如何選擇正確的航空級(jí)隔離型直流-直流轉(zhuǎn)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(jí)的航空級(jí)隔離型直流-直流轉(zhuǎn)換器，需要仔細(xì)考慮才能從中選出最合適的。

目前，有六家主要的供應(yīng)商可以提供經(jīng)過(guò)認(rèn)證、抗輻射的隔離型直流-直流轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器可以將電源總線電壓轉(zhuǎn)換為中間電壓供負(fù)載點(diǎn)使用。大多數(shù)供應(yīng)商會(huì)說(shuō)，他們的產(chǎn)品是給航空電子設(shè)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(gè)電壓和不同的額定功率，有幾家供應(yīng)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(dāng)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(cuò)誤的直流-直流轉(zhuǎn)換器不僅代價(jià)高昂，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品延遲上市。

那么，哪種產(chǎn)品適合你的項(xiàng)目呢?

選擇最適合自己項(xiàng)目的直流-直流轉(zhuǎn)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(yù)算?需要多少電壓軌?所有這些軌都必須單獨(dú)穩(wěn)壓?jiǎn)?需要負(fù)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(diào)?需要使能輸入或遠(yuǎn)程檢測(cè)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(yīng)商是否經(jīng)過(guò)認(rèn)證?他們的交貨期能不能滿足你的項(xiàng)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(gòu)買器件。一些衛(wèi)星制造商可能會(huì)自己生產(chǎn)直流-直流轉(zhuǎn)換器，對(duì)于是應(yīng)該自己生產(chǎn)器件還是從供貨商那里購(gòu)買器件，同樣具有技術(shù)和商業(yè)上的爭(zhēng)論。

正激轉(zhuǎn)換器

半導(dǎo)體供應(yīng)商目前提供的隔離型航空級(jí)直流-直流轉(zhuǎn)換器的額定功率范圍從1.5W至120W不等，其中正激拓?fù)溆玫米疃?。這種轉(zhuǎn)換器以標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)，增加了一個(gè)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：?jiǎn)伍_(kāi)關(guān)和雙開(kāi)關(guān)正激轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/p>

正激轉(zhuǎn)換器在開(kāi)關(guān)動(dòng)作、低側(cè)FET導(dǎo)通期間不存儲(chǔ)能量，而是通過(guò)變壓器將能量直接傳遞給負(fù)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(fù)位變壓器磁芯。一般會(huì)用第三繞組實(shí)現(xiàn)磁通量復(fù)位。

當(dāng)功率電平在200W以下時(shí)，通常使用單開(kāi)關(guān)正激轉(zhuǎn)換器。由于FET上的電壓應(yīng)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(jí)電路來(lái)限制磁芯復(fù)位時(shí)漏極上的電壓上升幅度。這是這種拓?fù)涞闹饕秉c(diǎn)。

為了降低低側(cè)FET的電壓應(yīng)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，如圖1所示。高側(cè)FET也會(huì)限制漏電感值，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(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(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(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng)FET導(dǎo)通時(shí)，電源通過(guò)變壓器和輸出濾波器傳送給負(fù)載。當(dāng)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(dǎo)致初級(jí)繞組上的電壓發(fā)生反轉(zhuǎn)，如圖2所示。

圖2：FET導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的電流路徑

反激轉(zhuǎn)換器

隔離型航空級(jí)直流-直流轉(zhuǎn)換器供應(yīng)商所提供的反激拓?fù)溆械牟捎靡粋€(gè)低側(cè)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(zhuǎn)換器在FET導(dǎo)通時(shí)將能量存儲(chǔ)在變壓器的磁場(chǎng)中，然后當(dāng)FET關(guān)斷時(shí)再釋放到負(fù)載。反激轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器

目前有六家主要制造商提供各種航空級(jí)的隔離型直流-直流轉(zhuǎn)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(yīng)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(duì)大小以及連接類型和數(shù)量。

圖4：來(lái)自某家航空級(jí)提供商的密封包裝

圖5列出并比較了上述直流-直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。這里特意忽略了器件標(biāo)識(shí)或型號(hào)，因?yàn)橹攸c(diǎn)不是要褒揚(yáng)或批評(píng)任何的供應(yīng)商。

圖5：來(lái)自某供應(yīng)商的航空級(jí)隔離型直流-直流轉(zhuǎn)換器

文章比較了通過(guò)認(rèn)證的多種用于將輸入電源總線轉(zhuǎn)換成中間電壓的航空級(jí)隔離型直流-直流轉(zhuǎn)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。