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设计成本低、可重复使用的配电架构

Rajan Bedi?? 2015年07月16日 ?? 收藏0
最近,航天子系统采用的先进半导体最底限是需有多个低电压、具高电流轨条件,例如核心电压小于1伏特(V)/30安培(A)的现场可编程门阵列(FPGA)。此外,各个负载也须具有独特的排序、暂瞬、线路与负载调节的要求,这样会让配电网络的设计变得更复杂。

目前航天总线提供28和100伏特不稳定的电源轨,可用于为最新的航天级半导体生成隔离的、有效率的稳压电源。为满足未来航天子系统的需求,开发一个低成本、可扩展的配电架构,且可重复的设计是寻求从28或100伏特两种输入中,可有效地生成多个较小的电轨,并同时限制功率转换的总数。

航天级直流对直流(DC-DC)转换器可有一致的封包,印刷电路板(PCB)接脚和输出接脚要允许第一级功率变换以满足特定任务的需求,而无须重新设计硬件的设计架构。这是提供一个低成本、可重复使用、可扩展、可靠及高效率配电架构必要的一个关键要求!

开发一个低成本、可重复使用配电架构需要放眼于完整的设计,并非单独组件的价格。有些在单个封装内,整合包含一个转换器和控制回路的装置,仅要求线电压,其 他的装置则需要外部电感与电容,这外部电感与电容将增加整体成本、面积、布局和设计负担。一些DC-DC包含内部电磁干扰(EMI)滤波器,而有些则需要 设计者添加必要的被动组件。

下面的方块图(图1)比较航天级DC-DC转换器相对面 积,可用于无论是从28或100伏特总线输入产生的中间电压,有些提供隔离输出和几个包含内部EMI滤波器。许多厂商提供不同合格范围,这些范围是根据 DC-DC转换器的额定功率、输入电压、输出数量、封装类型、拓扑结构或对辐射的耐受程度而来。

图1 系统的总体框图

最新的DC-DCS转换器使用的是零电压/电流开关技术,以提高转换效率及自适应;前馈补偿考虑到负载降电压,并避免讯号穿越隔离屏障。一些供货商进行全面的辐射检测,以作为装置的合格条件的一部分,包括增强型低剂量率灵敏度(ELDRS)、位移损害、SEE和闸极断裂。

为符合供应、调节和最新的半导体瞬态电流的要求,切换或线性负载点(POL)被用来提供一个高效率的配电架构,以及用一种集中式的方法克服大量输电损失。

许多航天级半导体供货商贩卖的POL,提供不同功率和电流额定值、拓扑结构、效率、混和讯号、双极,以及多个、特定线路可调输出选项、负载与交叉监管规格。 就如同DC-DC,一种低成本、可重复使用配电结构的设计要求着眼在完整的设计,而不只是单独组件的价格。一些POL包含转换器,其控制回路整合在单个封 装内,仅要求在线路输入时,中间总线的电压。其他需要外部电感器和电容器的组件,将增加总体成本、面积、布局和设计负担。图2比较最新航天级POL相对面积。

图1 系统的总体框图

为了符合FPGA应用需求,多个POL可串行连接以增加整体DC-DC的输出电流额定值。举例而言,图3显示两个航天级电路连接在一起时,可以提供1伏特核 心电压来启动一颗赛灵思(Xilinx)V5QV FPGA;图4则以一个整合产品为例,该产品可被配置为在4安培额定电流,输出4个独立电轨,或是在降低波纹的一个单一15安培电源供应。一个较小、4安 培单一输入产品也可以用得上。

图1 系统的总体框图

图1 系统的总体框图

现在可以开发出低成本、可重复使用、可扩展、可靠、高效率的配电结构供未来卫星子系统使用。在各种拓扑的一个多元化的DC-DC、开关和线性POL,都可用 来设计新产品。

本文授权编译自EDN,版权所有,谢绝转载。


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FPGA? 半导体?

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