如今市场上有各种具有多个额定电压和不同功率等级的航空级隔离型直流-直流转换器,需要仔细考虑才能从中选出最合适的。

目前,有六家主要的供应商可以提供经过认证、抗辐射的隔离型直流-直流转换器,这些转换器可以将电源总线电压转换为中间电压供负载点使用。大多数供应商会说,他们的产品是给航空电子设备供电最合适最好的稳压器。所有制造商都有众多的产品,每种都有自己的包装,并且有多个电压和不同的额定功率,有几家供应商甚至可以让你选择想要的输出电压以优化总的供电效率。鉴于当前的上市时间压力和提供首次即成功硬件的需求,事实证明选择错误的直流-直流转换器不仅代价高昂,还可能导致产品延迟上市。

那么,哪种产品适合你的项目呢?

选择最适合自己项目的直流-直流转换器要求考虑许多因素:首先也是最重要的是,具体的功率、电压和电流要求是什么?你有多少预算?需要多少电压轨?所有这些轨都必须单独稳压吗?需要负电压或集成的电磁干扰滤波器,比如MIL-STD-461吗?是否需要微调?需要使能输入或远程检测输出吗?有多少PCB面积可用?你的热管理策略是什么?

其它考虑因素包括:器件的可靠性和抗辐射能力如何?供应商是否经过认证?他们的交货期能不能满足你的项目规划?出于政治或地理位置方面的考虑,你可能必须从特定地区购买器件。一些卫星制造商可能会自己生产直流-直流转换器,对于是应该自己生产器件还是从供货商那里购买器件,同样具有技术和商业上的争论。

正激转换器

半导体供应商目前提供的隔离型航空级直流-直流转换器的额定功率范围从1.5W至120W不等,其中正激拓扑用得最多。这种转换器以标准降压稳压器为基础,增加了一个变压器用于提供电流隔离,并根据匝比增加或减小输出电压,如图1所示。

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图1:单开关和双开关正激转换器拓扑

正激转换器在开关动作、低侧FET导通期间不存储能量,而是通过变压器将能量直接传递给负载。输出电压取决于匝比和PWM占空比:

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工作时的占空比通常限制在50%以下,并在每个开关周期复位变压器磁芯。一般会用第三绕组实现磁通量复位。

当功率电平在200W以下时,通常使用单开关正激转换器。由于FET上的电压应力是输入电压、反射的变压器电压以及由漏电感引起的过压关断尖峰之和,因此要求所用晶体管的额定电压超过输入电压的两倍,而且要用无源缓冲器或有源钳位初级电路来限制磁芯复位时漏极上的电压上升幅度。这是这种拓扑的主要缺点。

为了降低低侧FET的电压应力,通常会增加第二个晶体管,用于将每个开关上的电压钳位到输入电源总线,如图1所示。高侧FET也会限制漏电感值,因为它可以通过二极管D3和D4将能量返回到输入端。这种方案可以减少系统损耗,提高效率,最大限度地减小电磁干扰,并避免使用缓冲电路。

在正常工作期间,晶体管将同时导通和关断。当FET导通时,电源通过变压器和输出滤波器传送给负载。当FET关断时,没有输入电源,但在磁化电感中流动的电流会导致初级绕组上的电压发生反转,如图2所示。

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图2:FET导通和关断时的电流路径

反激转换器

隔离型航空级直流-直流转换器供应商所提供的反激拓扑有的采用一个低侧FET,也有的采用两个晶体管,目的都是为了获得同样的好处。反激(升降压)转换器在FET导通时将能量存储在变压器的磁场中,然后当FET关断时再释放到负载。反激转换器可以被视为共享同一磁芯、并具有相反极性绕组的两个电感,如图3所示。

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图3:单开关和双开关反激转换器

目前有六家主要制造商提供各种航空级的隔离型直流-直流转换器,每种都有它们自己的封装,并且有多种电压和不同的额定功率。其中一家供应商提供的一些产品样式如图4所示,它们都进行了1:2的缩放,方便比较它们的相对大小以及连接类型和数量。

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图4:来自某家航空级提供商的密封包装

图5列出并比较了上述直流-直流转换器产品。这里特意忽略了器件标识或型号,因为重点不是要褒扬或批评任何的供应商。

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图5:来自某供应商的航空级隔离型直流-直流转换器

文章比较了通过认证的多种用于将输入电源总线转换成中间电压的航空级隔离型直流-直流转换器,目的是帮助你作出合理的选择,能够在提供航空电子产品的道路上旗开得胜。

《电子技术设计》2017年6月刊版权所有,谢绝转载。

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