2022年如何選擇航天級(jí)開關(guān)穩(wěn)壓器

今天有很多供應(yīng)商提供空間級(jí)非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器。哪個(gè)部分適合我們的項(xiàng)目？大多數(shù)供應(yīng)商會(huì)說他們的產(chǎn)品是為我們的負(fù)載供電的最佳 DC-DC。   

考慮到當(dāng)今的上市時(shí)間壓力和首次交付正確硬件的需求，選擇錯(cuò)誤的調(diào)節(jié)器可能會(huì)付出高昂的代價(jià)，并導(dǎo)致我們的產(chǎn)品延遲進(jìn)入軌道。

為我們的項(xiàng)目選擇最合適的負(fù)載切換點(diǎn) (PoL) 需要考慮許多因素：首先，具體的電壓和電流要求是什么？那么，你有多少預(yù)算？有多少PCB面積？該部件是完全集成的，還是我們必須購(gòu)買并添加外部電感器、電容器、輸出檢測(cè)電阻器或反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)？我們的熱管理策略是什么？PCB 和/或物理散熱器？

我們需要啟用輸入還是電源良好輸出？是否需要軟啟動(dòng)和/或是否需要并聯(lián) POL 以增加有效負(fù)載電流？如果檢測(cè)到故障，輸出電流和電壓監(jiān)控對(duì)于保護(hù)穩(wěn)壓器和負(fù)載的應(yīng)用有多重要？

其他考慮因素包括：零件是否具有必要的可靠性和輻射硬度？供應(yīng)商是認(rèn)可的供應(yīng)商嗎？他們的交貨時(shí)間是否符合我們的項(xiàng)目時(shí)間表？我們的行業(yè)目前正面臨供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)！也許出于政治或地理回報(bào)的原因，我們可能必須從特定大陸采購(gòu)零件？

19 個(gè)航天級(jí)抗輻射開關(guān) PoL 的封裝如下圖所示：這些封裝均按比例縮放，以便我們比較它們的相對(duì)尺寸、連接數(shù)量以及功率和電流密度。在可能的情況下，我選擇了穩(wěn)壓器的表面貼裝版本，但是，一些供應(yīng)商只提供通孔部件和/或法蘭底盤封裝。 

表 1列出并比較了上述 POL，由于我不希望被視為支持或批評(píng)任何特定供應(yīng)商，因此我故意不透露供應(yīng)商的身份或零件編號(hào)。

表 1 列出了輸入和輸出電壓范圍的規(guī)定值、最大負(fù)載電流、器件是集成的還是需要額外的外部元件、引腳/引線的數(shù)量和封裝尺寸。對(duì)于每個(gè)部分，都包括指定的推薦值，而不是絕對(duì)最大值。

集成對(duì)不同的供應(yīng)商意味著不同的東西：綠色勾號(hào)表示拓?fù)潆姼衅骱碗娙萜饕约翱刂苹芈范及诜庋b中。紅十字表示至少需要一個(gè)外部電感器和電容器才能使用該設(shè)備。例如，穩(wěn)壓器 1 和 5 包含兩個(gè)集成的 N 溝道 FET，但需要一個(gè)外部電感器、電容器和輸出檢測(cè)電阻器。選擇穩(wěn)壓器時(shí)，請(qǐng)考慮包括熱管理在內(nèi)的整個(gè) PCB 面積！

由于出色的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、更準(zhǔn)確和更快的電流限制、更簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償和易于負(fù)載共享，所有穩(wěn)壓器都使用反饋環(huán)路的電流模式控制。然而，穩(wěn)壓器 1 的供應(yīng)商還提供 6A 和 9A 版本的電壓模式控制，其中輸入范圍為 3 至 13.2V，輸出范圍為 0.6V 至 Vin 的 90%，采用 64 引腳封裝。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在 LC 濾波器的諧振頻率處引入了一個(gè)雙極點(diǎn)，并且由于輸出電容器的 ESR 導(dǎo)致了一個(gè)零極點(diǎn)。所有類型的外部補(bǔ)償均可用于提供具有適當(dāng)相位裕度的穩(wěn)定環(huán)路增益。電流控制降壓的傳遞函數(shù)是一種簡(jiǎn)化補(bǔ)償?shù)膯螛O系統(tǒng)。

就物理連接的數(shù)量而言，穩(wěn)壓器 4 和 6 只需要 5 個(gè)，但第 1 部分有 44 個(gè)引腳。鑒于所有 PoL 的性能和能力都相似，為什么會(huì)有這樣的差異？前者具有Vin、Vout、GND、Enable和Adjust，可讓我們改變輸出電壓的幅度。具有 30、40 或 50 個(gè)引腳的部件具有多個(gè)Vin和Vout連接以反映更高的額定功率，許多GND，一些設(shè)備區(qū)分電源和小信號(hào)返回、啟用、 電源良好、軟啟動(dòng)控制和 I/O 以促進(jìn)并聯(lián)多個(gè)設(shè)備時(shí)的電流共享。一些設(shè)備還需要直接訪問誤差放大器控制回路。過大包裝的另一個(gè)原因是供應(yīng)商之前已將其用于另一種產(chǎn)品，并且將其重新用于他們最新的 PoL 更經(jīng)濟(jì)。第 13 部分可安裝在具有固定輸出電壓的小型 PCB 上，或者可以單獨(dú)采購(gòu)控制器 IC，以允許我們添加外部無(wú)源器件并創(chuàng)建定制的 4 A 降壓轉(zhuǎn)換器。

指定的效率可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，并且會(huì)隨輸出電壓和負(fù)載電流而變化。許多用戶被數(shù)據(jù)表首頁(yè)上的標(biāo)題數(shù)字迷住了，卻發(fā)現(xiàn)對(duì)于他們的應(yīng)用來(lái)說這個(gè)數(shù)字要低得多。  

在輻射硬度方面，一些供應(yīng)商包括 SEL、SEB、SEGR、SEFI 和 SET 數(shù)據(jù)以及標(biāo)準(zhǔn)速率和 ELDRS 的總劑量水平。監(jiān)管機(jī)構(gòu) 5 和 8 的數(shù)據(jù)表提供了公差水平的全面總結(jié)，而第 6 和 7 部分包含關(guān)于 SEE 的非常一般的頂級(jí)聲明。我們是否應(yīng)該假設(shè)他們的重離子或質(zhì)子測(cè)試沒有檢測(cè)到上述任何影響？對(duì)供應(yīng)商的禮貌請(qǐng)求：作為太空級(jí)開關(guān) POL 的用戶和購(gòu)買者，我希望看到一些一致性，并希望我們列出所有上述影響的敏感性，或者至少告訴我們它們已經(jīng)過檢查而不是觀測(cè)到的。我們真的很想使用我們的 POL，我們可以讓我們更輕松地選擇我們的零件——如果我們的 DC-DC 被拒絕，那將是悲慘的，因?yàn)閿?shù)據(jù)表中的 SEE 信息不完整并且設(shè)計(jì)/采購(gòu)工程師也很簡(jiǎn)單忙著尋找呢！與小信號(hào)晶體管相比，功率 MOSFET 更大（更大的器件體積）并且具有更低的摻雜分布，使其更容易受到輻射損傷。同樣，為了幫助我們滿足上市時(shí)間的需求，我希望看到可以以 EDA 中性格式下載的原理圖符號(hào)、PCB 封裝和 3D 模型。

這篇文章已經(jīng)開始對(duì)合格的空間級(jí)開關(guān) POL 進(jìn)行比較：為我們的項(xiàng)目選擇最合適的穩(wěn)壓器取決于許多因素，包括我們的特定電壓和電流要求、我們的項(xiàng)目有多少預(yù)算、我們有多少 PCB 面積、即，部件是否完全集成，或者我們是否必須購(gòu)買并添加外部電感器、電容器、輸出檢測(cè)電阻器或反饋回路補(bǔ)償組件。我們需要控制輸入/輸出和/或熱保護(hù)嗎？采購(gòu)和成本因素也可能影響我們的決定！

這篇文章的重點(diǎn)是傳統(tǒng)衛(wèi)星的合格、開關(guān)、非隔離穩(wěn)壓器。一些供應(yīng)商還為小型衛(wèi)星提供特定的 POL，這些 POL 對(duì)低成本航空電子設(shè)備的篩選較少，或總劑量容限水平較低，以反映較短的任務(wù)長(zhǎng)度。這些部分不在本文中涉及！一家供應(yīng)商提供未包含在內(nèi)的 2 A 開關(guān) PoL，因?yàn)橛性S多更便宜、更小的空間級(jí) 3 A 線性穩(wěn)壓器可用。