Vicor 電源模塊提升衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行功率

Vicor 公司最近宣布，其耐輻射故障 DC-DC 轉(zhuǎn)換器電源模塊將用于波音制造的 O3b mPOWER 衛(wèi)星。O3b mPOWER 生態(tài)系統(tǒng)是中地球軌道 (MEO) 中的衛(wèi)星星座，SES 將使用這些衛(wèi)星向世界各地的客戶提供全球連接服務(wù)。

將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到 LEO 和 MEO 衛(wèi)星

基本上有三種主要類型的衛(wèi)星：GEO、MEO 和 LEO。地球靜止軌道 (GEO) 衛(wèi)星需要完全抗輻射的組件，因此非常昂貴。每顆衛(wèi)星的成本可能高達(dá) 5 億美元，并且必須持續(xù) 15 到 20 年才能物有所值。GEO 軌道的主要優(yōu)勢在于，在 35,000 公里的高度上，只需三顆衛(wèi)星就可以覆蓋非常廣闊的地理區(qū)域。

中地球軌道(MEO) 的高度在 5,000 公里到 12,000 公里之間，需要 10 到 20 顆衛(wèi)星組成的星座才能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。由于該軌道位于保護(hù)地球的范艾倫帶內(nèi)，因此電子供應(yīng)商可以使用耐輻射 COTS 解決方案。

低地球軌道 (LEO) 通常包括由數(shù)百甚至數(shù)千顆衛(wèi)星組成的星座，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的全球覆蓋，這使其成為該市場未來的增長部分。借助 LEO，使用耐輻射產(chǎn)品的余地更大，而任務(wù)要求則在 3 到 5 年的范圍內(nèi)。

GEO、MEO 和 LEO 基礎(chǔ)知識

更多指定用于新空間的衛(wèi)星

“低地球軌道任務(wù)通常是我們所謂的新太空或太空 2.0 的一部分。與更深的太空軌道相比，這個市場的成本更低，并且主要專注于增加互聯(lián)網(wǎng)帶寬，同時減少延遲，”Vicor 衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Rob Russell 說。

低傳輸延遲和高吞吐量是 5G、直播電視、軍事通信和金融交易等應(yīng)用的基本要求。正如我們許多人所經(jīng)歷的那樣，與地面或有線傳輸相比，衛(wèi)星電視傳輸會出現(xiàn)幾秒鐘的延遲（延遲）。例如，雖然這種延遲在體育賽事期間可能很煩人，但當(dāng)影響戰(zhàn)場上的軍事通信時，后果可能會更糟。

延遲問題在金融交易中也非常重要，因?yàn)榧词故且缓撩氲难舆t也會在盈利操作和虧損操作之間產(chǎn)生差異。在高頻交易中，執(zhí)行大量金融交易，每次操作的利潤可能低至幾美分，因此減少延遲非常重要。同樣的考慮也適用于 5G 技術(shù)的推出，電信、物聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛汽車等其他下一代服務(wù)必須大量使用帶寬和極低的延遲。

除了高帶寬和低延遲之外，LEO 應(yīng)用的另一個優(yōu)勢是覆蓋范圍，因?yàn)槎鄠€重疊范圍可以實(shí)現(xiàn)全地球覆蓋。

“將寬帶帶到他們無法使用的地方是一個巨大的優(yōu)勢。代表其他 30 億的 O3b 的主要目標(biāo)之一是將寬帶互聯(lián)網(wǎng)帶給世界上許多今天無法使用寬帶互聯(lián)網(wǎng)的人，”拉塞爾說。

為了在 LEO 應(yīng)用中獲得全面覆蓋，需要數(shù)百甚至數(shù)千顆衛(wèi)星，而 GEO 只需三顆。這意味著需要大批量的商用零件來降低總體成本。與其使用昂貴且總是落后兩代、三代甚至更多代的完全抗輻射設(shè)備，不如使用現(xiàn)代 ASIC、FPGA 和定制芯片。這些設(shè)備需要具有高密度、大電流、低成本和高效率的現(xiàn)代電源解決方案，同時保持一定程度的輻射耐受性

“一旦衛(wèi)星進(jìn)入軌道，你唯一可用的電力就是來自太陽能電池板。由于可用功率有限，您需要在電源鏈的所有元件中保持高效率。Vicor 的高效、高密度和大電流解決方案在這種新的空間模型中發(fā)揮了很好的作用，”Russell 說。

VICOR 抗輻射電源解決方案

今天，較大的衛(wèi)星使用 100V 電源總線，這是當(dāng)前 Vicor 解決方案所處理的。如右圖所示，從電池（由太陽能電池板充電）輸出的 100V 電壓被分開，以提供為 ASIC 供電所需的兩條電源軌（最大 150A 時為 0.8V，最大 50A 時為 3.3V）。

Vicor 抗輻射分解功率 (FPA) 解決方案

BCM 隔離總線轉(zhuǎn)換器具有三比一的轉(zhuǎn)換比（或 K 因子），因?yàn)樗枰?100V 的輸入并將其降低到更適合和更有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)的電壓。28V 次級總線驅(qū)動 VTM 電流倍增器，這也是比例器件（分別為 1/32 和 1/8），并將輸出電壓進(jìn)一步降低到所需值。

“我們的基本解決方案非常適合使用 100V 總線的 LEO 和 MEO 衛(wèi)星。我們的模塊化方法提供了巨大的設(shè)計靈活性，使設(shè)計人員能夠相對輕松地改變總線電壓或改變軌電壓，”Russell 說。

創(chuàng)新的設(shè)計、仔細(xì)的組件選擇以及廣泛的組件和系統(tǒng)測試確保了適用于 LEO 和 MEO 任務(wù)的總電離劑量 (TID) 輻射耐受性和單粒子效應(yīng)緩解。

單事件效應(yīng)是由單個高能粒子引起的電子事件。對于此類測試，被測設(shè)備 (DUT) 會受到高能粒子的轟擊，以模擬它們在太空中的發(fā)現(xiàn)。相反，總電離劑量效應(yīng)是指長期輻射暴露對電子設(shè)備造成的損害。這是一種累積效應(yīng)，對應(yīng)于太陽提供的輻射。在這種情況下，隨著時間的推移，輻射暴露證明 DUT 足夠堅固，可以承受該類型任務(wù)所需的最大輻射水平。

Vicor 抗輻射電源模塊緊湊、高效且重量輕。該公司聲稱，與當(dāng)前同類最佳解決方案相比，它們的功率密度提高了 3 到 5 倍，100V 總線應(yīng)用的功率損耗降低了 50%。

展望潛在的產(chǎn)品線擴(kuò)展，Russell 表示，除了 100V 總線電壓外，28V 總線是最流行的解決方案之一，而某些特定應(yīng)用將需要 50V 和 70V 總線。可能會為 VTM 提供不同的 K 因子，并且可能還需要針對低功耗優(yōu)化的解決方案。一些當(dāng)前可用的技術(shù)，特別是 BCM，可能會被修改以支持雙向電力流動，提高電池充電/再充電過程的效率，并減少占用的空間量。

根據(jù) Vicor 的說法，該產(chǎn)品線非常適合為 New Space 服務(wù)?？煽啃?、大電流和高密度是重要的電源要求，有助于為 New Space 供電。