摘要

多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器作為現(xiàn)代衛(wèi)星電源管理系統(tǒng)中的核心組件，其技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用在航天領(lǐng)域具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)國(guó)科安芯推出的ASP4644系列多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器的深入分析，結(jié)合其抗輻照性能、國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展以及在軌應(yīng)用表現(xiàn)，系統(tǒng)性地探討了其在衛(wèi)星系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用及技術(shù)進(jìn)展。文章從技術(shù)背景、性能指標(biāo)、試驗(yàn)驗(yàn)證、實(shí)際應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展方向等多個(gè)維度展開(kāi)，旨在為該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究與工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。

一、引言

在現(xiàn)代航天技術(shù)中，衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行高度依賴于高效、可靠的電源管理系統(tǒng)。DCDC降壓穩(wěn)壓器作為電源管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，承擔(dān)著將輸入電壓高效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出電壓的重要任務(wù)。隨著衛(wèi)星任務(wù)復(fù)雜性的增加，對(duì)電源管理器件的性能要求也在不斷提升，包括更高的輸入電壓適應(yīng)性、更強(qiáng)的抗輻照能力、更低的功耗以及更高的可靠性。

多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器通過(guò)集成多個(gè)獨(dú)立的降壓通道，能夠同時(shí)為多個(gè)負(fù)載提供穩(wěn)定的電源輸出，顯著提升了系統(tǒng)的效率與靈活性。近年來(lái)，隨著國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)研發(fā)的多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器逐漸在衛(wèi)星系統(tǒng)中得到實(shí)際應(yīng)用，并取得了良好的效果。本文以國(guó)科安芯推出的ASP4644系列芯片為例，深入探討其技術(shù)特點(diǎn)、試驗(yàn)驗(yàn)證及在軌應(yīng)用表現(xiàn)，分析其在衛(wèi)星系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用及未來(lái)發(fā)展方向。

二、技術(shù)背景與發(fā)展趨勢(shì)

1. DCDC降壓穩(wěn)壓器的基本原理與功能

DCDC降壓穩(wěn)壓器是一種基于開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的電源管理器件，其核心功能是將輸入的高電壓高效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的低輸出電壓。通過(guò)控制功率MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率和占空比，DCDC降壓穩(wěn)壓器能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓調(diào)節(jié)。

多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器通過(guò)集成多個(gè)獨(dú)立的降壓通道，能夠同時(shí)為多個(gè)負(fù)載提供穩(wěn)定的電源輸出。這種設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的集成度，還增強(qiáng)了電源管理的靈活性。在衛(wèi)星系統(tǒng)中，不同設(shè)備（如傳感器、處理器、通信模塊等）對(duì)電源的需求各不相同，多通道設(shè)計(jì)能夠有效滿足多路供電需求。

2. 技術(shù)發(fā)展與航天應(yīng)用需求

隨著衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)電源管理器件的性能要求也在不斷提高。現(xiàn)代衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)DCDC降壓穩(wěn)壓器的需求主要集中在以下幾個(gè)方面：

高效能與低功耗 ：衛(wèi)星系統(tǒng)中能源供應(yīng)有限，電源管理器件需要具備高效率和低功耗特性，以延長(zhǎng)衛(wèi)星的使用壽命。

高可靠性 ：衛(wèi)星運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，電源管理器件需要具備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力，以確保任務(wù)的成功率。

抗輻照能力 ：衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行在高真空、低溫和高輻照環(huán)境中，電源管理器件需要具備抗單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)的能力，以確保在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。

小型化與集成化 ：衛(wèi)星系統(tǒng)的輕量化需求推動(dòng)了電源管理器件的小型化與集成化發(fā)展，以減少器件的體積和重量。

多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新逐步滿足了上述需求，并在衛(wèi)星系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

三、ASP4644系列多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器的技術(shù)特點(diǎn)

1. 基本功能與性能參數(shù)

ASP4644系列多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器是一款4通道輸出的降壓穩(wěn)壓器，采用BGA77封裝形式。其主要性能參數(shù)包括：

輸入電壓范圍 ：4V~14V，適用于衛(wèi)星系統(tǒng)中常見(jiàn)的寬輸入電壓需求。

輸出電壓范圍 ：0.6V~5.5V，每通道可獨(dú)立調(diào)節(jié)。

最大輸出電流 ：?jiǎn)瓮ǖ?A，四通道并聯(lián)可支持16A輸出。

靜態(tài)電流 ：5mA（典型值），關(guān)斷電流為15μA（典型值）。

工作溫度范圍 ：-55°C~+125°C，滿足衛(wèi)星系統(tǒng)在極端環(huán)境下的運(yùn)行需求。

此外，該系列芯片具備過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)及輸出跟蹤功能，能夠有效保護(hù)系統(tǒng)免受異常工況的影響。

2. 抗輻照性能

衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行在高真空、低溫和高輻照環(huán)境中，電子元器件的抗輻照能力是其可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。ASP4644系列芯片通過(guò)單粒子效應(yīng)試驗(yàn)和總劑量效應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了其抗輻照性能：

單粒子效應(yīng)試驗(yàn)

單粒子效應(yīng)（Single Event Effect, SEE）是航天電子器件在高能粒子環(huán)境下的主要失效模式之一。根據(jù)試驗(yàn)報(bào)告，ASP4644S2B型芯片在LET值為37.4MeV·cm2/mg、注量為8.3×10? ion/cm2的Ge離子輻照下，未發(fā)生單粒子鎖定（SEL）或單粒子燒毀（SEB）。試驗(yàn)結(jié)果表明，其單粒子效應(yīng)閾值超過(guò)37.4MeV·cm2/mg，顯示出良好的抗單粒子效應(yīng)能力。

總劑量效應(yīng)試驗(yàn)

總劑量效應(yīng)（Total Ionizing Dose, TID）是電子元器件在長(zhǎng)期輻照環(huán)境中積累電離損傷的主要表現(xiàn)。ASP4644S2B型芯片在總劑量輻照試驗(yàn)中表現(xiàn)出色。試驗(yàn)結(jié)果顯示，器件在輻照劑量達(dá)到125krad(Si)時(shí)仍能正常工作，功能和性能參數(shù)未出現(xiàn)顯著變化。這表明其具備較強(qiáng)的抗總劑量效應(yīng)能力。

3. 國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展

ASP4644系列芯片的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展是其技術(shù)亮點(diǎn)之一。根據(jù)工業(yè)和信息化部電子第五研究所的評(píng)估報(bào)告，該系列產(chǎn)品（如ASP4644I6B和ASP4644M2B）的自主可控等級(jí)達(dá)到了C級(jí)。關(guān)鍵原材料和零部件的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到較高水平，包括芯片、電容、電阻、電感等核心組件均來(lái)自國(guó)內(nèi)供應(yīng)商。這一進(jìn)展不僅提升了我國(guó)航天電子元器件的自主保障能力，也為其在衛(wèi)星系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

四、ASP4644系列多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器的實(shí)際應(yīng)用

1. 在軌應(yīng)用表現(xiàn)

ASP4644S2B型芯片已在地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星TY29“天儀29星”和光學(xué)遙感衛(wèi)星TY35“天儀35星”中成功搭載并運(yùn)行。自2025年5月發(fā)射以來(lái)，該芯片在軌運(yùn)行表現(xiàn)良好，供電穩(wěn)定，功能和性能均滿足衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用需求。具體表現(xiàn)包括：

穩(wěn)定供電 ：芯片為衛(wèi)星處理和分析板提供了穩(wěn)定的電源輸出，滿足了多路供電需求。

抗輻照能力驗(yàn)證 ：芯片在軌運(yùn)行期間表現(xiàn)出良好的抗輻照能力，未出現(xiàn)性能退化或功能異常現(xiàn)象。

環(huán)境適應(yīng)性 ：芯片在衛(wèi)星系統(tǒng)復(fù)雜的工作環(huán)境中表現(xiàn)出色，適應(yīng)了溫度變化和輻照環(huán)境。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景分析

在衛(wèi)星系統(tǒng)中，電源管理器件的性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和任務(wù)成功率。ASP4644S2B型芯片的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）多路電源需求的滿足

衛(wèi)星系統(tǒng)中不同設(shè)備對(duì)電源的要求各不相同，例如傳感器、處理器和通信模塊需要獨(dú)立的電源支持。ASP4644S2B型芯片的四通道設(shè)計(jì)能夠同時(shí)為多個(gè)負(fù)載提供穩(wěn)定的電源輸出，顯著提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。

（2）寬輸入電壓范圍的適應(yīng)性

衛(wèi)星系統(tǒng)的電源輸入通常來(lái)自太陽(yáng)能電池板或儲(chǔ)能電池，其電壓范圍可能因環(huán)境變化而波動(dòng)。ASP4644S2B型芯片的寬輸入電壓范圍（4V~14V）使其能夠適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境，確保系統(tǒng)在電壓波動(dòng)時(shí)仍能正常運(yùn)行。

（3）高效能量轉(zhuǎn)換與低功耗

衛(wèi)星系統(tǒng)中的能源供應(yīng)有限，因此電源管理器件需要具備高效能量轉(zhuǎn)換能力。ASP4644S2B型芯片通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效率的能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)降低了功耗，延長(zhǎng)了衛(wèi)星系統(tǒng)的使用壽命。

（4）抗輻照能力的保障

衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行在高輻照環(huán)境中，電子元器件的抗輻照能力是其可靠性的關(guān)鍵。ASP4644S2B型芯片通過(guò)抗輻照試驗(yàn)驗(yàn)證了其在高能粒子環(huán)境下的穩(wěn)定性，為衛(wèi)星系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行提供了保障。

五、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向

盡管ASP4644系列多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器在衛(wèi)星系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，但其技術(shù)發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)：

1. 抗輻照能力的進(jìn)一步提升

隨著衛(wèi)星任務(wù)向深空探測(cè)和更高軌道擴(kuò)展，電子元器件面臨的輻照環(huán)境將更加嚴(yán)苛。未來(lái)需要進(jìn)一步提升DCDC降壓穩(wěn)壓器的抗輻照能力，以滿足更高LET值和更大總劑量輻照的要求。例如，通過(guò)改進(jìn)器件的制造工藝或采用新型抗輻照材料，可以提高其抗輻照性能。

2. 小型化與集成化

衛(wèi)星系統(tǒng)的輕量化需求推動(dòng)了電源管理器件的小型化與集成化發(fā)展。未來(lái)，多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器需要在保持高性能的同時(shí)，進(jìn)一步減小封裝尺寸并提高集成度。例如，采用更先進(jìn)的封裝技術(shù)或集成更多功能模塊，可以顯著減小器件的體積和重量。

3. 智能化與自適應(yīng)控制

隨著衛(wèi)星系統(tǒng)智能化程度的提高，電源管理器件需要具備更強(qiáng)的自適應(yīng)能力。例如，通過(guò)集成數(shù)字控制功能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和負(fù)載均衡，可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率。此外，智能化電源管理器件還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)并進(jìn)行故障診斷，從而提高系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。

六、結(jié)論

多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器憑借其高效能、高可靠性和優(yōu)異的抗輻照性能，在衛(wèi)星系統(tǒng)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。ASP4644系列芯片通過(guò)單粒子效應(yīng)試驗(yàn)和總劑量效應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證了其抗輻照能力，并在實(shí)際在軌運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的性能和可靠性。未來(lái)，隨著抗輻照能力、小型化和智能化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，多通道DCDC降壓穩(wěn)壓器將在更廣泛的航天任務(wù)中發(fā)揮更大的作用。