Hersteller von VME-MIL-COTS-Gehäusen entwickeln ihre Produkte kontinuierlich weiter, indem sie Spitzentechnologie mit höherer Leistung in VME-Gehäusen und Steckplätzen gleicher Größe integrieren. Dies erhöht den Druck auf die Hersteller von VME-MIL-COTS-Netzteilplatinen, Netzteile mit höherer Leistung bei gleichzeitig reduzierter Anzahl benötigter Steckplätze zu liefern. Darüber hinaus muss das Netzteil unter extremen Bedingungen wie Temperatur, Stößen, Vibrationen und hoher Luftfeuchtigkeit zuverlässig funktionieren.

Eine neue Technologie namens Factored Power Architecture von V·I Chips ermöglicht eine höhere Leistungsdichte in einem robusten Miniaturgehäuse. Genauer gesagt: Die geringe Bauhöhe des V·I-Chips ist der Hauptgrund dafür, dass die Leistungsplatine in einen einzigen Steckplatz passt. Die Aluminium-Grundplatte leitet die von den Chips erzeugte Wärme zum Platinenrand, wo sie von den Chassis-Schienen abgeführt wird. Herkömmliche Stromrichter sind für diese Anforderungen schlichtweg zu hoch.


Die Montage war ein wichtiger Aspekt, insbesondere im Hinblick auf die Wärmeentwicklung. Um das Wärmeproblem zu lösen, waren mehrere zusätzliche Faktoren erforderlich: die verbesserte Effizienz der V·I-Chips, ein Wärmeleitmaterial und die Tatsache, dass die V·I-Chips ein niedrigeres Profil aufwiesen, wodurch eine ausreichende Metallstärke auf dem Motherboard für einen Wärmepfad zu den seitlichen Schienen ermöglicht wurde. Darüber hinaus führte die hohe Effizienz der Chips zu einer besseren Wärmeableitung auf kleinerem Raum, und sie boten einen größeren Betriebstemperaturbereich, was ebenfalls hilfreich war.


Die Wärmeleitpaste war ein weiterer wichtiger Faktor für das Single-Slot-Design. Sie besteht aus einer weichen, formbaren Zweikomponentenmischung, die auf die Oberseite der VIs des Chips aufgetragen wird und so die Wärmeableitung von den Chips ermöglicht. Ein weiteres Problem war, dass die VIs nicht ohne Beschädigung unter Druck gesetzt werden konnten. Durch die Verwendung der Wärmeleitpaste wird dieser Druck vermieden. Zudem sind die Toleranzen der Chiphöhe ungenau (da es sich um SMD-J-Pins handelt), wodurch identische Chiphöhen und somit ein guter Kontakt zum Kühlkörper nicht gewährleistet werden können. Die Wärmeleitpaste von Bergquist bietet einen optimalen Wärmepfad zu allen Chips, ohne dass Druck auf diese ausgeübt wird.
Schließlich fordern Hersteller von VME-Platinen häufig zusätzliche EMV-Filterung gemäß MIL-Standards. Durch den Einsatz eines Eingangsdämpfungsfilters/Filtermoduls (M-FIAM5B) ist bei der Single-Slot-Stromversorgungskarte keine zusätzliche EMV-Filterung erforderlich.

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Durch den Einsatz dieser Technologien wurde ein Single-Slot-Netzteil entwickelt, das in einem 6U-Single-Slot-Formfaktor mit einem Wirkungsgrad von 85 % Leistungen bis zu 550 W (75 °C) mit maximal vier Ausgängen liefert. Die Kühlung erfolgt über eine Kühlplatte mit Verriegelungskeilen an der thermischen Schnittstelle des Gehäuses. Während der Entwicklungsphase wurde eine thermische Analyse durchgeführt, die anschließend durch umfangreiche Labortests validiert wurde. Die Nennausgangsleistung von 550 W gilt bis zu einer Temperatur von 75 °C, gemessen an der thermischen Schnittstelle der Verriegelungskeile. Bei einer Temperatur von 85 °C an der thermischen Schnittstelle sinkt die Ausgangsleistung auf 450 W. Die Platine entspricht dem Standard IEEE 1101.2-1992, mit Ausnahme des I/O-Anschlusses, der ein Positronic CPCI-Anschluss ist. Dieser Anschluss wurde gewählt, da er die maximale Ausgangsleistung mit einem einzigen Anschluss ermöglicht.

Abbildung 1 zeigt die Einheit, Abbildung 2 das Blockdiagramm und Abbildung 3 die Verlustleistungskurve
der Einzelsteckplatz-Netzteilplatine. Tabelle 1 fasst die Spezifikationen zusammen.

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Mit einer Ausgangsleistung von 550 W eignet es sich ideal für die steigenden Leistungsanforderungen moderner VME-Chassis. Das Design umfasst sechs Ausgangsleistungskanäle, die für zusätzliche Leistung parallel geschaltet werden können. Dank flexibler Kabelführung lassen sich viele Standard-Ausgangsspannungen schnell konfigurieren.

 

Wie in Abbildung 2 dargestellt, besteht die Einheit aus 12 V·I-Chips (sechs PRMs und sechs VTMs). Sie verwendet außerdem zwei militärische Dämpfungsfiltermodule am Eingang; diese Komponenten werden weiter unten beschrieben.
Der PRM ist ein nicht-isolierter, effizienter Regler, der einen weiten Bereich von Eingangsspannungen verstärken oder absenken kann. Er ist speziell dafür ausgelegt, eine faktorisierte Busverteilungsspannung bereitzustellen, um die nachgeschalteten VTMs als schnelle, effiziente, isolierte und rauscharme Point-of-Load-Wandler (POL) zu versorgen. PRM und VTM bilden zusammen ein komplettes DC/DC-Wandler-Subsystem, das die Vorteile hoher Dichte und Effizienz, rauscharmen Betriebs, architektonischer Flexibilität, schneller Einschwingvorgänge und den Wegfall sperriger Point-of-Load-Kapazitäten bietet.

Tabelle 1. Spezifikationen
(25 °C, Nennauslastung, 100 % Last, sofern nicht anders angegeben)

Entspricht dem normalen Spannungsbereich gemäß MIL-STD-704F ( 
22 VDC bis 29 VDC, nominal 28 VDC). 
Eingangsspannung: 50 VDC. Einschwingzeit: 12,5 ms, 
längere Abschaltzeit für automatischen Neustart. 
Abschaltung für automatischen Neustart im anormalen Spannungsbereich.

Gleichstrom-Eingangsleitung: max. 23,5 A bei 22 V DC; typisch 18,5 A bei 28 V DC Eingangsspannung

Maximale Eingangsleistung: 518 W

Maximale Ausgangsleistung 450 W, alle Ausgänge zusammen

Ausgangsspannungen: +5 V DC, 40 A, 200 W; +3,3 V DC, 55 A, 182 W ; +12 V DC, 7,1 A, 85 W; -12 V DC, 7,1 A, 85 W


Mindestens 85 % Wirkungsgrad

Anlaufzeit maximal 500 ms

Spannungseinstellung ± 1 %

Temperaturregelung ± 0,01 % / °C

Netz-/Lastregelung: Netz: ± 1 %; Last: 1,2 % ±

50 mV Spitze-Spitze max. (20 MHz 
Ausgangswelligkeitsbandbreite), alle außer ± 12 Vcc: 100 mV 
Spitze-Spitze max. (20 MHz Bandbreite)

Strombegrenzung, Kurzschlussschutz, 
automatische

-40 °C bis +65 °C, gemessen auf dem Motherboard,
konduktive Kühlung mit Kühlkeilen bis 400 W. 
-40 °C bis +55 °C, gemessen auf dem Motherboard, 
konduktive Kühlung mit Kühlkeilen bis 450 W. 
-55 °C bis +100 °C, nicht betriebsbereit

Größe 6U x 4hp x 160 mm

Typisches Gewicht 1,1 kg

Anschluss 1 Positronics PCIH47 M400A1

Stoß- und Vibrationsfestigkeit MIL-STD-810 Bodenmobil

Luftfeuchtigkeit 0-95% nicht kondensierend

EMI MIL-STD-461E CE102, CS101

Der VTM ermöglicht eine schnelle, effiziente und geräuscharme Spannungsteilung (bzw. Stromvervielfachung) mit festem Teilerfaktor. Mit zwölf Teilerfaktoren zwischen 1:1 und 1:32 bietet der eigenständige VTM dem Anwender die Flexibilität, bis zu 100 A oder 120 W für jede Ausgangsspannung zwischen 1 und 50 V DC in einem oberflächenmontierbaren Gehäuse mit einer Größe von ca. 6,5 cm² bereitzustellen. Militärische VTMs sind für die Verwendung mit dem militärischen PRM optimiert, um eine Factored Power Architecture (FPA) zu implementieren. Zusammen bietet der PRM™ + VTM FPA-Chipsatz alle Funktionen eines DC/DC-Wandlers, jedoch mit höherer Leistung und Flexibilität in einem robusten Miniaturgehäuse.
Das M-FIAM5B, ein COTS-Eingangsfilter-Dämpfungsmodul mit einer Eingangsspannung von 20 V, ist ein DC-Eingangsstufenmodul, das EMV-Filterung und Überspannungsschutz bietet. Es ermöglicht Entwicklern, die Anforderungen der MIL-STD-461E-Norm für Störfestigkeit und der MIL-STD-704E/F-Norm für Eingangsüberspannungsschutz zu erfüllen. Es akzeptiert eine Eingangsspannung von 14–36 VDC und liefert einen Ausgangsstrom von bis zu 20 A. Das M-FIAM5B wird in einem Standard-„Halbziegel“-Modul mit den Abmessungen 2,28 Zoll x 2,2 Zoll x 0,5 Zoll angeboten
und kann je nach gewähltem Modell auf der Oberfläche montiert oder in die Platine eingelassen werden, um Anwendungen zu ermöglichen, bei denen die Bauhöhe eine wichtige Rolle spielt.

 

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