如何選擇正確的航空級隔離型直流-直流轉換器

如今市場(chǎng)上有各種具有多個(gè)額定電壓和不同功率等級的航空級隔離型直流-直流轉換器，需要仔細考慮才能從中選出最合適的。

目前，有六家主要的供應商可以提供經(jīng)過(guò)認證、抗輻射的隔離型直流-直流轉換器，這些轉換器可以將電源總線(xiàn)電壓轉換為中間電壓供負載點(diǎn)使用。大多數供應商會(huì )說(shuō)，他們的產(chǎn)品是給航空電子設備供電最合適最好的穩壓器。所有制造商都有眾多的產(chǎn)品，每種都有自己的包裝，并且有多個(gè)電壓和不同的額定功率，有幾家供應商甚至可以讓你選擇想要的輸出電壓以?xún)?yōu)化總的供電效率。鑒于當前的上市時(shí)間壓力和提供首次即成功硬件的需求，事實(shí)證明選擇錯誤的直流-直流轉換器不僅代價(jià)高昂，還可能導致產(chǎn)品延遲上市。

那么，哪種產(chǎn)品適合你的項目呢?

選擇最適合自己項目的直流-直流轉換器要求考慮許多因素：首先也是最重要的是，具體的功率、電壓和電流要求是什么?你有多少預算?需要多少電壓軌?所有這些軌都必須單獨穩壓?jiǎn)?需要負電壓或集成的電磁干擾濾波器，比如MIL-STD-461嗎?是否需要微調?需要使能輸入或遠程檢測輸出嗎?有多少PCB面積可用?你的熱管理策略是什么?

其它考慮因素包括：器件的可靠性和抗輻射能力如何?供應商是否經(jīng)過(guò)認證?他們的交貨期能不能滿(mǎn)足你的項目規劃?出于政治或地理位置方面的考慮，你可能必須從特定地區購買(mǎi)器件。一些衛星制造商可能會(huì )自己生產(chǎn)直流-直流轉換器，對于是應該自己生產(chǎn)器件還是從供貨商那里購買(mǎi)器件，同樣具有技術(shù)和商業(yè)上的爭論。

正激轉換器

半導體供應商目前提供的隔離型航空級直流-直流轉換器的額定功率范圍從1.5W至120W不等，其中正激拓撲用得最多。這種轉換器以標準降壓穩壓器為基礎，增加了一個(gè)變壓器用于提供電流隔離，并根據匝比增加或減小輸出電壓，如圖1所示。

圖1：?jiǎn)伍_(kāi)關(guān)和雙開(kāi)關(guān)正激轉換器拓撲

正激轉換器在開(kāi)關(guān)動(dòng)作、低側FET導通期間不存儲能量，而是通過(guò)變壓器將能量直接傳遞給負載。輸出電壓取決于匝比和PWM占空比：

工作時(shí)的占空比通常限制在50%以下，并在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期復位變壓器磁芯。一般會(huì )用第三繞組實(shí)現磁通量復位。

當功率電平在200W以下時(shí)，通常使用單開(kāi)關(guān)正激轉換器。由于FET上的電壓應力是輸入電壓、反射的變壓器電壓以及由漏電感引起的過(guò)壓關(guān)斷尖峰之和，因此要求所用晶體管的額定電壓超過(guò)輸入電壓的兩倍，而且要用無(wú)源緩沖器或有源鉗位初級電路來(lái)限制磁芯復位時(shí)漏極上的電壓上升幅度。這是這種拓撲的主要缺點(diǎn)。

為了降低低側FET的電壓應力，通常會(huì )增加第二個(gè)晶體管，用于將每個(gè)開(kāi)關(guān)上的電壓鉗位到輸入電源總線(xiàn)，如圖1所示。高側FET也會(huì )限制漏電感值，因為它可以通過(guò)二極管D3和D4將能量返回到輸入端。這種方案可以減少系統損耗，提高效率，最大限度地減小電磁干擾，并避免使用緩沖電路。

在正常工作期間，晶體管將同時(shí)導通和關(guān)斷。當FET導通時(shí)，電源通過(guò)變壓器和輸出濾波器傳送給負載。當FET關(guān)斷時(shí)，沒(méi)有輸入電源，但在磁化電感中流動(dòng)的電流會(huì )導致初級繞組上的電壓發(fā)生反轉，如圖2所示。

圖2：FET導通和關(guān)斷時(shí)的電流路徑

反激轉換器

隔離型航空級直流-直流轉換器供應商所提供的反激拓撲有的采用一個(gè)低側FET，也有的采用兩個(gè)晶體管，目的都是為了獲得同樣的好處。反激(升降壓)轉換器在FET導通時(shí)將能量存儲在變壓器的磁場(chǎng)中，然后當FET關(guān)斷時(shí)再釋放到負載。反激轉換器可以被視為共享同一磁芯、并具有相反極性繞組的兩個(gè)電感，如圖3所示。

圖3：?jiǎn)伍_(kāi)關(guān)和雙開(kāi)關(guān)反激轉換器

目前有六家主要制造商提供各種航空級的隔離型直流-直流轉換器，每種都有它們自己的封裝，并且有多種電壓和不同的額定功率。其中一家供應商提供的一些產(chǎn)品樣式如圖4所示，它們都進(jìn)行了1:2的縮放，方便比較它們的相對大小以及連接類(lèi)型和數量。

圖4：來(lái)自某家航空級提供商的密封包裝

圖5列出并比較了上述直流-直流轉換器產(chǎn)品。這里特意忽略了器件標識或型號，因為重點(diǎn)不是要褒揚或批評任何的供應商。

圖5：來(lái)自某供應商的航空級隔離型直流-直流轉換器

文章比較了通過(guò)認證的多種用于將輸入電源總線(xiàn)轉換成中間電壓的航空級隔離型直流-直流轉換器，目的是幫助你作出合理的選擇，能夠在提供航空電子產(chǎn)品的道路上旗開(kāi)得勝。