如何選擇正確的航空級隔離型直流-直流轉換器

如今市場上有各種具有多個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電壓轉換為中間電壓供負載點使用。大多數(shù)供應商會說，他們的產(chǎn)品是給航空電子設備供電最合適最好的穩(wěn)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優(yōu)化總的供電效率。鑒于當前的上市時間壓力和提供首次即成功硬件的需求，事實證明選擇錯誤的直流-直流轉換器不僅代價高昂，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(wěn)壓嗎?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)過認證?他們的交貨期能不能滿足你的項目規(guī)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(qū)購買器件。一些衛(wèi)星制造商可能會自己生產(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器件，同樣具有技術和商業(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(wěn)壓器為基礎，增加了一個變壓器用于提供電流隔離，并根據(jù)匝比增加或減小輸出電壓，如圖1所示。

圖1：單開關和雙開關正激轉換器拓撲

正激轉換器在開關動作、低側FET導通期間不存儲能量，而是通過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：

工作時的占空比通常限制在50%以下，并在每個開關周期復位變壓器磁芯。一般會用第三繞組實現(xiàn)磁通量復位。

當功率電平在200W以下時，通常使用單開關正激轉換器。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壓關斷尖峰之和，因此要求所用晶體管的額定電壓超過輸入電壓的兩倍，而且要用無源緩沖器或有源鉗位初級電路來限制磁芯復位時漏極上的電壓上升幅度。這是這種拓撲的主要缺點。

為了降低低側FET的電壓應力，通常會增加第二個晶體管，用于將每個開關上的電壓鉗位到輸入電源總線，如圖1所示。高側FET也會限制漏電感值，因為它可以通過二極管D3和D4將能量返回到輸入端。這種方案可以減少系統(tǒng)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，晶體管將同時導通和關斷。當FET導通時，電源通過變壓器和輸出濾波器傳送給負載。當FET關斷時，沒有輸入電源，但在磁化電感中流動的電流會導致初級繞組上的電壓發(fā)生反轉，如圖2所示。

圖2：FET導通和關斷時的電流路徑

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低側FET，也有的采用兩個晶體管，目的都是為了獲得同樣的好處。反激(升降壓)轉換器在FET導通時將能量存儲在變壓器的磁場中，然后當FET關斷時再釋放到負載。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電感，如圖3所示。

圖3：單開關和雙開關反激轉換器

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，它們都進行了1:2的縮放，方便比較它們的相對大小以及連接類型和數(shù)量。

圖4：來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，因為重點不是要褒揚或批評任何的供應商。

圖5：來自某供應商的航空級隔離型直流-直流轉換器

文章比較了通過認證的多種用于將輸入電源總線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)品的道路上旗開得勝。