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最近，航天子系統采用的先進半導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)的現場可編程門陣列(FPGA)。此外，各個負載也須具有獨特的排序、暫瞬、線路與負載調節的要求，這樣會讓配電網絡的設計變得更復雜。 目前航天總線提供28和100伏特不穩定的電源軌，可用于為最新的航天級半導體生成隔離的、有效率的穩壓電源。為滿足未來航天子系統的需求，開發一個低成本、可擴展的配電架構，且可重復的設計是尋求從28或100伏特兩種輸入中，可有效地生成多個較小的電軌，并同時限制功率轉換的總數。 航天級直流對直流(DC-DC)轉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的需求，而無須重新設計硬件的設計架構。這是提供一個低成本、可重復使用、可擴展、可靠及高效率配電架構必要的一個關鍵要求! 開發一個低成本、可重復使用配電架構需要放眼于完整的設計，并非單獨組件的價格。有些在單個封裝內，整合包含一個轉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、布局和設計負擔。一些DC-DC包含內部電磁干擾(EMI)濾波器，而有些則需要設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轉換器相對面積，可用于無論是從28或100伏特總線輸入產生的中間電壓，有些提供隔離輸出和幾個包含內部EMI濾波器。許多廠商提供不同合格范圍，這些范圍是根據DC-DC轉換器的額定功率、輸入電壓、輸出數量、封裝類型、拓撲結構或對輻射的耐受程度而來。 圖1 航太級DC-DC轉換器的相對尺寸比較 最新的DC-DCS轉換器使用的是零電壓/電流開關技術，以提高轉換效率及自適應;前饋補償考慮到負載降電壓，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、調節和最新的半導體瞬態電流的要求，切換或線性負載點(POL)被用來提供一個高效率的配電架構，以及用一種集中式的方法克服大量輸電損失。 許多航天級半導體供貨商販賣的POL，提供不同功率和電流額定值、拓撲結構、效率、混和訊號、雙極，以及多個、特定線路可調輸出選項、負載與交叉監管規格。就如同DC-DC，一種低成本、可重復使用配電結構的設計要求著眼在完整的設計，而不只是單獨組件的價格。一些POL包含轉換器，其控制回路整合在單個封裝內，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、布局和設計負擔。圖2比較最新航天級POL相對面積。 圖2 比較航太級POL相對尺寸 為了符合FPGA應用需求，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則以一個整合產品為例，該產品可被配置為在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。一個較小、4安培單一輸入產品也可以用得上。 圖3 并聯2個10安培電路可以產生20安培DC-DC 圖4 4個4安培POL的產品 現在可以開發出低成本、可重復使用、可擴展、可靠、高效率的配電結構供未來衛星子系統使用。在各種拓撲的一個多元化的DC-DC、開關和線性POL，都可用來設計新產品。 |
