【導讀】車輛中的電子設備已經激增，現代汽車就像是車輪上的無線連接數據中心。軍用車輛正在追隨“Vetronics”或車輛電子設備的趨勢，但重點不同——就像汽車一樣，需要發動機控製
、顯示器和導航，但對通信
、武器控製、chuanganheshujushoujihaiyouewaideyaoqiu

，lianjiedaoqitachelianghegudingxitongdeshuziwuxianwangluo。shenzhirengongzhinengyeyuelaiyuechengweiyizhonggongneng，yongyuqingkuangfenxihezizhucaozuo
，tigaorenwuxiaolvbingjiangdirenyuanfengxian。yuchengyongcheyiyang，gaokekaoxing

、低重量和成本也是軍用車輛的因素。

概要

軍用車輛越來越多地配備用於控製、通信
、導航和顯示係統的電子設備。 DC-DC 轉換器為這些係統提供輔助電源
，但在應用中可能會受到較高的電氣和環境壓力。本文概述了所用通用標準定義的應力水平，並確定了 DC-DC 轉換器需要滿足的規範。

文章

車輛中的電子設備已經激增，現代汽車就像是車輪上的無線連接數據中心。軍用車輛正在追隨“Vetronics”或車輛電子設備的趨勢，但重點不同——就像汽車一樣，需要發動機控製、顯示器和導航，但對通信
、武器控製、chuanganheshujushoujihaiyouewaideyaoqiu，lianjiedaoqitachelianghegudingxitongdeshuziwuxianwangluo。shenzhirengongzhinengyeyuelaiyuechengweiyizhonggongneng

，yongyuqingkuangfenxihezizhucaozuo，tigaorenwuxiaolvbingjiangdirenyuanfengxian。yuchengyongcheyiyang，gaokekaoxing
、低重量和成本也是軍用車輛的因素。

車輛電子市場的驅動因素是最近全球衝突的不幸增加，以及車輛現代化和升級計劃，以匹配競爭力量並利用電子係統不斷增強的功能。 Allied Market Research 分析師預計，到 2030 年，全球 Vetronics 市場價值將從 2020 年的 42 億美元增至 65 億美元，複合年增長率為 4.67% [1]。

軍用車輛轉向電力推進正在考慮之中
，但通常僅作為混合動力實施，柴油牽引發動機仍然是實用的選擇。

新(xin)型(xing)軍(jun)用(yong)車(che)輛(liang)的(de)開(kai)發(fa)總(zong)是(shi)緩(huan)慢(man)的(de)，需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)大(da)量(liang)的(de)測(ce)試(shi)和(he)鑒(jian)定(ding)，因(yin)此(ci)現(xian)有(you)平(ping)台(tai)通(tong)常(chang)會(hui)並(bing)行(xing)升(sheng)級(ji)。因(yin)此(ci)
，新(xin)的(de)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)通(tong)常(chang)必(bi)須(xu)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)相(xiang)關(guan)設(she)備(bei)以(yi)及(ji)現(xian)有(you)的(de)車(che)載(zai)供(gong)電(dian)和(he)配(pei)電(dian)網(wang)絡(luo)兼(jian)容(rong)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)
，人(ren)們(men)開(kai)始(shi)采(cai)取(qu)行(xing)動(dong)
，使(shi)用(yong)符(fu)合(he)標(biao)準(zhun)規(gui)格(ge)的(de)商(shang)業(ye)現(xian)成(cheng) (COT) 產品而不是定製設計來降低成本，以保證不同車輛平台之間的互操作性和互換性。

Vetronics 電源軌標準

軍用車輛的標稱電池電源通常為 12V 或 24/28VDC，使用的兩個主要標準是英國 DEF-STAN 61-5（自 2020 年 3 月起第 7 期）和較短的美國 MIL-STD 1275（自 9 月起修訂 F） 2022年。英國標準涵蓋12V和24V係統，而美國版本僅28V。這些標準描述了電源的預期變化

，包括標稱範圍、尖峰、浪湧和驟降，任何連接的設備都必須承受這些變化而不會損壞
，但在某些情況下，功能可能會暫時丟失，例如在驟降期間的 DEF-STAN 61-5 中發動機轉動引起的。還規定了對疊加紋波和反極性連接的抗擾性。

正常工作電源電壓限製

MIL-STD 1275/F 定義了 28VDC 電源的工作範圍，限製為 20V 和 33V，並且在初始“接合”電壓降至 12V 後啟動電壓降至 16V。級別和時間顯示在圖1。

圖 1：符合 MIL-STD 1275/F 的軍用車輛直流電源範圍   

DEF-STAN 61-5 的等效圖表顯示在圖2 : 12V 標稱電壓的正常工作範圍為 9-19V
，12V 係統的正常工作範圍為 18-36V。請注意，該電壓在標準的其他地方顯示為 19-36V，令人困惑。該標準規定了 5 分鍾的最大和最小電壓，但實際上
，任何連接的設備都必須連續承受該電壓。

圖2： 軍用車輛直流電源範圍符合 DEF-STAN 61-5，適用於 12V 和（括號內）24V 係統

車輛中的終端設備通常需要一個較低電壓的穩壓電源，且不受幹擾，因此 DC-DC 轉換器具有寬輸入範圍和固定輸出。為了滿足美國軍用標準
，在啟動“初始接合”下降期間，轉換器還應在 28V 電源電壓降至 12V 時“正常且無降級”運行。對於英國軍用標準
，對於 24V 電源，該值應為 18V

，並留有一定餘量
；對於 12V 電源，該值應為 9V。為了滿足這兩個標準
，連續輸入範圍為 9-36V 的 DC-DC 轉換器將是合適的。 Gaia 轉換器 [2] 的 MGDM-500 / DC-DC 轉換器等部件非常理想，能夠在低至 8.5V 的電壓下運行
，在 DEF-STAN 61-5 啟動階段也將繼續不間斷地運行，甚至50ms 8V 電平在設計裕度範圍內
，但不能保證。然而，如前所述，對於英國標準
，預計會在啟動過程中喪失功能（條款 B.8.1.1）。隔離式 MGDM-500 在固定 12、15、24、28 或 48VDC 下的額定輸出為 500W，該產品係列中還提供 4W 以上的較低功率版本。

還存在高壓浪湧和瞬變

考慮到 MIL-STD 1275/F

，要求設備能夠抵抗短尖峰
，峰值高達 +/-250V
，持續 70μs 最大值，在 1ms 內線性減小到 +100V 和 +18V 之間的值。任何單個尖峰的最大能量為 200mJ (圖3）。

圖 3：根據 MIL-STD 1275/F
，車輛供電軌上存在短尖峰

也可能存在高能量浪湧 降至 +100V 持續 50ms
，線性降至 >33V 持續 500ms，而降至 18V 可持續 500ms
，降至 <20V 持續 600ms（圖4）。

圖 4：根據 MIL-STD 1275/F


，車輛供電軌上存在浪湧

根據標準，紋波電壓在 30Hz 至 5kHz 之間也可能出現 +/-4V 峰峰值。

DEF-STAN 61-5 第 6 部分標準定義了 12V 係統的 +100/-150V 的短時間重複瞬態和 24V 係統的 +200/-200V 的短時間重複瞬態。最後 100ns 並每 100μs 重複一次，突發時間為 10ms，間隙為 90ms。標準中描述了精確的波形。根據英國標準，12V 係統的長瞬變可達 +20V，24V 係統的長瞬變可達 +40V，持續 50ms。

一個特別繁重的要求是承受“負載突降”——高gao電dian流liu負fu載zai突tu然ran斷duan開kai時shi產chan生sheng的de高gao能neng量liang浪lang湧yong。在zai英ying國guo標biao準zhun中zhong
，考kao慮lv了le兩liang種zhong情qing況kuang，一yi種zhong是shi沒mei有you負fu載zai突tu降jiang控kong製zhi的de平ping台tai，一yi種zhong是shi具ju有you集ji中zhong式shi負fu載zai突tu降jiang抑yi製zhi係xi統tong的de平ping台tai。在zai最zui壞huai的de情qing況kuang下xia，連lian接jie設she備bei在zai 24V 係統中看到 202VDC（在 12V 係統中看到 101VDC），持續 400/350 毫秒，分別來自 8/4 歐姆的低源阻抗。然而
，該標準確實允許設備在未損壞的情況下失去功能，並且可以在事件發生後通過手動幹預（如有必要）恢複。

連接的設備不得因電源反向連接而損壞，並且在以正確極性連接時，反向汲取的電流不得超過“正常”值。

電磁兼容要求

對於美國的電磁兼容性 (EMC)，MIL-STD 461 將適用
，目前版本為 G。在該標準中

，針對不同的應用定義了發射和磁化率限值。例如，在“地麵、軍隊”類別中，以下內容是相關的：
CE 102：傳導發射 - 10 kHz 至 10 MHz
CS 101：磁化率 - 30Hz 至 150kHz
CS 114：磁化率 – 10kHz 至 400 MHz
CS 115：敏感性 - 寬帶脈衝
CS 116：磁化率 – 阻尼正弦瞬態

DEF-STAN 61-5 規定設備應滿足 DEF-STAN 59-411 第 1,3 和 4 部分的服務等級 A，除非另有約定。

連接到車輛電源的 DC-DC 轉換器不能免受指定的尖峰和浪湧的影響，因此通常會在其前麵安裝一個濾波器和“調節器”，為多個下遊模塊供電。 L-C EMC 濾波器能夠滿足高頻輻射和抗擾度標準，並且對標稱值和浪湧的變化透明，同時在一定程度上抑製尖峰。例如，Gaia FGDS-35A-50V 部件
，采用 41 x 27 x 16.7mm 板安裝封裝

，額定電流為 35A DC。然(ran)後(hou)，調(tiao)節(jie)器(qi)可(ke)以(yi)將(jiang)瞬(shun)態(tai)和(he)浪(lang)湧(yong)鉗(qian)位(wei)到(dao)後(hou)續(xu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)安(an)全(quan)水(shui)平(ping)，甚(shen)至(zhi)在(zai)實(shi)際(ji)上(shang)無(wu)法(fa)鉗(qian)位(wei)的(de)高(gao)能(neng)量(liang)事(shi)件(jian)期(qi)間(jian)關(guan)閉(bi)電(dian)源(yuan)軌(gui)。調(tiao)節(jie)器(qi)通(tong)常(chang)還(hai)包(bao)括(kuo)串(chuan)聯(lian)低(di)損(sun)耗(hao)開(kai)關(guan)，以(yi)提(ti)供(gong)反(fan)極(ji)性(xing)保(bao)護(hu)。

Gaia LGDS-600P 是適合該應用的調節器模塊的一個示例。該板載模塊的額定輸出功率為 600W，尺寸僅為 40.7 x 48.5 x 12.7mm，可將其輸出上的任何指定尖峰和浪湧鉗位至最大 38V

，處於以下 Gaia DC-DC 轉換器的浪湧額定值之內。高達 202VDC 的(de)電(dian)壓(ya)鉗(qian)位(wei)，而(er)較(jiao)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)會(hui)導(dao)致(zhi)調(tiao)節(jie)器(qi)暫(zan)時(shi)斷(duan)開(kai)連(lian)接(jie)

，並(bing)在(zai)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)時(shi)自(zi)動(dong)重(zhong)新(xin)連(lian)接(jie)。調(tiao)節(jie)器(qi)輸(shu)出(chu)上(shang)的(de)小(xiao)電(dian)容(rong)器(qi)在(zai)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)內(nei)提(ti)供(gong)穿(chuan)越(yue)能(neng)量(liang)。該(gai)模(mo)塊(kuai)還(hai)包(bao)括(kuo)附(fu)加(jia)功(gong)能(neng)
，能(neng)夠(gou)將(jiang)下(xia)遊(you)轉(zhuan)換(huan)器(qi)同(tong)步(bu)到(dao)單(dan)個(ge)時(shi)鍾(zhong)，並(bing)提(ti)供(gong)兩(liang)個(ge)反(fan)相(xiang)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)輸(shu)入(ru)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)和(he) EMI 特征。欠壓鎖定適用於低輸入電壓

，並可在需要時發出警告信號以將輸出切換至備用電源。

DC-DC 配電係統示例

圖5 顯示了符合 MIL-STD 1275/F 和 MIL-STD 461 的示例係統。MGDM-500 是一款單輸出DC/DC，但可以由同一 MGDM 係列中的多個較低功率模塊替代，以提供一係列任一極性的相互隔離的直流電平。功率限製由 EMI 濾波器的 35A 額定值和總線調節器的 600W 最大額定值設定。

圖5：額定功率為 500W 的 DC-DC 轉換器係統，符合 MIL-STD 1275/F 和 MIL-STD 461 適用於車輛電子學應用

Vetronics 物理環境

junyongcheliangzhongdedianzishebeibixuzaieliedehuanjingxiayunxing，wendubodongfanweida
，chongjihezhendongda，qiliuhenshaohuomeiyou，bingqierongyishoudaochaoshihewuranwudeyingxiang。yinci，shihegaiyingyongde DC-DC 轉換器應該堅固耐用，同時具有高 MTBF 和長使用壽命。引用的 Gaia 的 MGDM-500 就是合適部件的一個很好的例子。它采用半磚格式，經過封裝以提供物理保護，並且可以冷牆安裝以進行散熱。該部件符合 MIL-STD 810G 衝擊、振動、碰撞
、海拔、濕度和鹽氣氛測試以及 MIL-STD-202G 溫度衝擊和循環以及耐濕性測試。根據 MIL-HDBK 217F，40°C 下的 MTBF 超過 170 萬小時。 MGDM-500 的工作溫度範圍為 -40°C 至 105°C，並具有全麵的過載

、過溫和短路保護。隔離電壓為1500VDC。

結論

軍用車輛的有效性和生存能力強烈依賴於集成的電子電子技術。生成相關車輛電源軌的 DC-DC 轉換器需要高效、靈活、可擴展且可靠，以適應開放式設計架構和 COTS 產品的日益增長的使用，同時符合軍用標準。 Gaia Converter 等製造商提供完整的解決方案，包括各種兼容的 DC-DC 模塊、匹配的 EMI 濾波器和總線調節器。

參考
[1]  https://www.alliedmarketresearch.com/vetronics-market
[2]  https://www.gaia-converter.com

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