Convertisseur DC/DC CMS 4W pour les applications spatiales

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1 Convertisseur DC/DC CMS 4W pour les applications spatiales Présentation Principales fonctionnalités Technologie Performances obtenues Qualifications à réaliser Disponibilité et coût Tel : (33) Fax : (33) P 1/14

2 Présentation Nouveau convertisseur pour applications spatiales Issu de la collaboration entre GAÏA Converter, 3D Plus Electronics et le CNES. Innovations Convertisseur CMS programmable. Utilisation de la technologie 3D, alternative à l'hybride puce. Utilisation de composants commerciaux dans un environnement spatial. Topologie électronique permettant de tenir naturellement la dose cumulée et les ions lourds. Tel : (33) Fax : (33) P 2/14

3 Objectif des caractéristiques à atteindre Présentation Gamme de tension d'entrée : 22V à 37V DC (28V nominal). Puissance de sortie : 4W Tension de sortie : 3V à 12V simple sortie, programmable par pas, ajustable par entrée "TRIM". Limitation permanente du courant de sortie, ajustable par entrée "IC". Régulation de 0% à 100% de charge. Technologie 3D. Entrée Inhibition "On/Off". Entrée synchronisation "SYNC". Optimisation de la dissipation thermique par conduction. Objectif de tenue en dose cumulée 30 Krads et ions lourds. Hauteur maximum : 10.5 mm. Tel : (33) Fax : (33) P 3/14

4 Exemple d'application Présentation BUS 28V VI VO On/Off IC Sync Trim Cube 12V GI GO +10V (0.33A max) Application TTL TTL 350KHz VI VO On/Off IC Sync Trim Cube 5V0 GI GO +5V (0.8A max) 0V Tel : (33) Fax : (33) P 4/14

5 Topologie CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale - VI Principales fonctionnalités FILTRE LC Topologie Fly-back à démagnétisation incomplète en mode courant. Transistor de découpage bipolaire. Transformateur de puissance à secondaires programmables. Référence de tension bandgap. Isolement galvanique 500V. Boucle d'asservissement courant et tension de sortie par transformateur. Auto-alimentation avec start-up. Fonction Under Voltage Lock Out avec On/Off. VAUX + START-UP Vaux UVLO SWITCH Bipolaire CONTROLE PWM Comp TRANSFO de Puissance programmable BOUCLE De courant BOUCLE De tension FB TRANSMISSION Redressement + filtrage REFERENCE programmable FB Limiteur de courant FB Comparateur de tension + Soft-start Vref VO Tel : (33) Fax : (33) P 5/14

6 Principales fonctionnalités Choix des composants Tous les composants sont de type CMS commerciaux en boîtiers plastiques. (MSOP8, SOT323, 0402 ) Objectif de tenue aux radiations Tous les composants actifs sont en technologie bipolaire. (AOP, comparateur, références de tension, transistors, diodes ) Le transistor de puissance est un transistor bipolaire NPN contrôlé par un réseau actif d'aide à la commutation. Le circuit Intégré PWM est : BiCmos, sur la première version du convertisseur. Bipolaire, sur la seconde version du convertisseur. Des essais de radiation en dose cumulée sont prévus au niveau composant et au niveau cube sur les deux versions du convertisseur. Tel : (33) Fax : (33) P 6/14

7 Principales fonctionnalités Régulation de tension et limitation de courant La tension de sortie (Vs nom) est régulée à ±1%, de 0% à 100% de charge. La tension de sortie est ajustable à ±20% par une entrée "TRIM". La sortie est protégée en surcharge par une limitation de courant permanente (Is lim) à 1,3 fois le courant nominal. VS Vs nom La limitation de courant est ajustable à ±20% par une entrée "IC". Is lim IS 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. Le convertisseur est synchronisable de 350KHz à 400KHz par une entrée "SYNC". Tel : (33) Fax : (33) P 7/14

8 Technologie 3 dimensions empilage de 3 couches : CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale - 1 couche de puissance (grille métallique). 2 couches d'électronique bas niveau. Technologie Convertisseur CMS avant assemblage 3D Tel : (33) Fax : (33) P 8/14

9 Cube 3D assemblé Métallisation : CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale - 1. Dépôt fin de cuivre chimique. 2. Recharge électrochimique épaisse de cuivre. 3. Recharge électrochimique fine de nickel et d'or. Interconnexion latérale des 3 couches par gravure laser. Programmation de la tension de sortie par gravure laser. Dimension finale : 31 x 21 x 10,5 mm Technologie Tel : (33) Fax : (33) P 9/14

10 Performances électriques CONVERTISSEUR DC/DC CMS 4W - application spatiale - Performances obtenues Version CI PWM BiCmos Version CI PWM Bipolaire Gamme d'entrée 22V à 37V Tension de démarrage 19V 20V Ondulation du courant d'entrée 60mApp 120mApp Précision de la tension de sortie ±2% Régulation ligne ±1% Régulation charge de 0% à 100% ±1% Régulation en T de 40 c à +85 c ±1% Plage de trim de la configuration 3V3 2.5V à 4V Plage de trim de la configuration 5V0 3.5V à 6V Plage de trim de la configuration 12V 8.5V à 14V Ondulation de la tension de sortie 25mVpp 35mVpp Rendement typique sur configuration 3V3 69.8% 65.0% Rendement typique sur configuration 5V0 75.5% 69.0% Rendement typique sur configuration 12V 78.7% 72.7% Fréquence libre PWM 330 KHz 260 KHz Tel : (33) Fax : (33) P 10/14

11 Performances obtenues Mécaniques et thermiques Taille : Poids : Température de fonctionnement : 32 x 21 x 10.5 mm 15 grammes -40 c à +100 c boîtier Résistance thermique Rth ca : 20 c/w (en convection naturelle) Tel : (33) Fax : (33) P 11/14

12 Qualifications à réaliser Caractérisation en radiations dose cumulée et ions lourds. Caractérisation thermique en conduction. Tel : (33) Fax : (33) P 12/14

13 Disponibilité, coût Disponibilité Fin 2002 Coût Sensiblement inférieur au coût des convertisseurs actuels en technologies hybrides pour un niveau d'intégration plus important et des fonctionnalités accrues. Le prix de vente sera établi après les qualifications et dépendra du niveau de test demandé. Tel : (33) Fax : (33) P 13/14

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