50-ваттные DC/DC-преобразователи с низковольтными выходными напряжениями

Подразделение компании Infineon Technologies AG – International Rectifier HiRel Products, разрабатывающее и производящее компоненты для авиационно-космических и оборонных применений, представила радиационно-стойкие DC/DC-преобразователи серии GN. Новые 50-ваттные устройства разработаны для максимизации КПД в бортовой аппаратуре космических аппаратов с длительными сроками активного существования до 15 лет.

Применение в основных бортовых системах космических аппаратов (система сигнальной обработки, центральный бортовой компьютер, аппаратура ввода-вывода информации) радиационно-стойких процессоров, элементов памяти и функциональных логических элементов, для питания которых используются пониженные напряжения от 3,3 до 1 В, требуют применения высокоэффективных импульсных источников питания, способных обеспечивать стабильным напряжением цифровые микросхемы с импульсными токами потребления. Большие обрабатываемые потоки данных в каждой из подсистем космического аппарата (КА) приводят к увеличению энергопотребления, что влечёт за собой необходимость повышения мощности источников питания и необходимость повышения КПД системы электропитания. Применение распределённой системы электропитания c использованием POL-преобразователей (Point-of-Load – преобразователи без гальванической развязки, размещаемые в непосредственной близости от питаемого функционального узла) является вариантом системы электропитания, обеспечивающим оптимальные характеристики системы.

Радиационно-стойкие DC/DC-преобразователи серии GN предназначены для питания цифровых микросхем и формирования низковольтной промежуточной шины с номинальным напряжением 5 В, к которой подключаются понижающие POL-преобразователи, обеспечивающие стабилизированным электропитанием цифровую нагрузку (напряжения в диапазоне от 2,5 до 0,8 В).

Новые преобразователи характеризуются диапазоном входного напряжения от 18 до 40 В, стойкостью к воздействию радиации в области дозовых эффектов более 100 крад (Si), гарантируется отсутствие одиночных эффектов от воздействия тяжёлых заряженных частиц с пороговыми линейными потерями энергии (ЛПЭ) 60 МэВ × см² / мг. Встроенный помехоподавляющий фильтр на входе, совместимый с силовыми шинами большей части спутников, обеспечивает уровень кондуктивных помех, генерируемых модулем в источник первичного напряжения, соответствующий требованиям стандарта MIL-STD-461C тест CE03.

DC/DC-преобразователи серии GN созданы с использованием проверенной методики разработки приборов категории качества Space, которая включает выбор широко известных надёжных компонентов, полностью отвечающих требованиям стандартов MIL-STD-975 и MIL-STD-1547 к отклонению от номинальных значений параметров. Преобразователи имеют трансформаторную развязку в контуре обратной связи для обеспечения надёжной работы в условиях воздействий ионизирующих излучений космического пространства.

Топология преобразователя использует режим управления по пиковому току и возможности двухтактной структуры с поочерёдной работой полуобмоток трансформатора (структура типа «Push-Pull») и выходным каскадом с удвоением тока. Для максимизации КПД в преобразователе применяется синхронное выпрямление, используется патентованная схема контура обратной связи с трансформаторной развязкой, которая также обеспечивает передачу напряжения для электронных схем вторичной части.

Применение схемы блокировки от пониженного напряжения (ULDO, Under-Voltage Lockout) гарантирует, что низкое напряжение входной шины не сможет привести к нештатной работе схемы контроллера и потере стабилизации на выходе преобразователя.

Предлагаются модели с выходными напряжениями от 1 до 5 В, номинальными выходными токами до 20 А и высоким значением КПД до 87%. Выходное напряжение регулируется в диапазоне ±10% внешним резистором для точной установки требуемого напряжения. Модули также оснащены следующими сервисными функциями: дистанционное включение/выключение, синхронизация частоты преобразования для применений в системах с большим числом модулей, защита от короткого замыкания и перегрузки по току, выводы для подключения внешней обратной связи.

Подобно большей части DC/DC-преобразователей компании International Rectifier, преобразователи серии GN выполнены в виде толстоплёночных герметизированных модулей. Подобная конструкция характеризуется многими определёнными преимуществами. Гибридная конструкция, со свойственной ей изотермической плоскостью, обеспечивает кратчайшие тепловые пути от компонентов к основанию для отвода тепла, используя наименьшие тепловые сопротивления «кристалл-поверхность корпуса». Наилучшие температурные показатели достигаются наряду с использованием в конструкции материалов с высокой удельной теплопроводностью. Конструкция обеспечивает минимальный перегрев внутренних компонентов, повышая таким образом надёжность изделия.

В качестве теплоотводящей подложки для полупроводниковых приборов применяется композитный материал AlSiC (алюминий с карбидом кремния), а кольцевая рама выполнена из железоникелевого сплава (Alloy 48) для минимизации массы и обеспечения повышенной жёсткости конструкции. Крышка выполнена из кобальт-никелевого сплава (ковара). Медные выводы для ввода/вывода сигналов и напряжения уплотнены прочной керамикой, а корпус герметизирован шовно-роликовой сваркой. Система шовно-роликовой сварки, интегрированная в атмосферную камеру, идеально подходит для герметизации микросхем специального применения высокой надёжности, так как обеспечивает заданную атмосферу внутри микросборки.

Габаритные размеры корпуса составляют (Д × Ш × В) 88,9 × 63,5 × 12,07 мм. Размеры длины и ширины включают выступы входных и выходных выводов и монтажных проушин. Основание корпуса имеет размеры 76,2 × 50,8 мм. Общая масса преобразователя составляет менее 110 г.

Расположение монтажных проушин таково, что позволяет разместить несколько модулей рядом, поскольку монтажные проушины одного модуля могут быть размещены на одной прямой, рядом с другими модулями, для минимизации площади монтажа.

Технические характеристики преобразователей серии GN

Необходимо отметить, что данные модули доступны для экспорта в Россию без оформления лицензии на экспорт в государственных ведомствах США, ответственных за регулирование экспорта технологий и продукции военного назначения.