一种高功率密度抗辐射POL电源设计

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2025.06.007

摘要/Abstract

摘要：

针对航天系统集成度日益提高,以及更大规模集成电路对高功率密度、小型化抗辐射负载点(POL)电源需求,提出高功率密度双路抗辐射POL电源设计方案。分述了电路设计、器件选型、结构和工艺设计;通过仿真分析、模拟实验、样品测试及评估试验,验证了设计的合理性。使用所提方案设计的抗辐射POL电源样品在功率密度方面较传统抗辐射POL电源具有明显优势,在宇航用单机和整机系统板级面积有限的情况下,可提供负载单元用小型化、轻量化的大功率抗辐射POL电源的解决方案。

关键词: 高功率密度, 抗辐射POL电源, 小型化, 高可靠

Abstract:

In view of the increasing integration of space systems and the demand of larger integrated circuits for highpower density and miniaturized radiation-hardened point of load(POL) power supply, a design scheme for the high power density dual-circuit radiation-hardened POL power supply is proposed. The circuit design,components selection, structural and technological design are described separately.Through simulations aualysis, analog experiments,sample testing and evaluation tests, the ratiouality of the design is verified. The power density of radiation-hardened POL power supply significantly exceeds that of traditional power supply. In the case of the limited area of the single machine and the integration in space system, it can provide a miniaturized and lightweight high-power radiation-hardened POL power supply platform.

Key words: high-power density, radiation-hardened POL power supply, miniaturization, high reliability

中图分类号:

TM46

欧长江, 杨正男. 一种高功率密度抗辐射POL电源设计[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(6): 44-50.

OU Changjiang, YANG Zhengnan. Design of High Power Density Radiation-Hardened POL Power Supply[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2025, 0(6): 44-50.

图/表 25

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参考文献 8

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主要技术指标	数值
输入电压范围/V	4.5~16.0
输出电压/V	双路0.6~1.8
输出电流/A	双路25
功率密度/(W·in^-3)	≥500
启动延迟/ms	≤10
启动过冲/mV	≤10
稳态总剂量/krad	≥100(Si)
单粒子烧毁/[(MeV·cm²)·mg^-1]	≥75
工作温度范围/℃	-55~+125

材料名称	密度/ (kg· m^-3)	泊松比	杨氏模量/ GPa	热膨胀系数/(10^-6· K^-1)	导热率/ [W·(m· K)^-1]	抗拉强度/ MPa
AlSiC	7 870	0.29	205	7.5	170	305
Snpb	7 440	0.36	43	21.0	40	50
AlN	3 340	0.22	320	4.6	180	310

器件代码	数量	器件尺寸/mm³	器件功耗/W
整流管1	2	1.89×2.84×0.2	2.281
整流管2	2	1.89×2.84×0.2	2.281
续流管1	2	1.89×2.84×0.2	2.281
续流管2	2	1.89×2.84×0.2	2.281
电感1	1	6.51×6.71×3.1	1.950
电感2	1	6.51×6.71×3.1	1.950

指标项目	样品测试指标
输入电压范围/V	4.5~15.0
输出电压/V	双路0.8~1.8
输出电流/A	双路50/单路25
启动延时/ms	3
启动过冲/V	0
稳态总剂量/krad	≥100(Si)
单粒子烧毁/ [(MeV·cm²)·mg^-1]	82.4
工作温度范围/℃ 功率密度/(W·in^-3)	-55~+125 598

参数	数值	参数	数值
输入电压/V	12	启动延时时间/ms	3.3
输出电压/V	1.5	启动过冲幅度/mV	0
输出电流/A	25