕特里克·勒费弗尔 (Patrick Le Fèvre) 是 Powerbox 公司的市场营销与传播总监，拥有 40 年电力电子行业经验，是一位资深的通信专家和资深工程师。他一直致力于推动数字能源等新技术的商业化，并积极推动降低能耗的技术创新。勒费弗尔撰写并发表了众多技术书籍和文章，并在国际领先的电力电子会议上进行过多次演讲。这些内容已被全球媒体转载超过 450 次。此外，他还积极参与各类环保论坛，分享他在清洁能源方面的经验和知识。
