Радиационно стойкие высокоэффективные 50-Вт DC/DC-преобразователи на основе нитрид-галлиевых полупроводников

Преобразователи напряжения, созданные с применением широкозонных нитрид-галлиевых (GaN) полупроводников обеспечивают отдачу мощности более 90% при применении в аппаратуре спутников связи.

Компания Frontgrade Technology предлагает серию 51028XXX — радиационно стойких изолированных 50-Вт DC/DC-преобразователей.

Преобразователи на основе GaN-транзисторов повышают мощность от 80% более чем до 90% и одновременно уменьшают габариты, вес, потребляемую мощность и стоимость изделий, предназначенных для бортовой аппаратуры космических аппаратов.

Преобразуя мощность непосредственно от шины питания к выводам нагрузки, новые одноканальные преобразователи функционируют в пределах жестких допусков к напряжению современных передовых устройств обработки информации. К таким устройствам относятся cубмикронные микросхемы ASIC и FPGA, используемые в программируемых полезных нагрузках, которые могут быть перепрограммируемыми на орбите для продления срока функционирования проекта.

К тому же новинки представляют собой одни из первых источников питания, которые включают широкозонную нитрид-галлиевую технологию. Компания предлагает заказчикам новое уникальное изделие — тщательно протестированное серийное решение для преобразования энергии.

Переход к GaN-технологии делает возможным повышение рабочих характеристик и частоты коммутации, таким образом улучшая время отклика на изменение тока нагрузки по сравнению с DC/DC-преобразователями на основе кремниевых ключей. Новые устройства могут применяться и в параллельном включении для более мощных применений.

Модули выполнены на основе однотактной прямоходовой топологии с синхронным выпрямлением, ШИМ-регулирование осуществляется с частотой 433 кГц.

Диапазон входного напряжения составляет 21–38 В. Предлагаются модели с выходным напряжением: 0,8; 1; 1,2; 1,8, 2,5; 3,3; 5; 7 и 12 В. Максимальный КПД при 50%-ной нагрузке достигает 93%.

Для расширения функциональности и безопасности работы в системе модули оснащены следующими сервисными функциями и защитами:

• управление включением внешним сигналом;
• синхронизация рабочей частоты синхросигналом;
• плавный запуск;
• контроль температуры внутри корпуса;
• регулировка выходного напряжения;
• параллельная работа,
• ограничение выходного тока и защита от короткого замыкания;
• защита от перенапряжения на входе и пониженного входного напряжения;
• диапазон рабочей температуры: –55…+125 °C.

Для выявления ненадежных изделий проводятся отбраковочные испытания в соответствии с методами стандарта MIL-STD-883 «Test Methods and Procedures for Microelectronics»: термоциклирование, испытания на центрифуге (линейное ускорение), воздействие широкополосной случайной вибрации.

Разработанные для применения в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов новые преобразователи характеризуются следующими показателями радиационной стойкости: отсутствие дозовых эффектов при суммарной накопленной дозе 50 крад (Si) и гарантированная стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц с пороговыми линейными потерями энергии (ЛПЭ) до 60 МэВ·см²/мг, исключается возникновение катастрофических (необратимых) отказов SEL (Single Event Latchup), SEB (Single Event Burnout), SEGR (Single Event Gate Rapture).

Конструктивно преобразователи выполнены в корпусе для поверхностного монтажа c габаритами 63,5×38,1×16 мм, вес 70 г.

Очевидно, что GaN уже стал премьером среди новых материалов микроэлектроники в самых разных ее сегментах, в том числе и в космическом секторе, и объемы продаж его продуктов будут возрастать.