Vicor如何应对新太空市场

Vicor公司最近宣布，其抗辐射DC-DC 转换器电源模块将用于波音制造的 O3b mPOWER 卫星。 O3b mPOWER是中地球轨道 (MEO) 卫星，SES 将使用这些卫星向世界各地的客户提供全球连接服务。

将重点转移到 LEO 和 MEO上

目前主要有三种类型的卫星：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。每颗卫星的成本可能高达 5 亿美元，并且必须持续 15 到 20 年工作。GEO 轨道的主要优势在于，在 35,000 公里的高度上，只需三颗卫星就可以覆盖非常广阔的地理区域。

中地球轨道 (MEO) 的高度在 5,000 公里到 12,000 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。由于该轨道位于保护地球的范艾伦带内，因此电子供应商可以使用耐辐射 COTS 解决方案。

低地球轨道 (LEO) 通常包括数百甚至数千颗卫星，以实现稳定的全球覆盖，这使其成为该市场未来的主要增长点。借助 LEO，耐辐射产品的市场空间更大，同时其产品生命周期只要求则在 3 到 5 年内。

图 1：GEO、MEO 和 LEO 基础知识。

新太空带来更多机会

“低地球轨道通常是我们所谓的新太空或太空 2.0 的一部分。与更深的太空轨道相比，这个市场的成本更低，并且主要专注于增加互联网带宽及减少延迟。”Vicor 卫星业务发展副总裁 Rob Russell 说。

低传输延迟和高吞吐量是 5G、直播、军事通信和金融交易等应用的基本要求。正如我们许多人所经历的那样，与地面或有线传输相比，卫星电视传输会出现几秒钟的延迟。虽然这种延迟在体育赛事期间可能很烦人，但当影响战场的军事通信时，后果可能会更糟。

延迟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在盈利操作和亏损操作之间产生差异。在高频交易中，执行大量金融交易，每次操作的利润可能仅有几美分，因此减少延迟非常重要。同样的考虑也适用于 5G 技术的推出，电信、物联网和自动驾驶汽车等其他下一代服务必须大量使用带宽和极低的延迟。

除了高带宽和低延迟之外，LEO 应用的另一个优势是覆盖范围，因为多个重叠范围可以实现更好的全球覆盖。

“将宽带遍布全球无疑是一个巨大的优势。O3b 的主要目标之一是将宽带互联网带给世界上许多今天无法使用宽带互联网的人，大约有30亿人。”Russell说。

为了在 LEO 应用中获得全面覆盖，需要数百甚至数千颗卫星，而 GEO 只需三颗。这意味着需要大批量的COTS来降低总体成本。与其使用昂贵且总是落后两代、三代甚至更多代的完全抗辐射设备，不如使用现代 ASIC、FPGA 和定制芯片。这些设备需要具有高密度、大电流、低成本和高效率的现代电源解决方案，同时也保持一定程度的辐射耐受性

“一旦卫星进入轨道，你唯一可用的电力就是来自太阳能电池板。由于可用功率有限，您需要所有元件都保持高效率。Vicor 的高效、高密度和大电流解决方案在这种新的空间应用中发挥了很好的作用。”Russell 说。

Vicor 抗辐射电源解决方案

今天，较大的卫星使用 100V 电源总线，这是当前 Vicor 解决方案所处理的。如右图所示，从电池（由太阳能电池板充电）输出的 100V 电压被分开，以提供为 ASIC 供电所需的两条电源轨（最大 150A 时为 0.8V，最大 50A 时为 3.3V）。

图 2：Vicor 抗辐射分比式电源 (FPA) 解决方案。

BCM隔离总线转换器具有三比一的转换比，因为它需要 100V 的输入并将其电压调节到更适合和更有效。 28V 次级总线驱动 VTM电流倍增器，它们也是分比式架构，并进一步将输出电压降低到所需值。

“我们的基本解决方案非常适合使用 100V 总线的 LEO 和 MEO 卫星。我们的模块化方法提供了巨大的设计灵活性，使设计人员能够相对轻松地更改总线电压或电压轨电压。”Russell 说。

创新的设计、谨慎的器件选择以及广泛的器件和系统测试确保了适用于 LEO 和 MEO 任务的总电离剂量 (TID) 辐射耐受性和单粒子效应缓解。

单粒子效应是由单个高能粒子引起的事故。对于此类测试，被测设备 (DUT) 会受到高能粒子的轰击，以模拟它们在太空中的表现。相反，总电离剂量效应是指长期辐射暴露对电子设备造成的损害。这是一种累积效应，对应太阳提供的辐射。在这种情况下，随时间的辐射暴露证明 DUT 足够坚固，可以承受该类型任务所需的最大辐射水平。

图 3：Vicor 抗辐射电源模块紧凑、高效且重量轻。该公司声称，与当前同类最佳解决方案相比，它们的功率密度提高了 3 到 5 倍，并将 100V 总线应用的功率损耗降低了 50%。

展望潜在的产品线扩展，Russell 表示，除了 100V 总线电压外，28V 总线是最流行的解决方案之一，而某些特定应用需要 50V 和 70V 总线。可能会为 VTM 提供不同的 K 因子，并且可能还需要针对低功耗优化的解决方案。一些当前可用的技术，特别是 BCM，可能会被修改以支持双向电源流动，提高电池充电/再充电过程的效率，并减少占用的空间量。

根据 Vicor 的说法，该产品线具有可靠性、大电流和高密度等特点，非常适合为新太空服务。