2022年如何选择航天级开关稳压器

今天有很多供应商提供空间级非隔离式开关稳压器。哪个部分适合我们的项目？大多数供应商会说他们的产品是为我们的负载供电的最佳 DC-DC。   

考虑到当今的上市时间压力和首次交付正确硬件的需求，选择错误的调节器可能会付出高昂的代价，并导致我们的产品延迟进入轨道。

为我们的项目选择最合适的负载切换点 (PoL) 需要考虑许多因素：首先，具体的电压和电流要求是什么？那么，你有多少预算？有多少PCB面积？该部件是完全集成的，还是我们必须购买并添加外部电感器、电容器、输出检测电阻器或反馈补偿网络？我们的热管理策略是什么？PCB 和/或物理散热器？

我们需要启用输入还是电源良好输出？是否需要软启动和/或是否需要并联 POL 以增加有效负载电流？如果检测到故障，输出电流和电压监控对于保护稳压器和负载的应用有多重要？

其他考虑因素包括：零件是否具有必要的可靠性和辐射硬度？供应商是认可的供应商吗？他们的交货时间是否符合我们的项目时间表？我们的行业目前正面临供应链挑战！也许出于政治或地理回报的原因，我们可能必须从特定大陆采购零件？

19 个航天级抗辐射开关 PoL 的封装如下图所示：这些封装均按比例缩放，以便我们比较它们的相对尺寸、连接数量以及功率和电流密度。在可能的情况下，我选择了稳压器的表面贴装版本，但是，一些供应商只提供通孔部件和/或法兰底盘封装。 

表 1列出并比较了上述 POL，由于我不希望被视为支持或批评任何特定供应商，因此我故意不透露供应商的身份或零件编号。

表 1 列出了输入和输出电压范围的规定值、最大负载电流、器件是集成的还是需要额外的外部元件、引脚/引线的数量和封装尺寸。对于每个部分，都包括指定的推荐值，而不是绝对最大值。

集成对不同的供应商意味着不同的东西：绿色勾号表示拓扑电感器和电容器以及控制回路都包含在封装中。红十字表示至少需要一个外部电感器和电容器才能使用该设备。例如，稳压器 1 和 5 包含两个集成的 N 沟道 FET，但需要一个外部电感器、电容器和输出检测电阻器。选择稳压器时，请考虑包括热管理在内的整个 PCB 面积！

由于出色的线路和负载瞬态响应、更准确和更快的电流限制、更简单的环路补偿和易于负载共享，所有稳压器都使用反馈环路的电流模式控制。然而，稳压器 1 的供应商还提供 6A 和 9A 版本的电压模式控制，其中输入范围为 3 至 13.2V，输出范围为 0.6V 至 Vin 的 90%，采用 64 引脚封装。这种拓扑结构在 LC 滤波器的谐振频率处引入了一个双极点，并且由于输出电容器的 ESR 导致了一个零极点。所有类型的外部补偿均可用于提供具有适当相位裕度的稳定环路增益。电流控制降压的传递函数是一种简化补偿的单极系统。

就物理连接的数量而言，稳压器 4 和 6 只需要 5 个，但第 1 部分有 44 个引脚。鉴于所有 PoL 的性能和能力都相似，为什么会有这样的差异？前者具有Vin、Vout、GND、Enable和Adjust，可让我们改变输出电压的幅度。具有 30、40 或 50 个引脚的部件具有多个Vin和Vout连接以反映更高的额定功率，许多GND，一些设备区分电源和小信号返回、启用、 电源良好、软启动控制和 I/O 以促进并联多个设备时的电流共享。一些设备还需要直接访问误差放大器控制回路。过大包装的另一个原因是供应商之前已将其用于另一种产品，并且将其重新用于他们最新的 PoL 更经济。第 13 部分可安装在具有固定输出电压的小型 PCB 上，或者可以单独采购控制器 IC，以允许我们添加外部无源器件并创建定制的 4 A 降压转换器。

指定的效率可能会产生误导，并且会随输出电压和负载电流而变化。许多用户被数据表首页上的标题数字迷住了，却发现对于他们的应用来说这个数字要低得多。  

在辐射硬度方面，一些供应商包括 SEL、SEB、SEGR、SEFI 和 SET 数据以及标准速率和 ELDRS 的总剂量水平。监管机构 5 和 8 的数据表提供了公差水平的全面总结，而第 6 和 7 部分包含关于 SEE 的非常一般的顶级声明。我们是否应该假设他们的重离子或质子测试没有检测到上述任何影响？对供应商的礼貌请求：作为太空级开关 POL 的用户和购买者，我希望看到一些一致性，并希望我们列出所有上述影响的敏感性，或者至少告诉我们它们已经过检查而不是观测到的。我们真的很想使用我们的 POL，我们可以让我们更轻松地选择我们的零件——如果我们的 DC-DC 被拒绝，那将是悲惨的，因为数据表中的 SEE 信息不完整并且设计/采购工程师也很简单忙着寻找呢！与小信号晶体管相比，功率 MOSFET 更大（更大的器件体积）并且具有更低的掺杂分布，使其更容易受到辐射损伤。同样，为了帮助我们满足上市时间的需求，我希望看到可以以 EDA 中性格式下载的原理图符号、PCB 封装和 3D 模型。

这篇文章已经开始对合格的空间级开关 POL 进行比较：为我们的项目选择最合适的稳压器取决于许多因素，包括我们的特定电压和电流要求、我们的项目有多少预算、我们有多少 PCB 面积、即，部件是否完全集成，或者我们是否必须购买并添加外部电感器、电容器、输出检测电阻器或反馈回路补偿组件。我们需要控制输入/输出和/或热保护吗？采购和成本因素也可能影响我们的决定！

这篇文章的重点是传统卫星的合格、开关、非隔离稳压器。一些供应商还为小型卫星提供特定的 POL，这些 POL 对低成本航空电子设备的筛选较少，或总剂量容限水平较低，以反映较短的任务长度。这些部分不在本文中涉及！一家供应商提供未包含在内的 2 A 开关 PoL，因为有许多更便宜、更小的空间级 3 A 线性稳压器可用。