Vicor 电源模块推动卫星互联网星座发展

Vicor 公司最近宣布，其辐射容错 DC-DC 转换器电源模块将用于波音公司制造的 O3b mPOWER 卫星。O3b mPOWER 生态系统是一个中地球轨道 (MEO) 卫星星座，SES 将利用它为位于世界各地的客户提供全球连接服务。

将重点转移到 LEO 和 MEO 卫星

卫星基本上有三种类型：GEO、MEO 和 LEO。地球静止轨道 (GEO) 卫星需要完全抗辐射的组件，因此非常昂贵。每颗卫星的成本高达 5 亿美元，必须使用 15 - 20 年才能物有所值。地球静止轨道的主要优势在于：在 3.5 万公里的高度，仅用三颗卫星就可覆盖非常广阔的地理区域。

中等地球轨道 (MEO) 的高度在 5000 公里到 12000 公里之间，需要 10 到 20 颗卫星组成的星座，才能实现全球覆盖。该轨道位于保护地球的范艾伦辐射带内，因此电子产品供应商有使用耐辐射 COTS 解决方案的余地。

近地轨道 (LEO) 通常包括数百甚至数千颗卫星组成的星座，以实现稳定的全球覆盖，因此它是该市场未来发展的增长部分。在近地轨道环境下，使用耐辐射产品的余地更大，任务时间要求在 3 至 5 年之间。

指定用于“新太空”项目的更多卫星

Vicor 卫星业务发展副总裁 Rob Russell 指出：“近地轨道任务通常是我们所说的“新太空”或太空 2.0 的一部分。与更深层次的太空轨道相比，该市场的成本更低，其重点主要是在增加互联网带宽的同时，降低时延。”

低传输时延与高吞吐量都是 5G、电视直播、军事通信和金融交易等应用的基本要求。我们许多人都经历过，与地面或有线电视传输相比，卫星电视传输会有几秒钟的延迟（时延）。例如，在收看体育赛事时，这种延迟可能会非常烦人，但在影响战场上的军事通信时，后果可能会非常严重。

此外，时延问题在金融交易中也非常重要，因为即使是一毫秒的延迟，也会造成盈利操作和亏损操作之间的差异。在高频率交易中，会进行大量金融交易，每次操作的利润低至几美分，因此减少时延事关重大。5G 技术的推出也有同样的考虑，电信、物联网和其它新一代服务（如自动驾驶汽车）都必须大量使用带宽并支持极低时延。
除了高带宽和低时延之外，LEO 应用的另一个优势是覆盖范围，因为多个重叠的范围可以实现对地球的全覆盖。

“把宽带带到原来没有的地方是一项巨大的优势。O3b 的主要目标之一是代表另外 30 亿人，将高宽带因特网带给世界上许多目前无法使用网络的人，”Russell 表示。
要在近地轨道应用中实现全覆盖，需要数百甚至数千颗卫星，而地球静止轨道只需 3 颗。这就意味着需要大量商用部件来降低整体成本。需要现代 ASIC、FPGA 和定制芯片，而不是使用完全防辐射器件，完全防辐射器件不仅价格非常昂贵，而且总是落后两三代，甚至更多代。这些器件在保持一定抗辐射性的同时，还需要支持高密度、大电流、低成本和高效率的现代电源解决方案。

“一旦卫星进入轨道，唯一可用的电源来自太阳能帆板。因为所提供的电源有限，因此需要所有供电链的元件都具有高效率。Vicor 高效、高密度、大电流的解决方案在这种新太空模式中发挥了良好的作用，”Russell 道。

Vicor 耐辐射电源解决方案

今天，较大的卫星一般使用 100V 的电源母线，这是 Vicor 当前解决方案可提供的。如右图所示，源于电池（由太阳能帆板充电）的 100V 电压经过拆分，提供给两条线路（最大电流为 150A 时，电压为 0.8V；最大电流为 50A 时，电压为 3.3V），为 ASIC 供电。

BCM® 隔离式母线转换器的转换比（或 K 因数）为三比一，因为它会采用 100V 的输入电压并将其降低到更适合稳压并对稳压更有效的电压。28V 二级母线驱动 VTM™ 电流倍增器，这也是比率式器件（分别为 1/32 和 1/8），可将输出电压进一步降低至所需的值。

“我们的基本解决方案非常适合使用 100V 母线的 LEO 和 MEO 卫星。我们的模块化方案可提供巨大的设计灵活性，可帮助设计人员相对轻松地修改母线电压或线路电压，”Russell 指出。

创新的设计、精心的组件选择以及广泛的组件和系统测试可确保电离总剂量 (TID) 耐辐射性和单事件效应缓解，适用于 LEO 和 MEO 任务。

单事件效应是由单个高能粒子引起的电子事件。对于这种类型的测试，会使用高能粒子轰击被测器件 (DUT)，以模拟其在太空中会发生的情况。相反，电离总剂量效应是指长期的辐射暴露对电子设备造成的损害。这是一种累积效应，与太阳带来的辐射相对应。在这种情况下，一段时间的辐射暴露会证明被测器件非常稳健，足以承受这类任务所需的最大辐射等级。

Russell 表示，鉴于潜在的产品线扩展，除了 100V 母线电压外，28V 母线也是最普遍的解决方案之一，而且某些特定应用需要 50V 及 70V 的母线。可能会为 VTM 提供不同的 K 因数，并且可能需要针对更低功率优化的解决方案。目前提供的一些技术，特别是 BCM，可能会进行改进，以支持电源的双向流动，从而提高电池充电/再充电过程的效率，并减少所占空间的数量。

Vicor 数据显示，该产品线非常适合为“新太空”提供服务。可靠性、大电流和高密度是对“新太空”供电产品的重要要求。