DC-DC-omzetter voor in de ruimte

De juiste spanning hoog boven de aarde

Speciaal voor de ruimtevaart heeft de firma VPT een serie DC-DC-omzetters op de markt gebracht die bestand is tegen kosmische straling. Daarnaast zijn ze klein, hebben een geringe massa en zijn daarmee ideaal om te worden toegepast in de zogenaamde Low Earth Orbit (LEO) satellieten. Omdat dit een groeimarkt is, zien de mensen bij AVE Added Value Electronics dat er niet alleen vanuit de bekende instellingen waaronder ESA belangstelling voor de omzetters is, maar dat ook menige startup bezig is om technologie voor deze LEO-satellieten te ontwikkelen.

Alles wat zich hoog boven onze aarde bevindt, wordt constant bestraald door straling vanuit de kosmos of de zon. Voor ruimtevaarders is daardoor het verblijf in een ruimtevaartuig ongezond. Mensen mogen daarom maar een beperkte tijd in de ruimte verblijven.

Voor elektronica geldt in feite hetzelfde. Ook elektronica kan niet tegen straling, maar hier ligt het probleem veel complexer. Zijn het bij een mens slechts enkele cellen die door een straling beschadigd raken, maar misschien weer kunnen helen, bij elektronica kan een stralingsdeeltje een verwoestend effect hebben op de microstructuren in een geïntegreerde schakeling met als gevolg dat het IC onherstelbaar beschadigd raakt. De desbetreffende schakeling valt dan uit en in feite moet de elektronica dan gerepareerd worden, iets dat in de ruimte vrij lastig is. Een satelliet die in een baan om de aarde draait, kun je niet even naar een reparateur brengen voor het vervangen van een onderdeel.

Onbetaalbaar of onmogelijk

Het maken van een DC-DC-omzetter is niet ingewikkeld en als je ze in grote aantallen kunt produceren, dan hoeven ze ook niet duur te zijn. Daar staat tegenover dat het ontwikkelen van een zelfde apparaat dat tegen hoge stralingsniveaus bestand is niet eenvoudig is en ook het produceren vraagt de nodige extra kosten. Qua prijs kun je dan ook geen vergelijk maken. Bedenk echter dat een defect in een DC-DC-omzetter in een satelliet een hele kostbare aangelegenheid is. De desbetreffende kunstmaan is immers compleet dood en zal tegen hele hoge kosten vervangen moeten worden.

‘Goedkoop is duurkoop’ is het gezegde en zeker omdat het niet onmogelijk is om een DC-DC-omzetter te maken die behoorlijk bestand is tegen ioniserende straling. De omzetters van VPT laten zien dat het mogelijk is.

VSC-serie

Eén van de series DC-DC-omzetters die VPT produceert, is de VSC-serie. Op dit moment bestaat die uit negen verschillende uitvoeringen in de vermogensrange van 5…100 W. Bijna allemaal hebben ze een ingangsspanningsbereik van 15…50 V en leveren twee, drie of zelfs vier vaste uitgangsspanningen. Tabel 1 toont het overzicht van de serie waarbij de laatste de opvallendste is. Hierbij gaat het om een exemplaar die in tegenstelling tot de andere een regelbare spanning kan leveren.

Deze VSCPL1210SG is onlangs aan het productenpallet van VPT toegevoegd en biedt u de mogelijkheid voor het maken van een voedingsspanning tussen de 0,8 en 5 V bij een maximale uitgangsstroom van 10 A. Afbeelding 1 toont het inwendige van de omzetter en afbeelding 2 hoe u deze in uw schakeling opneemt.

Belangrijk om op te merken is dat de VSCPL1210SG-serie een commercieel verkrijgbare DC-DC-omvormer is die ontworpen is voor de ‘NewSpace’-markt. De prestaties zijn gegarandeerd door het gebruik van componenten die getest zijn op stralingsbelasting (RLAT). De gepatenteerde behuizing biedt een dubbelzijdige koeloptie met zeer lage ontgassing. Het ontwerp voor oppervlaktemontage maakt gestroomlijnd reflow-solderen mogelijk, samen met andere SMT-componenten, voor een vereenvoudigde integratie op printplaatniveau. De omvormer is getest op straling tot 42 MeV/mg/cm² zonder destructieve SEE-gebeurtenissen (SEGR, SEB en SEL) en getest tot 40 krad(Si), met een gegarandeerde TID tot 30 krad(Si) in overeenstemming met VPT’s interne plan voor stralingsbestendigheid (RHA). De VSCPL1210SG-serie is ontworpen voor kleinere satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) en NASA Klasse D-missies, waar de balans tussen kosten en gegarandeerde prestaties cruciaal is.

Het geheim van de smid

Zoals uit de afbeelding 1 en 2 is op te maken, gaat het zeker niet om een revolutionair stukje elektronica. De opzet van de converter is eerder standaard te noemen. Op zich eigenlijk niet verrassend, want het feit dat de DC-DC-omzetter bestand is tegen ioniserende straling zit niet in de schakeling. Dat wat dit exemplaar wel bestand maakt, ligt in de gebruikte materialen en afscherming. Helaas vertelt VPT nergens hoe men het voor elkaar heeft weten te krijgen om hun componenten zo te maken dat ze geschikt zijn om in de ruimte te worden gebruikt. Eigenlijk ook niet raar dat men dit geheim houdt, want de concurrent wil maar al te graag weten hoe men dit heeft weten te verkrijgen.

Voor de gebruikers is het echter ook niet echt belangrijk. Die willen alleen een onderdeel hebben waarop ze kunnen bouwen.

Tot slot

We weten dat het slechts voor een beperkte groep ontwerpers belangrijk is dat de toegepaste componenten stralingsbestendig zijn. Anderen zullen dan ook niet snel naar een component grijpen zoals de VSCPL1210SG. Voor hen is het misschien wel van belang om te weten dat VPT meer dan deze serie maakt. Zij zijn gespecialiseerd in componenten die onder zware omstandigheden blijven functioneren.