設(shè)計成本低、可重復(fù)使用的配電架構(gòu)

作者：時間：2015-07-19 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　最近，航天子系統(tǒng)采用的先進半導(dǎo)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(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。此外，各個負(fù)載也須具有獨特的排序、暫瞬、線路與負(fù)載調(diào)節(jié)的要求，這樣會讓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計變得更復(fù)雜。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/277445.htm

　　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半導(dǎo)體生成隔離的、有效率的穩(wěn)壓電源。為滿足未來航天子系統(tǒng)的需求，開發(fā)一個低成本、可擴展的配電架構(gòu)，且可重復(fù)的設(shè)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(zhuǎn)換的總數(shù)。

　　航天級直流對直流(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功率變換以滿足特定任務(wù)的需求，而無須重新設(shè)計硬件的設(shè)計架構(gòu)。這是提供一個低成本、可重復(fù)使用、可擴展、可靠及高效率配電架構(gòu)必要的一個關(guān)鍵要求!

　　開發(fā)一個低成本、可重復(fù)使用配電架構(gòu)需要放眼于完整的設(shè)計，并非單獨組件的價格。有些在單個封裝內(nèi)，整合包含一個轉(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(zhuǎn)換器相對面積，可用于無論是從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、封裝類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或?qū)椛涞哪褪艹潭榷鴣怼?/p>

　　圖1 航太級DC-DC轉(zhuǎn)換器的相對尺寸比較

　　最新的DC-DCS轉(zhuǎn)換器使用的是零電壓/電流開關(guān)技術(shù)，以提高轉(zhuǎn)換效率及自適應(yīng);前饋補償考慮到負(fù)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(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(POL)被用來提供一個高效率的配電架構(gòu)，以及用一種集中式的方法克服大量輸電損失。

　　許多航天級半導(dǎo)體供貨商販賣的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、雙極，以及多個、特定線路可調(diào)輸出選項、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)計要求著眼在完整的設(shè)計，而不只是單獨組件的價格。一些POL包含轉(zhuǎn)換器，其控制回路整合在單個封裝內(nèi)，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(shè)計負(fù)擔(dān)。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(yīng)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(chǎn)品為例，該產(chǎn)品可被配置為在4安培額定電流，輸出4個獨立電軌，或是在降低波紋的一個單一15安培電源供應(yīng)。一個較小、4安培單一輸入產(chǎn)品也可以用得上。