Радиационно-стойкие энергоэффективные 400-ваттные DC/DC-преобразователи на основе нитрид-галлиевых (GaN) транзисторов для применения в системах электропитания КА с напряжением шины 100 В

Компания VPT расширила серию SGRB радиационно-стойких DC/DC-преобразователей моделью SGRB12028S с выходной  мощностью 400 Вт и предназначенный для работы в аппаратуре ракетно-космической техники с напряжением шины системы электроснабжения 100 В. На выходе модуля формируется напряжение 28 В.

Диапазон входного напряжения от 95 до 140 В с допустимыми выбросами напряжения до 150 В длительностью 1 с.

Модуль преобразователя выполнен с применением силовых нитрид-галлиевых (GaN) транзисторов компании Efficient Power Conversion (EPC) Space.

Нитрид-галлиевые транзисторы характеризуются высокой пробивной прочностью, высокой скоростью переключения, высокой теплопроводностью, низким сопротивлением в открытом состоянии и по этим параметрам значительно превосходят устройства на основе кремния. Низкое сопротивление в открытом состоянии R_{DC (ON)}  и  небольшой заряд затвора делают возможной высокую рабочую частоту источника питания, что приводит к высокой удельной мощности, высокой эффективности, более компактным размерам и весу схемного решения для критических космических проектов. По своей природе нитрид-галлий является радиационно-стойким, что делает устройства на основе GaN надёжным вариантом для космических программ.

Для обеспечения высокой эффективности преобразования модуль SGRB12028S выполнен по мостовой схеме с резонансным переключением силовых транзисторов при нуле напряжения, для выпрямления напряжения применяется схема синхронного выпрямления. Фиксированная рабочая частота 500 кГц.  Для уменьшения потерь проводимости используется параллельное соединение транзисторов в силовой части и схеме синхронного выпрямления. В первичной части параллельно включено два транзистора, во вторичной части (схеме синхронного выпрямления) включено параллельно четыре транзистора. Общее количество GaN—транзисторов 16. Но при этом площадь требуемая этим транзисторам составляет всего лишь 355 мм² . Это примерно в 3,4 раза меньше площади, которая бы потребовалась MOSFET транзисторам выполненными в корпусе SMD-0.5. Входной фильтр электромагнитных помех обеспечивает соответствие требованию стандарта MIL-STD-461G к уровню кондуктивных помех на входных проводах, по которым оборудование получает мощность,  по категории CE102  в полосе частот 30 кГц-10 МГц.

КПД преобразователя достигает значения 96% в диапазоне выходной мощности от 75% до полной мощности, что является выдающимся значением для DC/DC-преобразователя, который характеризуется отсутствием дозовых эффектов при суммарной накопленной дозе 100 крад, и отсутствием катастрофических одиночных эффектов при воздействии тяжёлых заряженных частиц с линейными потерями энергии (ЛПЭ) 85 МэВ· мг/см² .

Габаритные размеры алюминиевого корпуса с никелевым покрытием: 174×151,13×19,05 мм, вес 850 г. Диапазон рабочих температур от -35 до +85ºC без понижения рабочих параметров.

В настоящее время также доступны модели SGRB12015S (выходное напряжение 15 В), SGRB12050S (выходное напряжение 50 В), SGRB12018S  (выходное напряжение 18 В).

Специалисты компании VPT работали над созданием преобразователя SGRB12028S в течение более 7 лет. Конструкция модуля  включает много проектных  тонкостей и улучшений для повышения надёжности, которые были получены в результате проектно-конструкторских работ с GaN-технологией.