Высокотемпературные компоненты CISSOID

О компании

Компания CISSOID S. A. основана в 2000 году [1], ее головной офис расположен в бельгийском городе Мон-Сен-Гибéр. Основная специализация — разработка высокотемпературных электронных компонентов, с применением самых последних и передовых схемотехнических решений и технологических материалов, таких как SiC, GaN и другие.

Несмотря на сравнительно небольшой возраст компании, специалистами CISSOID уже сформирована довольно широкая линейка высокотемпературных компонентов (АЦП, операционные усилители, регуляторы напряжения, транзисторы, генераторы импульсов, драйверы ключей, микросхемы источников питания и пр.), которая может стать хорошей основой для построения конечного изделия.

Продукция компании успешно применяется в нефтегазовой, космической и авиационной отраслях, а относительно невысокая стоимость изделий допускает их использование в высоконадежных индустриальных и автомобильных приложениях. Примером могут служить системы управления промышленным производством, которые сопряжены с выполнением высокотемпературных процессов (изготовление стали, литье стекла, обжиг керамики и т. д.).

Для подтверждения высокой надежности своих изделий компания CISSOID применяет расширенное тестирование, включающее контроль электрических параметров при воздействии вибраций, экстремальных температур, а также производит измерение скорости утечки инертного газа из внутренней полости корпусов компонентов.

Помимо выпуска серийной продукции, CISSOID широко использует практику изготовления и разработки заказных изделий, в частности силовых модулей и источников питания. Также CISSOID изготавливает высокотемпературные DC/DC-преобразователи, заказные микросборки и микросхемы на основе базового матричного кристалла (БМК).

Основные области применения продукции CISSOID (рис. 1):

Рис. 1. Области применения продукции CISSOID

• оборудование для нефтегазовой отрасли;
• авиационная и космическая техника;
• автомобильная электроника;
• промышленное оборудование;
• военная техника.

Диапазон температур эксплуатации серийно выпускаемых изделий CISSOID довольно широкий и составляет [2]:

• от –55 до +175 °C для изделий в пластиковых корпусах;
• от –55 до +225 °C для изделий в металлокерамических и металлостеклянных корпусах.

Заявленные температурные диапазоны гарантированы (конкретные электронные компоненты сохраняют характеристики и параметры, указанные в технических описаниях), но при этом они не являются предельными. Исходя из опыта реализованных проектов, большинство серийно выпускаемых изделий в металлокерамических и металлостеклянных корпусах сохраняют работоспособность даже в температурном диапазоне от –200 до +300 °C, при некотором ухудшении рабочих характеристик. Это в большей степени касается параметра MTBF (время наработки на отказ).

Примером может служить температурный тест NASA для экстремальных условий эксплуатации, пройденный рядом изделий CISSOID. В данном тесте предусмотрен температурный диапазон от –195 до +400 °C (рис. 2). Особо следует отметить серию тестов и испытаний, которые показали стойкость исследуемых компонентов к воздействию ионизирующего излучения по следующим параметрам [3]:

Рис. 2. Диапазоны температур эксплуатации электронного оборудования для различных сфер и областей применения

• общая накопленная доза до 96 крад;
• стойкость к воздействию единичных событий (Single Event Effects, SEE), вызванных воздействием высокоэнергетических частиц (испытания на воздействие тяжелых ионов подтвердили стойкость испытуемых компонентов к таким эффектам, как тиристорный эффект или защелкивание (SEL), одиночный сбой (SEU), одиночный сбой переключения (SET) при энергии ионов до 55,9 МэВ см²/мг).

В результате за счет новых схемотехнических решений и используемых технологических материалов компоненты CISSOID сохранили свою работоспособность и подтвердили возможность применения элементной базы в составе космической аппаратуры.

Номенклатура изделий

Как уже отмечалось, номенклатура изделий CISSOID довольно широкая и насчитывает свыше 150 различных наименований. Компоненты выпускаются в металлокерамических, металлостеклянных и пластиковых корпусах (рис. 3) [2].

Рис. 3. Внешний вид компонентов CISSOID

В настоящий момент можно выделить следующие группы номенклатуры: дискретные компоненты, силовые компоненты, преобразователи напряжения и слаботочные микросхемы.

Дискретные компоненты

Дискретные компоненты CISSOID представлены сериями PLANET и GEMSTONE, в которые входят высокотемпературные транзисторы средней и малой мощности, а также одиночные и сдвоенные кремниевые диоды (табл. 1). Гарантированный срок эксплуатации при максимальной температуре +225 °C не менее пяти лет, а при 175 °C — не менее 15 лет. Высокие технические характеристики компонентов серии PLANET обеспечиваются за счет применения высоконадежных кристаллов и герметичных металлокерамических корпусов с низким тепловым сопротивлением (от 1,1 °C/Вт). Серия GEMSTONE представлена операционными усилителями, в том числе прецизионными с полосой пропускания 2,8 МГц.

Силовые компоненты

Силовые компоненты CISSOID включены в серии STAR и TITAN. К серии STAR относятся высокотемпературные линейные регуляторы и источники опорного напряжения (табл. 2).

Достоинствами линейных регуляторов напряжения являются минимальные габариты, сравнительно низкая стоимость, а также отсутствие пульсаций выходного напряжения. Линейные регуляторы обеспечивают высокий уровень стабильности выходного напряжения и, несмотря на усиление позиций импульсных преобразователей, с успехом могут применяться для питания ядер процессоров, аналоговых схем, высокоточных АЦП и датчиков. Серия TITAN содержит драйверы ключей и источники опорного напряжения. Все силовые компоненты CISSOID изготавливаются в герметичных металлокерамических корпусах и рассчитаны на работу в широком температурном диапазоне от –55 до +225 °C.

Преобразователи напряжений

В данную группу входят изделия серии VOLCANO (рис. 4), которые представляют собой DC/DC-преобразователи открытого исполнения с выходной мощностью от 1,65 до 150 Вт, построенные с помощью ИМС MAGMA собственного производства.

Рис. 4. DC/DC-преобразователь VESUVIO серии VOLCANO

MAGMA является PWM-контроллером с диапазоном рабочей температуры –55…+225 °C и обеспечивает установку ШИМ в пределах частот от 50 до 500 кГц. MAGMA спроектирована для совместного применения с силовой микросхемой полумостового драйвера ключа HYPERION.

Для того чтобы предоставить возможность отработать схемотехнические решения по построению распределенной системы электропитания, компания CISSOID предлагает отладочные наборы FUJI, предназначенные для серии VOLCANO и включающие гальванически изолированные DC/DC-преобразователи и POL-регуляторы (табл. 3).

* мощность суммарная на все каналы выходного напряжения (3 А на канал)

Распределенная система электропитания (рис. 5) это многоуровневая структура. На первом уровне выполняется преобразование входного переменного напряжения в постоянное, например 28 В, при этом обеспечивается гальваническая изоляция выходных цепей. На втором уровне постоянное напряжение 28 В понижается DC/DC-преобразователем до более низкого напряжения, например 5 В. На третьем и последующих уровнях питание нагрузки осуществляется, как правило, с помощью неизолированных высокоэффективных POL-регуляторов [3].

Рис. 5. Пример распределенной системы электропитания на основе преобразователей CISSOID

В свою очередь, для отработки основных схемотехнических решений, предназначенных для преобразователей напряжения и блоков управления электрическими машинами, CISSOID предлагает инженерам воспользоваться отладочным комплектом HADES (рис. 6), в который вошли два драйвера мощных ключей ATLAS, каждый с контроллером управления THEMIS. Управление контроллерами осуществляется через приемопередатчики RHEA с гальванической изоляцией (доступны в металлокерамических и пластиковых корпусах). Дополнительно в HADES предусмотрен PWM-контроллер для отработки взаимодействия с драйвером HYPERION [2].

Рис. 6. Отладочный комплект HADES

THEMIS-ATLAS — это драйвер ключей, специально спроектированный для SiC MOSFET, JFET, IGBT ключей на основе GaN. THEMIS является интеллектуальным контроллером, способным обслуживать до пяти силовых микросхем ATLAS. Изделия выпускаются в металлокерамических корпусах CSOIC28 с рабочей температурой от –55 до +225 °C и в пластиковых PSOIC28 с верхней рабочей температурной границей +175 °C.

RHEA является микросхемой приемопередатчика с двумя full duplex информационными последовательными каналами, с возможностью передачи информации на скорости до 2 Мбит/c на канал и установки гальванической изоляции сигнальных линий. Выпускается в металлокерамическом корпусе, с расширенным температурным диапазоном эксплуатации, а также в пластиковом корпусе, при этом джиттер составляет не более 21 нс во всем диапазоне температур.

Слаботочные микросхемы

В категорию «слаботочные микросхемы» входят три группы изделий CISSOID: RIVER, GALAXY и PULSAR. К группе RIVER относятся 10‑битный АЦП AMAZON, 8‑битный программируемый и высокоскоростной компараторы напряжения NILE и VOLGA. Группа GALAXY объединила все микросхемы двоичной логики (табл. 4), включая триггеры. Микросхемы данной группы могут быть выполнены как в металлокерамическом корпусе CDIL14 с диапазоном рабочих температур от –55 до +225 °C (обозначение CНТ), так и в пластиковом корпусе CSOIC16 с верхней рабочей температурной границей 175 °C (обозначение CMТ) [2].

PULSAR включает ряд генераторов тактовых импульсов и таймеры 555 (табл. 5). Из данной группы можно выделить генератор CG50LP, который обладает пониженным энергопотреблением, содержит встроенный делитель
частоты (от 1 до 512), схему удаленного управления, а также имеет возможность использования внешнего сигнала синхронизации.

Заключение

Компания CISSOID выпускает широкую линейку высокотемпературных (–55…+225 °C) электронных компонентов, способных работать в самых экстремальных условиях. Подтверждением может служить температурный тест NASA (от –195 до +400 °C), успешно пройденный компонентами CISSOID. Также следует отметить набор технологических и схемотехнических решений, которые применены при проектировании и изготовлении компонентов. Это позволило обеспечить стойкость к воздействию ионизирующего излучения ряда серийно выпускаемых изделий и возможность их применения в таких областях, как нефтегазовая отрасль, авиационная и военная техника, космическая аппаратура, медицинская техника, атомная энергетика и автомобильная электроника.