設(shè)計(jì)成本低、可重復(fù)使用的配電架構(gòu)

最近，航天子系統(tǒng)采用的先進(jìn)半導(dǎo)體最底限是需有多個(gè)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(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）。此外，各個(gè)負(fù)載也須具有獨(dú)特的排序、暫瞬、線路與負(fù)載調(diào)節(jié)的要求，這樣會(huì)讓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(jí)半導(dǎo)體生成隔離的、有效率的穩(wěn)壓電源。為滿足未來(lái)航天子系統(tǒng)的需求，開(kāi)發(fā)一個(gè)低成本、可擴(kuò)展的配電架構(gòu)，且可重復(fù)的設(shè)計(jì)是尋求從28或100伏特兩種輸入中，可有效地生成多個(gè)較小的電軌，并同時(shí)限制功率轉(zhuǎn)換的總數(shù)。

航天級(jí)直流對(duì)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(jí)功率變換以滿足特定任務(wù)的需求，而無(wú)須重新設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)架構(gòu)。這是提供一個(gè)低成本、可重復(fù)使用、可擴(kuò)展、可靠及高效率配電架構(gòu)必要的一個(gè)關(guān)鍵要求！

開(kāi)發(fā)一個(gè)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(jì)，并非單獨(dú)組件的價(jià)格。有些在單個(gè)封裝內(nèi)，整合包含一個(gè)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(jì)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(jì)者添加必要的被動(dòng)組件。

下面的方塊圖（圖1）比較航天級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換器相對(duì)面積，可用于無(wú)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(gè)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(lèi)型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或?qū)椛涞哪褪艹潭榷鴣?lái)。

圖1 航太級(jí)DC-DC轉(zhuǎn)換器的相對(duì)尺寸比較

最新的DC-DCS轉(zhuǎn)換器使用的是零電壓/電流開(kāi)關(guān)技術(shù)，以提高轉(zhuǎn)換效率及自適應(yīng)；前饋補(bǔ)償考慮到負(fù)載降電壓，并避免訊號(hào)穿越隔離屏障。一些供貨商進(jìn)行全面的輻射檢測(cè)，以作為裝置的合格條件的一部分，包括增強(qiáng)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(diǎn)（POL）被用來(lái)提供一個(gè)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(jí)半導(dǎo)體供貨商販賣(mài)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(hào)、雙極，以及多個(gè)、特定線路可調(diào)輸出選項(xiàng)、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(jì)要求著眼在完整的設(shè)計(jì)，而不只是單獨(dú)組件的價(jià)格。一些POL包含轉(zhuǎn)換器，其控制回路整合在單個(gè)封裝內(nèi)，僅要求在線路輸入時(shí)，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(jì)負(fù)擔(dān)。圖2比較最新航天級(jí)POL相對(duì)面積。

圖2 比較航太級(jí)POL相對(duì)尺寸

為了符合FPGA應(yīng)用需求，多個(gè)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(gè)航天級(jí)電路連接在一起時(shí)，可以提供1伏特核心電壓來(lái)啟動(dòng)一顆賽靈思（Xilinx）V5QV FPGA；圖4則以一個(gè)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(gè)獨(dú)立電軌，或是在降低波紋的一個(gè)單一15安培電源供應(yīng)。一個(gè)較小、4安培單一輸入產(chǎn)品也可以用得上。

圖3 并聯(lián)2個(gè)10安培電路可以產(chǎn)生20安培DC-DC

圖4 4個(gè)4安培POL的產(chǎn)品

現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)出低成本、可重復(fù)使用、可擴(kuò)展、可靠、高效率的配電結(jié)構(gòu)供未來(lái)衛(wèi)星子系統(tǒng)使用。在各種拓?fù)涞囊粋€(gè)多元化的DC-DC、開(kāi)關(guān)和線性POL，都可用來(lái)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。