100W以上的厚膜DC-DC模块是整机配电系统中的热源大户,热设计做不好,再高的额定功率也只是纸面指标。以手册数据核算:120W模块在12V、15V输出档典型效率约90%,满载时输入功率约133W,模块自身耗散约13W;150W超小型模块典型效率约91%,满载耗散约15W;即便是效率相对低一档的5V/100W档位(典型效率约88%),耗散也有约14W。这些损耗几乎全部转化为热量,而全金属密封封装内部芯片与磁件的热量只能通过壳体表面向外传导,因此热路径设计决定了模块能否长期可靠运行。
轻量化是运载火箭、卫星、无人机等平台电子系统设计的硬约束。发射与运载能力按质量计价,舱段内每一克结构质量都在与有效载荷争夺预算;而电源模块作为配电系统中数量多、分布广的器件,其体积与重量的缩减具有乘数效应。智腾JLH28XX超小型系列厚膜DC-DC电源模块正是围绕高密度、轻量化需求研制,通过拓扑控制优化、低损耗功率变换与高密度混合集成,在同尺寸下实现了转换效率、输出功率与功率密度的同步提升,最大功率密度达到100W/in³。
标准通用型厚膜DC-DC变换器是电子系统中用量最大、覆盖面最广的二次电源品类。智腾该类产品按功率分为五个系列,命名中的功率代号即对应档位:JLHCH为5W档、JLHSA为10W档、JLHHF为15/20W档、JLHTR为30/40W档、JLHFL为100/120W档。全系列输入电压范围15V至50V,兼容28V标称母线并留有充分的欠压与浪涌裕度,抗浪涌电压能力达80V、持续1s;输出电压覆盖3.3V至28V,提供单路、双路及三路输出配置,典型效率随档位提升,最大档位JLHFL的12V、15V、28V输出典型效率可达90%。
在28V供电体制的航天器电子系统中,一次电源经配电器变换为28V(部分平台为42V标称)母线,再由板载DC-DC模块二次变换为载荷所需的5V、12V、15V等电压。多年来这一体制下大量设备沿用进口厚膜电源模块,供应链出现波动时,整机单位最关心的问题是:能否在不改板、不重新投板的前提下完成国产替代。PIN-PIN兼容替换正是针对这一需求提出的工程路径。
航天器一次母线以下的二次电源,是整器电子系统中受空间辐照影响最直接的功率器件之一。空间环境对电源模块主要产生两类作用:一是累积型的总剂量效应,长期辐照使半导体参数漂移、漏电流增大;二是瞬时型的单粒子效应,高能粒子入射可能触发逻辑翻转或器件闭锁。普通商业级DC-DC在这两类应力下缺乏设计裕度,这也是卫星、空间站、航天器平台对抗辐照电源提出明确指标要求的原因。
DC/DC变换器开关过程产生极高电流变化率di/dt和电压变化率dv/dt分别达每微秒数十安培和数百伏特形成覆盖几kHz到数百MHz的宽带电磁干扰。传导发射分为差模噪声存在于电源线正负极之间和共模噪声存在于电源线与大地之间。EMI滤波器在变换器输入端口插入低通网络允许直流通过而对高频噪声呈现高阻抗或旁路到地。滤波器的核心元件包括共模电感差模电感X电容和Y电容。典型要求在500kHz频率点插入损耗达到40dB以上。输入电流在低端最大应计算低端电流并考虑功率降额余量。该技术是确保军用电源满足GJB151B-2013 CE102要求的必要手段。
厚膜混合集成电路是一种在陶瓷基板上通过丝网印刷厚膜浆料并高温烧结形成电路网络再组装半导体芯片的微电子技术。其制造流程涵盖基板清洗丝网印刷高温烧结激光调阻元件贴装引线键合封装测试等环节。厚膜工艺最小线宽100微米电阻精度可达±0.5%金属全密封封装气密性达1×10⁻³ Pa·cm³/s以下。该技术工作温度覆盖-55℃至125℃振动耐受29400m/s²满足GJB2438B-2017中H级和K级质量等级要求。全球厚膜混合集成电路市场2025年估值约38.6亿美元预计2030年增至50.7亿美元。中国已形成从基板浆料到工艺装备的完整国产化链条主要企业包括青岛智腾微电子。
在军工电子装备的国产化替代进程中,DC/DC变换器的兼容替换是一项系统性工程。国产DC/DC变换器产品需要在电气性能、外形尺寸、安装方式和环境适应性等方面与进口产品实现兼容,才能在不修改整机设计的前提下完成替换。本文说明兼容替换的技术条件、验证流程和注意事项。
输出电压可调功能是DC/DC变换器适应不同供电需求的重要特性。在标准通用型产品中,输出电压支持在一定范围内外部调节,方便系统设计师根据实际负载需求设定合适的供电电压。本文说明输出电压可调的技术原理、实现方法和应用注意事项。
功率密度是衡量电源模块小型化水平的关键指标。在航天、航空和便携式军用设备中,安装空间和重量限制严格,要求电源模块在尽可能小的体积内提供尽可能大的输出功率。本文分析影响功率密度的设计因素和优化路径。
转换效率是DC/DC变换器的核心技术指标之一。高效率意味着更少的能量损耗转化为热量,降低了散热设计难度,提升了系统整体的可靠性。本文分析影响转换效率的主要因素,并说明相应的优化方法。
气密性封装是军工电源模块可靠性保障的关键技术环节。通过金属全密封气密性封装,DC/DC变换器内部的电路和元器件与外部大气环境完全隔离,有效防止湿气、盐雾、灰尘等环境因素对电路的侵蚀。本文阐述气密性封装的技术原理、结构特点和检测方法。