CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application

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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale -
Convertisseur DC/DC
CMS 4W
pour les applications spatiales
Présentation
Principales fonctionnalités
Technologie
Performances obtenues
Qualifications à réaliser
Disponibilité et coût
GAIA Converter : B.P. 14 10 Rue Galus 33702 MERIGNAC Cedex - FRANCE
Tel : (33) 05.57.92.12.80
Fax : (33) 05.57.92.12.89
www.gaia-converter.com
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Présentation
Nouveau convertisseur pour applications spatiales
Ø Issu de la collaboration entre GAÏA Converter, 3D Plus Electronics et le CNES.
Innovations
Ø Convertisseur CMS programmable.
Ø Utilisation de la technologie 3D, alternative à l'hybride puce.
Ø Utilisation de composants commerciaux dans un environnement spatial.
Ø Topologie électronique permettant de tenir naturellement la dose cumulée et les ions
lourds.
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Objectif des caractéristiques à atteindre
Ø Gamme de tension d'entrée : 22V à 37V DC (28V nominal).
Ø Puissance de sortie : 4W
Ø Tension de sortie : 3V à 12V simple sortie, programmable par pas, ajustable par
entrée "TRIM".
Ø Limitation permanente du courant de sortie, ajustable par entrée "IC".
Ø Régulation de 0% à 100% de charge.
Ø Technologie 3D.
Ø Entrée Inhibition "On/Off".
Ø Entrée synchronisation "SYNC".
Ø Optimisation de la dissipation thermique par conduction.
Ø Objectif de tenue en dose cumulée 30 Krads et ions lourds.
Ø Hauteur maximum : 10.5 mm.
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Exemple d'application
BUS
28V
VI
VO
On/Off
IC
Sync
Trim
Cube 12V
GI
GO
+10V (0.33A max)
VI
VO
On/Off
IC
Sync
Trim
Cube 5V0
GI
GO
+5V (0.8A max)
Application
TTL 350KHz
TTL
0V
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Principales fonctionnalités
Topologie
VI
FILTRE
LC
Ø Topologie Fly-back à
démagnétisation incomplète en
mode courant.
Ø Transistor de découpage bipolaire.
Ø Transformateur de puissance à
secondaires programmables.
Ø Référence de tension bandgap.
Ø Isolement galvanique 500V.
Ø Boucle d'asservissement courant et
tension de sortie par
transformateur.
Ø Auto-alimentation avec start-up.
Ø Fonction Under Voltage Lock Out
avec On/Off.
VAUX
+
START-UP
TRANSFO
de
Puissance
programmable
SWITCH
Bipolaire
BOUCLE
De courant
Vaux
Redressement
+
filtrage
REFERENCE
programmable
VO
Vref
CONTROLE
PWM
BOUCLE
De tension
UVLO
Comp
FB
Limiteur de
courant
FB
TRANSMISSION
FB
Comparateur
de tension +
Soft-start
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Choix des composants
Ø Tous les composants sont de type CMS commerciaux en boîtiers plastiques.
(MSOP8, SOT323, 0402…)
Objectif de tenue aux radiations
Ø Tous les composants actifs sont en technologie bipolaire.
(AOP, comparateur, références de tension, transistors, diodes…)
Ø Le transistor de puissance est un transistor bipolaire NPN contrôlé par un réseau actif
d'aide à la commutation.
Ø Le circuit Intégré PWM est :
• BiCmos, sur la première version du convertisseur.
• Bipolaire, sur la seconde version du convertisseur.
Ø Des essais de radiation en dose cumulée sont prévus au niveau composant et au
niveau cube sur les deux versions du convertisseur.
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Régulation de tension et limitation de courant
Ø La tension de sortie (Vsnom) est régulée à ±1%, de 0% à 100%
de charge.
VS
Vsnom
Ø La tension de sortie est ajustable à ±20% par une entrée
"TRIM".
Ø La sortie est protégée en surcharge par une limitation de
courant permanente (Islim) à 1,3 fois le courant nominal.
IS
Is lim
Ø La limitation de courant est ajustable à ±20% par une entrée "IC".
Ø La boucle d'asservissement franchit la barrière d'isolement entre primaire et secondaire à l'aide
d'un transformateur d'impulsions. Elle n'utilise pas d'optocoupleur, afin d'augmenter la fiabilité.
Ø Le convertisseur est synchronisable de 350KHz à 400KHz par une entrée "SYNC".
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Technologie
Technologie 3 dimensions
Ø empilage de 3 couches :
• 1 couche de puissance (grille métallique).
• 2 couches d'électronique bas niveau.
Convertisseur CMS
avant assemblage 3D
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Technologie
Cube 3D assemblé
Ø Métallisation :
1. Dépôt fin de cuivre chimique.
2. Recharge électrochimique épaisse
de cuivre.
3. Recharge électrochimique fine de
nickel et d'or.
Ø Interconnexion latérale des 3
couches par gravure laser.
Ø Programmation de la tension de
sortie par gravure laser.
Ø Dimension finale : 31 x 21 x 10,5 mm
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Performances obtenues
Performances électriques
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Ø
Gamme d'entrée
Tension de démarrage
Ondulation du courant d'entrée
Précision de la tension de sortie
Régulation ligne
Régulation charge de 0% à 100%
Régulation en T° de –40°c à +85°c
Plage de trim de la configuration 3V3
Plage de trim de la configuration 5V0
Plage de trim de la configuration 12V
Ondulation de la tension de sortie
Rendement typique sur configuration 3V3
Rendement typique sur configuration 5V0
Rendement typique sur configuration 12V
Fréquence libre PWM
Version
Version
CI PWM BiCmos
CI PWM Bipolaire
22V à 37V
19V
20V
60mApp
120mApp
±2%
±1%
±1%
±1%
2.5V à 4V
3.5V à 6V
8.5V à 14V
25mVpp
35mVpp
69.8%
65.0%
75.5%
69.0%
78.7%
72.7%
330 KHz
260 KHz
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Performances obtenues
Mécaniques et thermiques
Ø Taille :
32 x 21 x 10.5 mm
Ø Poids :
15 grammes
Ø Température de fonctionnement :
-40°c à +100°c boîtier
Ø Résistance thermique Rthca :
20°c/w (en convection naturelle)
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Qualifications à réaliser
Ø Caractérisation en radiations dose cumulée et ions lourds.
Ø Caractérisation thermique en conduction.
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CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale Disponibilité, coût
Disponibilité
Ø Fin 2002
Coût
Ø Sensiblement inférieur au coût des convertisseurs actuels en technologies hybrides
pour un niveau d'intégration plus important et des fonctionnalités accrues.
Ø Le prix de vente sera établi après les qualifications et dépendra du niveau de test
demandé.
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