【产品】瑞萨为小型卫星推出首款塑料封装、抗辐射PWM控制器和GaN FET驱动器

时间： 2019-04-29 来源：Renesas

技术问答

瑞萨电子公司是先进半导体解决方案的主要供应商，于2019年4月18日宣布推出用于小型卫星（smallsats）和运载火箭的DC/DC电源的航天业首款塑料封装，耐辐射PWM控制器和氮化镓（GaN）FET驱动器。ISL71043M单端电流模式PWM控制器和ISL71040M低侧GaN FET驱动器非常适用于隔离反激式和半桥式功率级，以及卫星总线和有效载荷中的电机控制驱动器电路。私人“新太空”公司已经开始发射小型卫星，形成在多个低地球轨道（LEO）平面上运行的大型星座。Smallsat巨型星座提供全球宽带互联网链路，以及用于海洋、空中和陆地资产跟踪的高分辨率地球观测成像。

图1 瑞萨塑料封装、抗辐射PWM控制器和GaN FET驱动器

ISL71043M PWM控制器采用小型4mm x 5mm SOIC塑料封装，提供快速信号传播和输出切换能力，与竞争对手的陶瓷封装相比，PCB面积减少了3倍。此外，ISL71043的5.5mA最大电源电流可将功率损耗降低3倍以上，其可调节工作频率（高达1MHz）可实现更高的效率并使用更小的无源滤波器组件。ISL71043M PWM控制器的其他特性还包括高达13.2V的工作电压，2.9mA的工作电流，90μA的典型启动电流，可调节的工作频率至1MHz和1A电流驱动能力，上升和下降时间为50ns。

图2 ISL71043M引脚配置

ISL71040M和ISL71043M针对单事件效应（SEE）进行了表征测试，线性能量转移（LET）为43MeV•cm²/mg，总电离剂量（TID）高达30krads（Si）。两款器件均可在-55°C至+125°C的扩展温度范围内工作。

ISL71040M低侧GaN FET驱动器可在隔离拓扑和升压型配置中安全地驱动瑞萨的抗辐射GaN FET。ISL71040M的工作电源电压范围为4.5V至13.2V，具有反相（INB）和同相（IN）输入，可满足单个器件的反相和非反相栅极驱动要求。该器件的分离输出功能可通过为开启和关闭路径增加额外的阻抗来灵活地独立调节开启和关闭速度。其高电流源和电流吸收能力可实现高频操作。ISL71040M可精确控制栅极驱动器电压，在温度和辐射范围内达到+3/-5％，以确保在驱动GaN FET时可靠运行。它还包括浮动保护电路，以消除无意的切换。

图3 ISL71040M引脚配置

ISL71040M具有4.5V栅极驱动电压（V_DRV），使用内部稳压器产生，可防止栅极电压超过增强型GaN FET的最大栅极-源极额定值。栅极驱动电压具有欠压锁定（UVLO）保护功能，忽略输入（IN/INB）并保持OUTL导通，以确保只要VDRV低于UVLO阈值，GaN FET就处于关断状态。

无论V_DD电压如何，ISL71040M输入均可承受高达14.7V的电压，从而允许输入直接连接到大多数PWM控制器。ISL71040M可在-55°C至 125°C的军用温度范围内工作，采用8Ld薄型双扁平无引线（TDFN）塑料封装。

图4 通过ISL71043M和ISL71040M实现的典型反激式电源应用框图

“ISL71043M和ISL71040M以及我们的GaN FET和数字隔离器为客户提供尺寸和成本优化的电源解决方案，适用于由小型卫星形成的大型星座，”瑞萨电子公司工业模拟和电源业务部副总裁Philip Chesley说，“新太空客户需要能够在低地球轨道执行5年任务的器件，瑞萨的耐辐射塑料封装工艺和尖端的IC技术可为其提供满足上述需求的具有最佳成本和辐射性能的解决方案。”

ISL71043M PWM控制器的主要特点：

·集成1A MOSFET栅极驱动器

·典型启动电流为90μA，最大值为125μA

·5.5mA（最大值）工作电源电流

·湿度敏感度等级（MSL）为1

·从电流检测到输出，35ns传播延迟

·带峰值电流模式控制的快速瞬态响应

·9V至13.2V运行电压范围

·升高的UVLO：8.4V

·最大占空比：100％

·可调开关频率为1MHz

·输出负载为1nF时，上升和下降时间为50ns

·调整定时电容放电电流，实现精确的死区时间/最大占空比控制

·1.5MHz带宽误差放大器

·线路、负载和温度范围内具有紧公差电压基准

·±3％电流限制阈值

·Ni/Pd/Au-Ag铅涂层（不含锡（Sn））

·特征辐射水平

·低剂量率（LDR）（0.01rad（Si）/s）：30krad（Si）

·单粒子烧毁LET：43MeV•cm²/mg

ISL71043M PWM控制器主要应用：

·电流模式开关电源

•隔离降压和反激式稳压器

•升压稳压器

•电机的方向和速度控制

•控制高电流FET驱动器

ISL71040M低侧GaN FET驱动器的主要特性：

·宽工作电压范围：4.5V至13.2V

·高达14.7V逻辑输入（无论V_DD电平如何）

·反相和非反相输入

·性能优化，以驱动增强型GaN FET

·内部4.5V稳压栅极驱动电压

·独立输出，可调节开启/关闭速度

·NiPdAu-Ag铅涂层（无锡，无铅）

·湿度敏感度等级（MSL）：1

·通过NASA低释气体规范

·全军用操作温度范围

·T_A=-55°C至+125°C

·T_J=-55°C至+150°C

·特征辐射水平

·低剂量率（LDR）<0.01rad（Si）/ s：30krad（Si）

·无SEB/L，V_DD=16.5V：43MeV•cm²/mg

ISL71040M低侧GaN FET驱动器主要应用:

·反激式和正激式转换器

•升压和PFC转换器

•辅助同步FET驱动器

ISL71043M PWM控制器和ISL71040M GaN FET驱动器可与瑞萨ISL73024SEH 200V GaN FET或ISL73023SEH 100V GaN FET和ISL71610M无源输入数字隔离器组合，以创建各种功率级配置。

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小蝴蝶 Lv6. 高级专家 2021-09-11

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大虫子 Lv7. 资深专家 2021-09-11

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用户85806204 Lv7. 资深专家 2019-07-25

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桃梅 Lv7. 资深专家 2019-07-25

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乔峰 Lv7. 资深专家 2019-07-01

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EEric Lv7. 资深专家 2019-07-01

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Paulwang Lv8. 研究员 2019-06-29

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maomao Lv8. 研究员 2019-06-16

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WallE Lv7. 资深专家 2019-06-12

卫星级芯片哈哈

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