Para seleccionar un circuito de conversión de energía adecuado para un módulo de potencia de misil, es necesario considerar exhaustivamente diversos factores para garantizar que el módulo pueda alimentar de forma fiable y eficiente el equipo a bordo en el complejo entorno operativo del misil. A continuación, se presentan algunas consideraciones clave y métodos de selección:

1. Requisitos de energía:

• Determinar la potencia de carga:

Calcule con precisión los requisitos de potencia de cada dispositivo del misil en diferentes condiciones de funcionamiento, incluyendo la potencia pico y la potencia media. Por ejemplo, el sistema de guiado de un misil consume relativamente poca energía al buscar objetivos, pero puede requerir más para un seguimiento preciso y el ajuste de la actitud. Para dispositivos que requieren una alta potencia, como el motor de un propulsor, puede ser necesario seleccionar un circuito de conversión que proporcione una alta potencia de salida, como un convertidor de CC de puente completo u otro de doble extremo. Para dispositivos de menor potencia, como sensores o chips de control pequeños, un convertidor flyback o un circuito reductor simple puede ser suficiente.

• Considere el margen de potencia:

Para afrontar posibles cambios de carga y emergencias, se debe reservar un cierto margen de potencia al seleccionar un circuito de conversión de potencia. Generalmente, este margen se puede fijar entre el 10 % y el 20 %, pero el valor específico debe determinarse según la situación real y los requisitos de fiabilidad del misil. Por ejemplo, para aplicaciones militares con requisitos de fiabilidad extremadamente altos, el margen de potencia puede incrementarse según corresponda.

2. Requisitos de conversión de voltaje:

• Rango de voltaje de entrada:

Defina claramente el rango de voltaje de entrada de la fuente de alimentación del misil, incluyendo el rango de voltaje de funcionamiento normal y el rango de posibles fluctuaciones. Los diferentes circuitos de conversión de energía tienen distinta adaptabilidad al voltaje de entrada. Por ejemplo, el circuito reductor es adecuado para situaciones donde el voltaje de entrada es mayor que el de salida, mientras que el circuito reductor-elevador se adapta a situaciones donde el voltaje de entrada es mayor o menor que el de salida. Seleccione un circuito de conversión que funcione de forma estable dentro de un rango de voltaje de entrada determinado para garantizar la estabilidad del voltaje de salida.

• Precisión del voltaje de salida:

Seleccione un circuito de conversión adecuado según los requisitos de precisión de la tensión de alimentación del equipo a bordo del misil. Algunos equipos con requisitos de precisión de tensión extremadamente altos, como los chips de guiado de alta precisión, podrían requerir circuitos con control de regulación de tensión de alta precisión, como convertidores directos o convertidores resonantes LLC con control de retroalimentación de lazo cerrado. Mientras que para equipos con requisitos de precisión de tensión relativamente bajos, se pueden seleccionar circuitos económicos, como circuitos reductores simples.

3. Requisitos de eficiencia:

• Considere la eficiencia laboral:

Los misiles tienen una energía limitada, por lo que la eficiencia del circuito de conversión de potencia es crucial. Un circuito de conversión eficiente puede reducir la pérdida de energía y prolongar la vida útil del misil. Los convertidores resonantes LLC suelen ser más eficientes, ya que logran una conmutación suave y reducen las pérdidas por conmutación. Son adecuados para módulos de potencia de misiles con requisitos de alta eficiencia; mientras que algunos convertidores simples no aislados, como los circuitos reductores, pueden presentar una eficiencia reducida con cargas ligeras y deben considerarse exhaustivamente según las condiciones de carga reales.

• Requisitos de disipación de calor:

Los circuitos de conversión de alta eficiencia generan relativamente menos calor, lo que simplifica el diseño de la disipación térmica. Esta disipación es especialmente importante en el espacio limitado de los misiles. La selección de un circuito de conversión de alta eficiencia puede reducir el volumen y el peso del dispositivo de disipación térmica y mejorar el rendimiento general del módulo de potencia del misil.

4. Fiabilidad y estabilidad:

• Adaptabilidad ambiental:

Los misiles se someten a fuertes vibraciones, impactos, altas y bajas temperaturas, entre otros entornos hostiles durante el vuelo. El circuito de conversión de potencia seleccionado debe tener buena resistencia a vibraciones e impactos, y ser capaz de funcionar de forma estable en condiciones de temperatura extremas. Por ejemplo, los circuitos que utilizan tecnología de encapsulado o diseño de refuerzo pueden mejorar su resistencia a vibraciones e impactos; y la selección de componentes y topologías de circuitos con capacidades de funcionamiento en un amplio rango de temperatura puede garantizar la estabilidad del circuito en diferentes condiciones de temperatura.

• Función de protección del circuito:

El módulo de potencia del misil debe contar con funciones de protección completas, como protección contra sobretensión, sobrecorriente, cortocircuito y sobrecalentamiento. Los diferentes circuitos de conversión de potencia pueden diferir en la implementación de estas funciones. Algunas topologías de circuitos poseen ciertas características de protección, como el convertidor flyback, que posee ciertas capacidades de autoprotección ante cortocircuitos. Para algunas aplicaciones que requieren funciones de protección más potentes, se pueden seleccionar circuitos de conversión con protección especial para garantizar la seguridad de los circuitos y equipos en diversas condiciones de fallo.

5. Restricciones de volumen y peso:

• Requisitos de miniaturización y ligereza:

El espacio interno del misil es limitado y existen estrictas restricciones en cuanto al volumen y peso del módulo de potencia. Al seleccionar un circuito de conversión de potencia, se deben priorizar las topologías de circuito de tamaño pequeño y peso ligero. Por ejemplo, el uso de chips altamente integrados y componentes miniaturizados, así como un diseño de circuito optimizado, pueden reducir el volumen del circuito; mientras que la selección de materiales y formas de empaquetado ligeros puede reducir el peso del circuito. Algunos circuitos de conversión de potencia nuevos, como los basados en materiales semiconductores de banda prohibida amplia, como el nitruro de galio (GaN) o el carburo de silicio (SiC), presentan una mayor densidad de potencia y pueden alcanzar una mayor potencia de salida en un volumen menor, lo que resulta más adecuado para los requisitos de aplicación de los módulos de potencia de misiles.

6. Compatibilidad electromagnética (EMC):

• Reducir la interferencia electromagnética:

La interferencia electromagnética (EMI) generada por el módulo de potencia del misil puede afectar el funcionamiento normal de otros equipos, por lo que es necesario seleccionar un circuito de conversión de potencia con buena compatibilidad electromagnética. Algunas topologías de circuitos, como los convertidores Cuk y Sepic, ofrecen buena compatibilidad electromagnética gracias a sus corrientes de entrada y salida continuas y sus pequeñas ondulaciones. En el caso de algunos circuitos propensos a generar grandes interferencias electromagnéticas, como los circuitos con altas frecuencias de conmutación, es necesario implementar medidas eficaces de apantallamiento y filtrado electromagnético para reducir el impacto de estas interferencias en otros equipos.

• 7. Costo y mantenibilidad:

• Control de costos:

Para cumplir con los requisitos de rendimiento, es necesario considerar el costo del circuito de conversión de potencia. Las diferentes topologías de circuitos y la selección de componentes tendrán un gran impacto en el costo. Algunas topologías de circuitos complejas, como los convertidores resonantes LLC, ofrecen un rendimiento superior, pero costos elevados; mientras que otras topologías de circuitos simples, como los circuitos Buck, tienen costos relativamente bajos. Es necesario considerar exhaustivamente los factores de costo según las necesidades reales y el presupuesto del misil, y seleccionar un circuito de conversión rentable.

• Mantenibilidad:

Considerando la facilidad de uso y mantenimiento del misil, el circuito de conversión de potencia seleccionado debe tener una buena mantenibilidad. La estructura del circuito debe ser lo más simple posible y la selección de componentes debe ser fácil de reemplazar y reparar. Al mismo tiempo, se deben proporcionar los puntos de prueba y las funciones de diagnóstico necesarios para que las fallas se puedan localizar y eliminar rápidamente cuando ocurran.