作者：Dan Morgan，Vicor 旗下 Freedom Power 公司總裁

自 2010 年以來，VITA（OpenVPX）和感測器開放系統架構（SOSA）標準已成為美國國防領域的重要戰略性優勢。通過統一機架式嵌入式計算系統的外形尺寸、背板介面和電源軌，這些架構首度為國防電子供應鏈引入了多供應商競爭機制。

如今，這項起源於美國的計畫倡議正在迅速擴展至美國之外。歐洲國防主承包商、盟國及全球承包商均在其機載、地面車輛和電子戰系統中採用 3U 和 6U VPX 電源卡，並以美國制定的 SOSA 基準規範為起點。與此同時，供應商生態系統也隨之蓬勃發展，多家廠商現已推出可直接插入任意機箱的符合 SOSA 標準的電源卡。

面對眾多廠商提供的可交互操作解決方案，設計人員往往難以判斷哪款產品最符合自身的設計需求。為了在國防電子產品領域做出更明智、更周全的決策，設計人員首先需要瞭解應關注哪些技術規範，以及可以接受哪些設計權衡。 

開放標準市場面臨的挑戰

在 VITA 和 SOSA 標準出臺之前，國防電子產品歷來依賴定制化的單一供應商設計方案。在這種模式下，工程師針對每個專案的平臺特定需求建構電源子系統，從單一供應商採購，並進行一次性認證。雖然這種方式具有較強的可預測性，但高度定制化的特點嚴重制約了市場競爭。 

美國制定了 VITA 和 SOSA 標準，目的在於通過標準化改變這一局面（圖 1）。具體而言，這些架構統一了外形尺寸、背板引腳佈局和電源介面，使原本各異的國防系統能夠實現跨供應商交互操作。例如，一款符合 SOSA 標準的 VPX 電源卡可接受 28V 或 270V 輸入，輸出 12V 大電流和 3.3V 輔助電壓軌，並採用 3U 或 6U 外形尺寸，適用於任何機箱。這樣，國防設計人員便可確信任意兩家廠商的板卡都能插入同一背板並輸出相同電壓，從而獲得所需的信心與保障。

然而，儘管標準化確保了外形尺寸、輸入和輸出方面的一致性，但並非所有解決方案都具備同等性能水準。實際上，在選擇 VITA 和 SOSA 標準解決方案時，設計人員還需綜合考量眾多其他因素，例如內部拓撲結構、認證嚴格程度、功率密度餘量以及供應商的可靠性。

考量因素一：“已完成軍用標準認證”與“依軍用標準設計”的區別

MIL-STD-461、MIL-STD-1275 和 MIL-STD-704 等標準規定了國防電源電子設備的電氣要求。儘管幾乎每款 VPX 電源卡的資料手冊都會引用這些標準，但供應商通常將其解決方案標注為“依特定標準設計”或“已完成特定標準認證”。

“依標準設計”意味著該標準僅為設計目標，設計人員不一定完成了測試或正式記錄了測試結果。例如，標注為“依 MIL-STD-461 設計”的板卡不一定通過了電磁相容（EMC）測試。

而“已完成認證”則意味著設計人員已完成全套測試流程並持有書面記錄。設計人員可以確信，通過 MIL-STD-461 認證的板卡已完成所有測試，並具備可追溯、可查閱的資料作為佐證。

這一區別至關重要——若在系統整合測試階段才發現合規問題，將嚴重影響專案進度和預算。“已完成認證”的解決方案可為設計人員提供更高的成功把握和合規保障；而“依標準設計”的方案則更可能需要在後期進行重新設計，並重新啟動完整的認證流程，整個過程可能耗時數月，花費數百萬美元。

這一差異在歐洲尤為突出——歐洲國防客戶通常在合同授予前便要求提供合規檔。能夠在首次要求時即提供完整認證測試報告的供應商，可有效縮短評估週期，並在專案啟動前消除潛在的風險隱患。

考量因素二：模組化內部架構

在最高層面，SOSA 標準規定了電源卡的輸出介面（即輸出電壓、連接器引腳佈局和外形尺寸），但對板卡如何產生該輸出並無任何規定。兩款同樣滿足 SOSA 電源介面規範的卡，可能基於完全不同的內部架構建構，對項目靈活性的影響也截然不同。

例如，基於分立式硬開關轉換器建構的卡，通常是針對單一設計點進行最佳化的。設計人員已經針對特定的輸入和輸出條件，調整了磁性元件、開關網路和控制環路。若後期需要增加非標準輔助電壓、分路電源軌或特殊瞬態特性，則必須重新設計整塊板卡，並重新啟動認證流程。

相比之下，如果採用基於模組化 DC-DC 轉換器建構的板卡，設計人員只需重新配置或更換內部模組即可滿足非標準輸出需求，如圖 2 所示。在這種情況下，他們可以保持前端合規電路、EMI 濾波和初級轉換級不變，僅更改輸出級。因此，只有輸出級需要重新評估，而卡的其餘部分可以沿用。相較而言，這種方案的設計靈活性顯著更高，可在後續階段為客戶節省大量時間和資金。

對於經常偏離美國制定的 SOSA 基準規範的歐洲國防專案而言，這一考量尤為重要。通過選擇具有模組化設計的認證解決方案，歐洲設計人員能夠輕鬆滿足各盟國專案和應用的多元化輸出需求，而無需重新啟動完整的認證流程。

考量因素三：功率密度餘量

雖然 VPX 的外形尺寸是固定的，但板卡在該尺寸內所能提供的功率並非一成不變。

目前，項目通常要求 28V 輸入板卡在單個 3U 插槽內提供約 800W 的功率。然而，新一代電子戰、定向能武器及邊緣 AI 酬載，已在保持外形尺寸不變的前提下，將功率需求推升至 1 千瓦甚至更高。若供應商的板卡已達到其內部拓撲的功率上限，則在插槽內將無任何升級路徑，滿足更高功率要求將意味著新的板卡設計、新的認證活動和新的機箱整合工作。若應用於整個專案系列或產品家族，這些成本會迅速成倍增加。

因此，設計人員應與其內部模組功率密度能持續提升的供應商合作。例如，採用模組化、不斷演進的 DC-DC 轉換器技術的供應商，可在模組升級時提升板卡輸出功率，而無需改變板卡尺寸或觸發新的機箱認證。功率密度餘量還可以釋放相鄰插槽。在單個插槽內提供更高輸出功率的 3U 電源卡，可為額外的酬載卡留出空間，從而在無需更換更大機箱的情況下擴展系統能力。

基於上述原因，評估電源卡供應商的工程師應主動瞭解供應商的內部模組技術路線圖。

考量因素四：供應商資源深度與垂直整合能力

SOSA 競爭生態系統只有在供應商能夠滿足項目產量需求，即使是在擴大規模時也能保證供應，才能發揮價值。

試想，單個平臺的量產合同每年就可能需要數萬台（套）產品，而多平臺合同可能將這種需求延伸到多條生產線，並持續數十年。 在如此長週期、如此大規模下維持專案運轉，要求供應商必須切實具備穩定的供應鏈、充足的製造產能和持續的財務穩健度。

垂直整合型供應商在滿足上述需求方面具備顯著優勢，如圖 3 所示。例如，在自有工廠生產 DC-DC 轉換器模組的供應商，無需依賴外部供應商便可掌控其物料清單中最關鍵的元素。 這樣的供應商可以直接規劃自己的生產，而無需通過中間環節來吸收或放大供應鏈中斷的影響。

同時向其他 VPX 板卡開發商出售模組的供應商，還能夠即時掌握供應鏈上游動態。一旦國防電子供應鏈出現配額緊張，處於自有供應鏈頂端的製造商能夠優先保障自身板卡專案，比依賴外部採購的供應商能更快速地應對供應中斷。

對於首次評估美國供應商的歐洲買家而言，財務穩健性和製造深度應與技術規範同等重要。一款認證表現出色但供應商無法隨專案規模擴展的電源卡，並非可持續的長期解決方案。

基於高功率密度、可擴充電源模組建構的 VPX 板卡

Freedom Power 是 Vicor 旗下公司，生產能夠應對上述諸多挑戰的 3U 和 6U VPX 電源卡。Freedom Power 的板卡基於 Vicor 的 DCM™ 和 BCM® 轉換器模組建構，具備以下特點：

• 已通過 MIL-STD-1275、MIL-STD-704 和 MIL-STD-461 認證，並留有測試記錄
• 採用模組化內部架構，支援面向歐洲及其他地區的非標準輸出配置 
• 目前在 3U 外形尺寸中可提供 800W 功率，並具有明確的技術路線圖，未來計畫在相同尺寸內實現 1.2kW 輸出
• 受益於 Vicor 在生態系統中的垂直整合能力，在專案規模下實現更高可靠性和更優單位成本，憑藉這一獨特的功能組合，這些電源模組無論對於國內還是國外的國防設計人員來說，都是理想之選。

當機架升級時，哪款板卡能夠留存？

隨著北約盟國和歐洲主承包商紛紛採用基於 VPX 的開放架構，背板硬體互通性已成為一項基本預期。然而，儘管每款板卡都滿足介面要求，但認證深度、架構靈活性和供應鏈穩定性等深層次因素，最終將決定系統能否長期成功運行。

通過與 Freedom Power 和 Vicor 等供應商合作，國防工程師能夠設計出既能滿足當前需求，又能隨著載荷升級或應用範圍擴大而持續擴展的國防電子系統。想要瞭解更多資訊？查看 Vicor 符合 SOSA 標準的電源產品系列。

Dan Morgan 是 Vicor 旗下 Freedom Power Systems 股份有限公司的總裁。他在電源設計和製造方面擁有超過 29 年的經驗，負責全球電源工程、產品開發和國防市場（MIL-COTS）解決方案。Dan 於 1995 年獲得南方理工學院（現肯尼索州立大學）的物理和電氣工程技術學士學位，並於 2006 年獲得德克薩斯大學的工程碩士學位。

Dan Morgan，Vicor 旗下 Freedom Power 公司總裁