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技術(shù)領(lǐng)域驚現(xiàn)可重復(fù)使用、成本低廉的配電架構(gòu)!

發(fā)布時間:2015-07-24 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】工程師沸騰了!航空航天領(lǐng)域驚現(xiàn)能夠重復(fù)利用、成本非常低廉的配電機構(gòu),這在各個領(lǐng)域都掀起狂潮。配電架構(gòu)根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的范圍提供額定功率、封裝類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輻射耐受度等。隨小編一起揭幕這一配電架構(gòu)的精彩之處。

最近,航天子系統(tǒng)采用的先進半導(dǎo)體最底限是需有多個低電壓、具高電流軌條件,例如核心電壓小于1伏特(V)/30安培(A)的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。此外,各個負(fù)載也須具有獨特的排序、暫瞬、線路與負(fù)載調(diào)節(jié)的要求,這樣會讓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計變得更復(fù)雜。

目前航天總線提供28和100伏特不穩(wěn)定的電源軌,可用于為最新的航天級半導(dǎo)體生成隔離的、有效率的穩(wěn)壓電源。為滿足未來航天子系統(tǒng)的需求,開發(fā)一個低成本、可擴展的配電架構(gòu),且可重復(fù)的設(shè)計是尋求從28或100伏特兩種輸入中,可有效地生成多個較小的電軌,并同時限制功率轉(zhuǎn)換的總數(shù)。

航天級直流對直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器可有一致的封包,印刷電路板(PCB)接腳和輸出接腳要允許第一級功率變換以滿足特定任務(wù)的需求,而無須重新設(shè)計硬件的設(shè)計架構(gòu)。這是提供一個低成本、可重復(fù)使用、可擴展、可靠及高效率配電架構(gòu)必要的一個關(guān)鍵要求!

開發(fā)一個低成本、可重復(fù)使用配電架構(gòu)需要放眼于完整的設(shè)計,并非單獨組件的價格。有些在單個封裝內(nèi),整合包含一個轉(zhuǎn)換器和控制回路的裝置,僅要求線電壓,其他的裝置則需要外部電感與電容,這外部電感與電容將增加整體成本、面積、布局和設(shè)計負(fù)擔(dān)。一些DC-DC包含內(nèi)部電磁干擾(EMI)濾波器,而有些則需要設(shè)計者添加必要的被動組件。

下面的方塊圖(圖1)比較航天級DC-DC轉(zhuǎn)換器相對面積,可用于無論是從28或100伏特總線輸入產(chǎn)生的中間電壓,有些提供隔離輸出和幾個包含內(nèi)部EMI濾波器。許多廠商提供不同合格范圍,這些范圍是根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的額定功率、輸入電壓、輸出數(shù)量、封裝類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或?qū)椛涞哪褪艹潭榷鴣怼?br />
技術(shù)領(lǐng)域驚現(xiàn)可重復(fù)使用、成本低廉的配電架構(gòu)!
圖1 航太級DC-DC轉(zhuǎn)換器的相對尺寸比較
 
最新的DC-DCS轉(zhuǎn)換器使用的是零電壓/電流開關(guān)技術(shù),以提高轉(zhuǎn)換效率及自適應(yīng);前饋補償考慮到負(fù)載降電壓,并避免訊號穿越隔離屏障。一些供貨商進行全面的輻射檢測,以作為裝置的合格條件的一部分,包括增強型低劑量率靈敏度(ELDRS)、位移損害、SEE和閘極斷裂。

為符合供應(yīng)、調(diào)節(jié)和最新的半導(dǎo)體瞬態(tài)電流的要求,切換或線性負(fù)載點(POL)被用來提供一個高效率的配電架構(gòu),以及用一種集中式的方法克服大量輸電損失。

許多航天級半導(dǎo)體供貨商販賣的POL,提供不同功率和電流額定值、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、效率、混和訊號、雙極,以及多個、特定線路可調(diào)輸出選項、負(fù)載與交叉監(jiān)管規(guī)格。就如同DC-DC,一種低成本、可重復(fù)使用配電結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求著眼在完整的設(shè)計,而不只是單獨組件的價格。一些POL包含轉(zhuǎn)換器,其控制回路整合在單個封裝內(nèi),僅要求在線路輸入時,中間總線的電壓。其他需要外部電感器和電容器的組件,將增加總體成本、面積、布局和設(shè)計負(fù)擔(dān)。圖2比較最新航天級POL相對面積。
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技術(shù)領(lǐng)域驚現(xiàn)可重復(fù)使用、成本低廉的配電架構(gòu)!
圖2 比較航太級POL相對尺寸

為了符合FPGA應(yīng)用需求,多個POL可串行連接以增加整體DC-DC的輸出電流額定值。舉例而言,圖3顯示兩個航天級電路連接在一起時,可以提供1伏特核心電壓來啟動一顆賽靈思(Xilinx)V5QV FPGA;圖4則以一個整合產(chǎn)品為例,該產(chǎn)品可被配置為在4安培額定電流,輸出4個獨立電軌,或是在降低波紋的一個單一15安培電源供應(yīng)。一個較小、4安培單一輸入產(chǎn)品也可以用得上。

技術(shù)領(lǐng)域驚現(xiàn)可重復(fù)使用、成本低廉的配電架構(gòu)!
圖3 并聯(lián)2個10安培電路可以產(chǎn)生20安培DC-DC
技術(shù)領(lǐng)域驚現(xiàn)可重復(fù)使用、成本低廉的配電架構(gòu)!
圖4 4個4安培POL的產(chǎn)品
 
現(xiàn)在可以開發(fā)出低成本、可重復(fù)使用、可擴展、可靠、高效率的配電結(jié)構(gòu)供未來衛(wèi)星子系統(tǒng)使用。在各種拓?fù)涞囊粋€多元化的DC-DC、開關(guān)和線性POL,都可用來設(shè)計新產(chǎn)品。

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