Для применения в системах электропитания космических аппаратов (КА) с шиной постоянного напряжения 100 В предприятие, входящее в Китайскую корпорацию электронных технологий (China Electronics Technology Group Corp., CETC), выпускает гибридно‑плёночный DC/DC‑преобразователь постоянного напряжения HDCD/100‑3R3‑66HL/SP‑H с выходным напряжением 3,3 В (выходная мощность — 66 Вт) и диапазоном входного напряжения от 70 до 120 В с допустимым отклонением до 160 В длительностью 50 мс.
Корпус модуля выполнен из алюминиево‑кремниевого сплава AlSi — наличие кремния повышает прочность и твёрдость по сравнению с чистым алюминием. Крышка никелирована, а внешняя оболочка покрыта золотом с толщиной покрытия от 1 мкм до 2,54 мкм. Вес корпуса модуля составляет всего 63±10 г, что меньше веса аналогичных гибридно‑плёночных модулей, изготовленных из холоднокатаной стали (85±10 г), и веса герметизированных модулей конкурентов (150 г). Это обстоятельство позволяет снизить вес бортового источника питания, уменьшить стартовую массу космического корабля или увеличить полезную нагрузку КА.
Схемотехнически модуль выполнен по однотактной прямоходовой схеме с регулированием выходного напряжения методом широтно‑импульсной модуляции (ШИМ) с постоянной рабочей частотой 150−250 кГц и обратной связью по напряжению. Организация оптимального магнитного режима силового трансформатора, применение высоковольтных силовых транзисторов MOSFET с малыми потерями на проводимость и переключение, размещение микросхемы (кристалла) ШИМ‑контроллера на вторичной стороне схемы для коммутации выпрямительных транзисторов с небольшими потерями позволили получить высокое для радиационно‑стойких модулей значение КПД — до 85 %.
Все критичные элементы схемы — микросхема ШИМ‑контроллера, транзисторы MOSFET, микросхема компаратора и операционного усилителя — являются стандартными радиационно‑стойкими компонентами.
В процессе конструирования проводились испытания модуля на стойкость к суммарной накопленной дозе на моделирующей установке с мощностью дозы 0,1 рад/с до экспозиционной дозы 100 крад (Si). Испытания проводились согласно процедурам, изложенным в стандарте QJ10004A‑2018 «Метод испытаний на суммарную дозу облучения полупроводниковых приборов аэрокосмического назначения» (стандарт является аналогом стандарта MIL‑STD‑883F Method 1019.6).
На стойкость к воздействию отдельных тяжёлых заряженных частиц испытания проводились на базе изохронного циклотрона облучением ионами тантала. В процессе испытаний не фиксировались обратимые и необратимые одиночные эффекты при пороговых линейных потерях энергии (ЛПЭ) иона ≥75 МэВ · см²/мг. Испытания на стойкость к одиночным эффектам проводились согласно требованиям стандарта QJ10005A‑2018 «Руководство по испытаниям полупроводниковых приборов аэрокосмического назначения на воздействие тяжёлых ионов в результате однократного воздействия» (является аналогом ASTMF1192).
Характеристики радиационной стойкости позволяют применять модуль в бортовой аппаратуре КА с длительными сроками активного функционирования:
- в условиях воздействия протонов с высокими энергиями;
- в спутниковых системах дистанционного зондирования Земли;
- на низких и средних круговых орбитах;
- на орбитах с точками Lagrange L1, L2 и др.
Модули преобразователей напряжения производятся Восточно‑Китайским научно‑исследовательским институтом микроэлектроники в соответствии с требованиями национальных стандартов:
- GJB 548C‑2021 «Методы и процедуры испытаний микроэлектронных устройств»;
- GJB/Z 35‑1993 «Критерии снижения характеристик компонентов»;
- Q/QJA 20085A‑2 Newton 2017 «Общие технические условия для гибридных интегральных схем для космических аппаратов».
Основные технические характеристики модуля HDCD/100‑3R3‑66HL/SP‑H
- выходное напряжение — от 3,2 до 3,4 В (номинальное значение — 3,3 В);
- ток нагрузки — 20 А (рекомендуемый диапазон — от 2 до 20 А);
- выходная мощность — 66 Вт;
- время восстановления выходного напряжения при скачкообразном изменении нагрузки 50%→100% и 100%→50% — 600 мкс (макс.);
- изменение выходного напряжения при скачкообразном изменении нагрузки от 50 % до 100 % и от 100 % до 50 % — −600 мВ (мин.) / 600 мВ (макс.);
- время восстановления выходного напряжения при скачкообразном изменении входного напряжения 70В→120В и 120В→70В, ток нагрузки — 20 А: 1000 мкс (макс.);
- время восстановления после короткого замыкания нагрузки (от короткого замыкания до 20 А) — 10 мс (макс.);
- защитные и сервисные функции;
- блокировка при пониженном входном напряжении;
- защита от перегрузки по току и короткого замыкания;
- внешняя обратная связь для компенсации падения напряжения на соединительных проводах;
- дистанционное управление выключением со стороны первичной и вторичной стороны;
- равномерное распределение тока при параллельном соединении нескольких модулей;
- регулировка выходного напряжения внешним резистором в диапазоне ±10% от номинального значения;
- диапазон рабочих температур: -55 ～ +125°C;
- диапазон температур хранения: -65 ～ +150°C;
- габариты корпуса: 76,2×38,5×11,7 мм.
В этой серии предлагаются также модели с выходными напряжениями 5 В (HDCD/100‑5‑120H/SP)