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(xiàn)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(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)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)。
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)路輸入時(shí),中間總線(xiàn)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。
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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。
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