El bus VME o VMEbus —un sistema de bus informático estandarizado— tiene más de un cuarto de siglo de historia y no muestra signos de haber perdido su utilidad.

Los fabricantes de Chasis VME MIL-COTS continúan proporcionando desarrollos avanzados mediante la incorporación de tecnología de vanguardia con mayores niveles de potencia en chasis y ranuras VME del mismo tamaño.  Esto aumenta la presión sobre los fabricantes de tarjetas de alimentación VME MIL-COTS para el suministro de tarjetas de alimentación capaces de alcanzar una mayor potencia y de limitar al mismo tiempo el número de ranuras necesarias para la alimentación. Además, la alimentación debe ser capaz de trabajar bajo condiciones extremas en cuanto a temperatura, choques, vibraciones y humedad.

Una nueva tecnología —denominada Arquitectura de Alimentación Factorizada, y proporcionada por V·I Chips— es el principal motivo de que se haya alcanzado una mayor densidad de la tarjeta de alimentación en un robusto encapsulado miniatura. Más concretamente, la reducida altura del V·I chip es la principal razón que ha permitido introducir la tarjeta de alimentación en una sola ranura.  La placa base de aluminio suministró el calor generado por chips con una ruta hacia el borde de la tarjeta, en el que los carriles del chasis disipan el calor. Los convertidores de potencia convencionales son sencillamente demasiado altos para cumplir este requisito.

El montaje era un aspecto importante, especialmente por lo que respecta a problemas de tipo térmico. Se necesitaron algunos factores añadidos para superar el problema del calor: la mejor eficiencia de los V·I Chips, un material para relleno de huecos térmicos y el hecho de que los V·I chips fueran de un perfil más bajo, permitiendo así el suficiente grosor de metal en la placa base para habilitar una ruta térmica a los carriles laterales. Asimismo, la alta eficiencia de los chips provocó una mejor generación de calor en aquel espacio más pequeño, y presentan un mayor rango de temperaturas de trabajo, lo cual también es de ayuda.

El material para relleno de huecos térmicos fue un segundo motivo de importancia que logró el diseño de una sola ranura. Consiste en una mezcla de dos componentes, blanda y maleable, que se aplica en la parte superior del V-I chip que permitió que el diseño eliminara el calor de los chips. Un problema secundario fue que no se puede aplicar una presión hacia abajo en los V-I sin provocar daños. Con el uso del material para relleno de huecos térmicos, no existe presión alguna sobre ellos. Un problema añadido es que las tolerancias de altura de los chips son poco precisas (ya que se trata de terminales J para montaje superficial) por lo que resulta imposible asegurar que las alturas de todos los chips sean idénticas y consiguiendo así una buena superficie de contacto con el disipador de calor. La utilización del material para relleno de huecos térmicos de Bergquist proporciona una buena ruta térmica a todos los chips sin fuerza alguna hacia abajo sobre ninguno de ellos.
Finalmente, los fabricantes de tarjetas VME necesitan a menudo filtrado adicional de EMI para cumplir los estándares MIL. Con la incorporación de un filtro / módulo de filtrado para atenuación de entrada (M-FIAM5B), no hace falta filtrado EMI adicional con la tarjeta de alimentación de una ranura.

El uso de estas tecnologías dio como resultado el diseño de una fuente de alimentación de una ranura que proporciona niveles de potencia de hasta 550 W (75 ºC) con un máximo de 4 salidas en un formato de 6U de 1 ranura con una eficiencia del 85%. Se refrigera mediante placa fría empleando cuñas de bloqueo en el interface térmico del chasis.  El análisis térmico se realizó en el diseño, seguido por un amplio test en laboratorio para validar el análisis.  La capacidad de la potencia de salida de 550 W es válida hasta 75 ºC, medida en el interface térmico de la cuña de bloqueo.  La potencia de salida se reduce a 450 W a la temperatura de interface térmico de 85 ºC. La tarjeta cumple IEEE1101.2-1992 con la excepción del conector de E/S, que es el conector Positronic CPCI.  Se escogió este conector porque permite la potencia máxima de salida utilizando un solo conector.

La Figura 1 muestra la unidad, la Figura 2 muestra el diagrama de bloques y la Figura 3 muestra la curva de pérdida de potencia para
la tarjeta de alimentación de una ranura. La Tabla 1 resume las especificaciones.

Con 550 W de potencia de salida disponible, se adapta bien a las crecientes necesidades de potencia de los diseños de Chasis VME muy avanzados.  El diseño consiste en seis canales de potencia de salida que se pueden colocar en paralelo para una potencia de salida adicional de una salida individual.  Muchas tensiones de salida estándar son configurables rápidamente con el trazado flexible.

 

Tal como muestra la Figura 2, la unidad se forma con 12 V·I Chips (seis PRM y seis VTM). También utiliza dos módulos militarizados atenuadores de filtrado a la entrada; estos componentes se describen a continuación.
El PRM es un regulador no aislado, eficiente y capaz de proporcionar elevación o reducción para un amplio rango de tensiones de entrada. Está diseñado especialmente para suministrar una tensión de distribución de Bus Factorizada para alimentar los VTM situados a continuación como convertidores en el punto de carga (Point-of-Load, POL) rápidos, eficientes, aislados y de bajo ruido. Juntos, PRM y VTM forman un subsistema convertidor CC/CC completo que ofrece las ventajas de una alta densidad y eficiencia; funcionamiento con bajo ruido; flexibilidad de arquitectura; respuesta rápida a transitorios; y eliminación de una voluminosa capacidad en el punto de carga.

Tabla 1. Especificaciones
(25 ºC, línea nominal, carga 100% a menos que se indique lo contrario)

Cumple el rango normal de MIL-STD-704F 
22 Vcc a 29 VCC, 28 Vcc nominal 
Tensión de entrada CC                50 Vcc 12,5 ms transitorio, apagado para 
reinicio automático más prolongado 
Apagado para reinicio automático en rango anormal

Corriente de línea de entrada CC    23,5 A máx a 22 Vcc; 18,5 A típica para 28 Vcc de entrada

Potencia de entrada                      518 W máx

Potencia de salida                         450 W máx, todas las salidas combinadas

+5 Vcc, 40 A, 200 W 
Tensiones de salida                       +3,3 Vcc, 55 A, 182 W 
+12 Vcc, 7,1 A, 85 W 
-12 Vcc, 7,1 A, 85 W

Eficiencia                                     85% mín

Tiempo de arranque                      500 ms máx

Ajuste de la tensión                       ± 1%

Regulación de temperatura             ± 0,01% / ºC

Regulación de Línea/Carga             Línea:  ± 1%; Carga: 1,2%±

50 mV pico-pico máx (20 MHz de ancho 
Rizado de salida                           de banda), todos excepto ± 12 Vcc: 100 mV 
pico-pico máx (20 MHz de ancho de banda)

Límite de corriente                       Protección frente a cortocircuitos, recuperación 
automática

-40 ºC a +65 ºC, medida en la placa base,
refrigeración conductiva con cuñas de bloqueo hasta 400 W. 
Temperatura                               -40 ºC a +55 ºC, medida en la placa base, 
refrigeración conductiva con cuñas de bloque hasta 450 W. 
-55 ºC a +100 ºC, no operativa

Tamaño                                     6U x 4hp x 160 mm

Peso                                         1,1 kg típico

Conector                                   1 Positronics PCIH47 M400A1

Choque y vibración                      MIL-STD-810 Ground Mobile

Humedad                                   0-95 % sin condensación

EMI                                          MIL-STD-461E CE102, CS101

El VTM proporciona una división de tensión con un factor fijo, rápida, eficiente y silenciosa (o bien la multiplicación de la corriente). Con doce factores de división de la tensión entre 1:1 y 1:32, el VTM aislado proporciona al usuario la flexibilidad de suministrar hasta 100 A o 120 W para cualquier tensión de salida entre 1 y 50 Vcc en un encapsulado de montaje superficial que ocupa aproximadamente 1 pulgada cuadrada. Los VTM militares están optimizados para su uso con el PRM Militar para la realización de una Arquitectura de Alimentación Factorizada (Factorized Power Architecture, FPA). Conjuntamente, el juego de chips PRMTM + VTM FPA proporciona toda la funcionalidad de un convertidor CC/CC, pero con mayores niveles de prestaciones y de flexibilidad, en un robusto encapsulado miniatura.
El M-FIAM5B, un módulo atenuador para filtrado a la entrada de tipo COTS con una tensión de entrada de 20 V, es un módulo de la etapa de entrada CC que proporciona filtrado de EMI y protección frente a transitorios. Permite que los diseñadores cumplan el estándar de susceptibilidad MIL-STD-461E y de transitorios de entrada MIL-STD-704E/F. Acepta una tensión de entrada de 14 – 36 Vcc y suministra una corriente de salida de hasta 20 A. El M-FIAM5B se ofrece en un módulo de “medio brick” estándar que mide 2,28 pulgadas x 2,2 pulgadas x 0,5 pulgadas,
y dependiendo del modelo seleccionado, se puede montar sobre la placa o en su interior para aplicaciones en las que la altura sea una cuestión crítica.

 

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