Для обеспечения питания различных функциональных частей аппаратуры космических аппаратов (КА), имеющих индивидуальные требования к режимам электропитания, требуется применение преобразователей напряжения с высокой стабильностью напряжения, высоким КПД, различными номинальными значениями напряжения и обширным комплектом сервисных и защитных функций. Это позволяет избежать реализации требуемых функций на дополнительных микросхемах и элементах обвязки.
Особым требованием является стойкость полупроводниковых преобразователей напряжения к воздействию полей ионизирующих излучений космического пространства. Микросхемы должны сохранять работоспособность при накоплении дозы радиации и под воздействием одиночных заряженных частиц.
Предприятие SIET (Shaanxi Electronic Technology Research Institute Co.) предлагает радиационно-стойкие микросхемы преобразователей напряжения для обеспечения питания нагрузок с динамическим изменением тока и формирования широкого диапазона напряжений. Микросхемы снабжены необходимыми сервисными и защитными функциями.
Линейный регулятор SE7H1101RF предназначен для работы в широком диапазоне входного напряжения (от 1,5 до 7 В) и характеризуется сверхнизким падением напряжения на регулирующем элементе (62 мВ). Он обеспечивает эффективное подавление пульсаций источника питания (PSRR) на уровне 45 дБ на частоте 1 МГц. Функция равномерного распределения тока позволяет обеспечить на выходе двух параллельно включённых микросхем ток до 6 А. Стабилизатор имеет точно программируемое в широком диапазоне ограничение выходного тока с острой коленообразной характеристикой. Несомненным достоинством является низкий уровень шума (20,33 мкВ среднеквадратичного значения при выходном напряжении 1,8 В и токе 3 А). Микросхема поддерживает сложные требования к питанию FPGA, DSP и микроконтроллеров, а также снабжена функцией дистанционного включения/выключения, программируемым плавным запуском и выходом состояния питания (Power Good).
Микросхема SE7H3301RF предназначена для обеспечения компактного решения с низким уровнем шумов для динамических нагрузок, таких как одноплатные компьютеры, твердотельные устройства записи, обрабатывающие полезные нагрузки, где используются высокоскоростные микросхемы памяти синхронного динамического ОЗУ. Микросхема поддерживает работу от шин питания 2,5 и 3,3 В и обеспечивает на выходе напряжения от 0,5 до 1,75 В при токе до 3 А. Для повышения КПД имеется вход с понижением напряжения до 0,9 В. Изделие оснащено встроенными функциями плавного запуска, блокировкой при пониженном входном напряжении, защитой от перегрузки по току и внешней обратной связью.
Высокоэффективная микросхема регулятора напряжения SE4913RHF/S предназначена для работы с входным напряжением от 3 до 12 В. Она характеризуется регулируемым выходным напряжением (1,19–1,27 В и 8,7–9,3 В) и выходным током до 3 А при низком падении напряжения на регулирующем элементе. Для безопасной работы микросхема снабжена рядом сервисных и защитных функций: регулируемая защита по току, внешняя обратная связь, дистанционное включение/выключение, защита от перегрева, выход сигнализации о перегрузке.
Линейный стабилизатор SE7913RS формирует на выходе отрицательное напряжение от −9,5 до −1,2 В и от −6,5 до −1,2 В при входном диапазоне напряжений от −12 до −1,3 В. Микросхема также обеспечивает работу от положительного напряжения от 0 до +3 В. В нагрузке обеспечивается ток до 3 А. Повысить гибкость и безопасность работы позволяет наличие ряда сервисных и защитных функций: регулирование выходного напряжения, дистанционное управление включением/выключением, подключение внешней обратной связи, защита от перегрева и перегрузки, регулируемый уровень защиты от перегрузки, программируемый уровень защиты от короткого замыкания, выход сигнализации о коротком замыкании.
Микросхема SE50601RF является синхронным понижающим преобразователем напряжения типа POL с регулируемой частотой преобразования в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц и возможностью синхронизации частоты внешним синхросигналом от 100 кГц до 1 МГц, а также взаимной синхронизацией нескольких микросхем сигналом с частотой 500 кГц. Диапазоны входного напряжения — от 3 до 6,3 В и от 1,6 до 6,3 В. Максимальный выходной ток — 6 А. Силовые MOSFET-транзисторы верхнего и нижнего уровня встроены, что позволяет снизить требования к размерам печатной платы. Дополнительной экономии места на плате удалось достичь применением токовой схемы управления, а высокая частота позволяет уменьшить размеры дросселя. Наличие интегрированных сервисных и защитных функций позволяет повысить безопасность и гибкость работы: регулируемая скорость нарастания входного напряжения, выход состояния напряжения, регулируемый уровень защиты от пониженного входного напряжения, защита от перегрева и перегрузки. Все предлагаемые микросхемы способны стабильно работать при температурах от −55 до +125 °C.
Испытания на стойкость к эффекту полной накопленной дозы проводятся как облучением при высоких (0,1 рад(Si)/с), так и при низких значениях (0,01 рад(Si)/с) мощности дозы на гамма-установке, в которой в качестве излучателя используется изотоп 60Co.
На воздействие отдельных ядерных частиц испытания проводятся на базе циклотрона облучением ионами 181Ta с полной энергией 2006,4 МэВ и длиной пробега иона в кремнии 116,6 мкм, интегральным потоком (флюенсом) 1×107 частиц/см2.
Испытания на воздействие отдельных заряженных частиц проводятся согласно требованиям национального стандарта QJ10005A-2018 «Руководство по испытаниям полупроводниковых приборов аэрокосмического назначения на воздействие тяжёлых ионов в результате однократного действия», который является аналогом европейского стандарта ASTM F1192.
Отчёты об испытаниях на накопленную дозу и на воздействие тяжёлых заряженных частиц входят в состав сопроводительной документации на изделия.
Основные параметры радиационно-стойких преобразователей напряжения и соответствующие аналоги
|
Тип |
Модель |
Тип корпуса |
Совместимая модель |
Уровень качества |
|
Линейный регулятор с низким уровнем шума на выходе |
SE7H1101RF |
CFP-16 |
TPS7H1101-SP |
YB/CH |
|
Регулятор напряжения со встроенным источником опорного напряжения для работы с высокоскоростными нагрузками |
SE7H3301RF |
CFP-16 |
TPS7H1101A-SP |
YB/CH |
|
Стабилизатор напряжения с регулируемым выходным напряжением |
SE4913RHF/S |
SMD-5C |
RHFL4913A |
YB/CH |
|
Стабилизатор напряжения с отрицательным выходным напряжением |
SE7913RS |
SMD-5C |
RHFL7913A |
YB/CH |
|
Синхронный понижающий преобразователь напряжения типа POL |
SE50601RF |
CFP-16 |
TPS50601-SP |
YB/CH |