Microchip ra mắt bộ nguồn GaN chịu bức xạ 20 A cho vệ tinh
POL-05-20S-T chuyển đổi điện áp ngay gần tải, chịu tổng liều ion hóa 50 krad và đã có số lượng sản xuất. Đây là linh kiện chịu bức xạ, không phải loại radiation-hardened.
Microchip ngày 14/10 giới thiệu POL-05-20S-T, bộ chuyển đổi nguồn point-of-load dùng gallium nitride, cung cấp dòng liên tục 20 A cho vệ tinh và tàu vũ trụ. Sản phẩm nhận đầu vào 4,75–13,2 V, tạo đầu ra điều chỉnh từ 0,7 đến 5 V và đã được hãng đưa vào số lượng sản xuất, thay vì chỉ là mẫu kỹ thuật.
Điểm cần gọi đúng tên là radiation-tolerant, tức chịu bức xạ ở mức được đặc tả, không phải radiation-hardened theo nghĩa mọi thành phần và quy trình đều được thiết kế cho mức khắc nghiệt cao hơn. Microchip công bố tổng liều ion hóa 50 krad và đặc tính hóa sự kiện đơn đến LET 43 MeV·cm²/mg. Những con số này giúp kỹ sư lập ngân sách bức xạ, nhưng chưa đủ để kết luận linh kiện phù hợp mọi quỹ đạo hay thời lượng nhiệm vụ.
Ảnh: Microchip Technology.
Bộ nguồn point-of-load làm gì trên một vệ tinh?
Vệ tinh thường có một đường điện áp phân phối tương đối cao, trong khi FPGA, bộ xử lý, cảm biến và mạch vô tuyến cần nhiều mức điện áp thấp, ổn định. Bộ chuyển đổi point-of-load đặt gần tải để hạ áp tại chỗ, giảm tổn hao trên dây dẫn và phản ứng nhanh khi dòng của chip thay đổi.
POL-05-20S-T là bộ chuyển đổi buck đồng bộ điều khiển theo dòng. Hãng tích hợp khả năng cảm nhận điện áp từ xa để bù sụt áp giữa module và tải, cùng các cơ chế bảo vệ quá dòng, quá áp và quá nhiệt. Khoảng nhiệt độ hoạt động đầy tải từ -55 đến 100°C, còn kích thước khoảng 1,51 × 1,51 × 0,45 inch và khối lượng 25 g.
Với tàu vũ trụ nhỏ, vài chục gram và diện tích bo mạch đều đáng kể. Một module tích hợp có thể rút ngắn thiết kế so với ghép nhiều linh kiện rời, nhưng đội hệ thống vẫn phải tính tản nhiệt, nhiễu chuyển mạch, dự phòng và ảnh hưởng khi một bộ nguồn duy nhất gặp lỗi.
GaN giúp tăng mật độ công suất, không xóa mọi đánh đổi
Transistor gallium nitride có thể chuyển mạch nhanh và chịu điện trường cao hơn silicon trong nhiều cấu hình. Nhờ đó, nhà thiết kế có thể dùng cuộn cảm và tụ nhỏ hơn, nâng hiệu suất hoặc thu gọn module. Đây là lý do GaN ngày càng xuất hiện trong nguồn điện cho máy chủ, xe điện và không gian.
Tuy vậy, tần số chuyển mạch cao cũng làm bố trí mạch, nhiễu điện từ và quản lý cạnh điện áp trở nên nhạy cảm. Trong môi trường bức xạ, không chỉ transistor công suất mà cả bộ điều khiển, driver, phần tử thụ động và vật liệu đóng gói phải được xem xét. Thông số của cả module vì thế quan trọng hơn việc chỉ nhấn mạnh loại bán dẫn.
Microchip định vị sản phẩm cho FPGA và bộ xử lý công suất cao trên vệ tinh. Dòng 20 A ở điện áp thấp phù hợp tải số hiện đại, nhưng công suất thực phụ thuộc điện áp đầu ra và giới hạn nhiệt. “20 A liên tục” không có nghĩa module luôn cấp công suất cực đại trong mọi điều kiện chân không và nhiệt độ.
50 krad và LET 43 nói lên điều gì?
Tổng liều ion hóa, TID, mô tả tổn thương tích lũy do bức xạ theo thời gian. Mức 50 krad là một ngưỡng thử công bố của POL-05-20S-T. Nhu cầu thật khác nhau đáng kể giữa quỹ đạo Trái Đất thấp, quỹ đạo địa tĩnh, không gian sâu, lớp che chắn và tuổi thọ nhiệm vụ.
LET liên quan lượng năng lượng một hạt truyền trên đơn vị chiều dài vật chất, dùng khi đánh giá sự kiện đơn như nhiễu, lật trạng thái hoặc hỏng linh kiện. Microchip nói module đã được đặc tính hóa đến 43 MeV·cm²/mg; “đặc tính hóa” không đồng nghĩa tuyệt đối miễn nhiễm ở mọi loại hạt và góc tới. Kỹ sư cần đọc báo cáo thử, đường cong tiết diện và chế độ hỏng, chứ không chỉ lấy một con số tối đa.
Trang sản phẩm cũng cung cấp tài liệu kỹ thuật và mô hình phục vụ thiết kế. Đó là bước cần thiết để khách hàng đối chiếu điều kiện thử với môi trường bức xạ dự kiến, tiêu chuẩn của chương trình và biên an toàn.
Từ công bố linh kiện đến phần cứng bay còn nhiều bước
Việc có số lượng sản xuất là tín hiệu thực tế hơn một bản thử nghiệm phòng lab: nhà sản xuất có thể nhận đơn và cung cấp linh kiện theo quy trình hiện tại. Tuy nhiên, nó không có nghĩa một vệ tinh chỉ cần mua module rồi lắp lên. Khách hàng vẫn phải làm kiểm tra tiếp nhận, phân tích độ tin cậy, thử nhiệt chân không, rung, sốc và tương thích điện từ ở cấp bo và cấp hệ thống.
POL-05-20S-T bổ sung một lựa chọn nguồn gọn cho các tải xử lý ngày càng mạnh trên quỹ đạo. Giá trị của nó nằm ở sự kết hợp giữa 20 A, dải đầu ra thấp, GaN và thông số bức xạ được công bố. Giới hạn quan trọng cũng rõ ràng: đây là bộ nguồn chịu bức xạ với phạm vi xác định, không phải lời bảo đảm cho mọi nhiệm vụ không gian.
