目前,有六家主要的供應商可以提供經過認證、抗輻射的隔離型直流-直流轉換器,這些轉換器可以將電源匯流排電壓轉換為中間電壓供負載點使用。大多數供應商會說,他們的產品是給航空電子設備供電最合適、最好的穩壓器。

所有製造商都有眾多的產品,每種都有自己的包裝,並且有多個電壓和不同的額定功率,有幾家供應商甚至可以讓你選擇想要的輸出電壓以優化總供電效率。鑒於當前的上市時間壓力和提供首次即成功硬體的需求,事實證明選擇錯誤的直流-直流轉換器不僅代價高昂,還可能導致產品延遲上市。

那麼,哪種產品適合你的專案呢?

選擇最適合自己項目的直流-直流轉換器要求考慮許多因素:首先也是最重要的是,具體的功率、電壓和電流要求是什麼?你有多少預算?需要多少電壓軌?所有這些軌都必須單獨穩壓嗎?需要負電壓或整合的電磁干擾濾波器,比如MIL-STD-461嗎?是否需要微調?需要使能輸入或遠端檢測輸出嗎?有多少PCB面積可用?你的熱管理策略是什麼?

其他考慮因素包括:元件的可靠性和抗輻射能力如何?供應商是否經過認證?他們的交貨期能不能滿足你的專案規劃?出於政治或地理位置方面的考慮,你可能必須從特定地區購買元件。一些衛星製造商可能會自己生產直流-直流轉換器,對於應該自己生產元件還是從供應商那裡購買,同樣具有技術和商業上的爭論。

正激轉換器(Forward Converter)

半導體供應商目前提供的隔離型航空級直流-直流轉換器的額定功率範圍從1.5W~120W不等,其中正激拓撲用得最多。這種轉換器以標準降壓穩壓器為基礎,增加了一個變壓器用於提供電流隔離,並根據匝比增加或減小輸出電壓,如圖1所示。

20170622TA01P1 圖1 單開關和雙開關正激轉換器拓撲。

正激轉換器在開關動作、低側FET導通期間不儲存能量,而是透過變壓器將能量直接傳遞給負載。輸出電壓取決於匝比和PWM工作週期:

20170622TA01P1-1

工作時的工作週期通常限制在50%以下,並在每個開關週期重定變壓器磁芯。一般會用第三繞組實現磁通量復位。

當功率電平在200W以下時,通常使用單開關正激轉換器。由於FET上的電壓應力是輸入電壓、反射的變壓器電壓以及由漏電感引起的過壓關斷尖峰之和,因此要求所用電晶體的額定電壓超過輸入電壓的兩倍,而且要用被動緩衝器或主動鉗位元初級電路來限制磁芯重定時漏極上的電壓上升幅度,這是這種拓撲的主要缺點。

為了降低低側FET的電壓應力,通常會增加第二個電晶體,用於將每個開關上的電壓鉗位元到輸入電源匯流排,如圖1所示。高側FET也會限制漏電感值,因為它可以透過二極體D3和D4將能量返回到輸入端,這種方案可以減少系統損耗,提高效率,最大限度地減小電磁干擾,並避免使用緩衝電路。

在正常工作期間,電晶體將同時導通和關斷。當FET導通時,電源通過變壓器和輸出濾波器傳送給負載。當FET關斷時,沒有輸入電源,但在磁化電感中流動的電流會導致初級繞組上的電壓發生反轉,如圖2所示:

20170622TA01P2 圖2 FET導通和關斷時的電流路徑。

返馳轉換器(Flyback Converter)

隔離型航空級直流-直流轉換器供應商所提供的返馳拓撲有的採用一個低側FET,也有的採用兩個電晶體,目的都是為了獲得同樣的好處。返馳(降壓-升壓)轉換器在FET導通時將能量存儲在變壓器的磁場中,然後當FET關斷時再釋放到負載。返馳轉換器可以被視為共用同一磁芯、並具有相反極性繞組的兩個電感,如圖3所示:

20170622TA01P3 圖3 單開關和雙開關返馳轉換器。

目前有六家主要製造商提供各種航空級的隔離型直流-直流轉換器,每種都有它們自己的封裝,並且有多種電壓和不同的額定功率。其中一家供應商提供的一些產品樣式如圖4所示,它們都進行了1:2的縮放,方便比較它們的相對大小,以及連接類型和數量。

20170622TA01P4 圖4 來自某家航空級提供商的密封包裝。

表1列出並比較了上述直流-直流轉換器產品。這裡特意忽略了器件標識或型號,因為重點不是要褒揚或批評任何的供應商。

20170622TA01P4-1 表1 來自某供應商的航空級隔離型直流-直流轉換器。

本文比較了通過認證的多種用於將輸入電源匯流排轉換成中間電壓的航空級隔離型直流-直流轉換器,目的是協助你作出合理的選擇,能夠在提供航空電子產品的道路上旗開得勝、馬到成功。