Vicor 電源模組推動衛星物聯網星座發展

Vicor 公司最近宣佈，其輻射容錯 DC-DC 轉換器電源模組將用於波音公司製造的 O3b mPOWER 衛星。 O3b mPOWER 生態系統是一個中地球軌道（MEO）衛星星座，SES 將利用它為位於世界各地的客戶提供全球連接服務。

將重點轉移到 LEO 和 MEO 衛星

衛星基本上有三種類型：GEO、MEO 和 LEO。 地球靜止軌道（GEO）衛星需要完全抗輻射的組件，因此非常昂貴。 每顆衛星的成本高達 5 億美元，必須使用 15 - 20 年才能物有所值。 地球靜止軌道的主要優勢在於：在 3.5 萬公里的高度，僅用三顆衛星就可覆蓋非常廣闊的地理區域。

中等地球軌道（MEO）的高度在 5000 公里到 12000 公里之間，需要 10 到 20 顆衛星組成的星座，才能實現全球覆蓋。 該軌道位於保護地球的範艾倫輻射帶內，因此電子產品供應商有使用耐輻射 COTS 解決方案的餘地。

近地軌道（LEO）通常包括數百甚至數千顆衛星組成的星座，以實現穩定的全球覆蓋，因此它是該市場未來發展的增長部分。 在近地軌道環境下，使用耐輻射產品的餘地更大，任務時間要求在 3 至 5 年之間。

指定用於“新太空”項目的更多衛星

Vicor 衛星業務發展副總裁 Rob Russell 指出：“近地軌道任務通常是我們所說的“新太空”或太空 2.0 的一部分。 與更深層次的太空軌道相比，該市場的成本更低，其重點主要是在新增物聯網頻寬的同時，降低時延。”

低傳輸時延與高輸送量都是 5G、電視直播、軍事通信和金融交易等應用的基本要求。 我們許多人都經歷過，與地面或有線電視傳輸相比，衛星電視傳輸會有幾秒鐘的延遲（時延）。 例如，在收看體育賽事時，這種延遲可能會非常煩人，但在影響戰場上的軍事通訊時，後果可能會非常嚴重。

此外，時延問題在金融交易中也非常重要，因為即使是一毫秒的延遲，也會造成盈利操作和虧損操作之間的差异。 在高頻率交易中，會進行大量金融交易，每次操作的利潤低至幾美分，因此减少時延事關重大。 5G 科技的推出也有同樣的考慮，電信、物聯網和其它新一代服務（如自動駕駛汽車）都必須大量使用頻寬並支持極低時延。

除了高頻寬和低時延之外，LEO 應用的另一個優勢是覆蓋範圍，因為多個重疊的範圍可以實現對地球的全覆蓋。

“把寬帶帶到原來沒有的地方是一項巨大的優勢。O3b 的主要目標之一是代表另外 30 億人，將高寬帶網路帶給世界上許多現時無法使用網絡的人，”Russell 表示。

要在近地軌道應用中實現全覆蓋，需要數百甚至數千顆衛星，而地球靜止軌道只需 3 顆。 這就意味著需要大量商用部件來降低整體成本。 需要現代 ASIC、FPGA 和定制晶片，而不是使用完全防輻射器件，完全防輻射器件不僅價格非常昂貴，而且總是落後兩三代，甚至更多代。 這些器件在保持一定抗輻射性的同時，還需要支持高密度、大電流、低成本和高效率的現代電源解決方案。

“一旦衛星進入軌道，唯一可用的電源來自太陽能帆板。因為所提供的電源有限，因此需要所有供電鏈的元件都具有高效率。Vicor 高效、高密度、大電流的解決方案在這種新太空模式中發揮了良好的作用，”Russell 道。

Vicor 耐輻射電源解決方案

今天，較大的衛星一般使用 100V 的電源母線，這是 Vicor 當前解決方案可提供的。 如右圖所示，源於電池（由太陽能帆板充電）的 100V 電壓經過折開，提供給兩條線路（最大電流為 150A 時，電壓為 0.8V；最大電流為 50A 時，電壓為 3.3V），為 ASIC 供電。

BCM® 隔離式母線轉換器的轉換比（或 K 因數）為三比一，因為它會採用 100V 的輸入電壓並將其降低到更適合穩壓並對穩壓更有效的電壓。 28V 二級母線驅動 VTM™ 電流倍增器，這也是比率式器件（分別為 1/32 和 1/8），可將輸出電壓進一步降低至所需的值。

“我們的基本解決方案非常適合使用 100V 母線的 LEO 和 MEO 衛星。我們的模組化方案可提供巨大的設計靈活性，可幫助設計人員相對輕鬆地修改母線電壓或線路電壓，”Russell 指出。

創新的設計、精心的組件選擇以及廣泛的組件和系統測試可確保電離總劑量（TID）耐輻射性和單事件效應緩解，適用於 LEO 和 MEO 任務。

單事件效應是由單個高能粒子引起的電子事件。 對於這種類型的測試，會使用高能粒子轟擊被測器件（DUT），以類比其在太空中會發生的情况。 相反，電離總劑量效應是指長期的輻射暴露對電子設備造成的損害。 這是一種累積效應，與太陽帶來的輻射相對應。 在這種情況下，一段時間的輻射暴露會證明被測器件非常穩健，足以承受這類任務所需的最大輻射等級。

Russell 表示，鑒於潜在的產品線擴展，除了 100V 母線電壓外，28V 母線也是最普遍的解決方案之一，而且某些特定應用需要 50V 及 70V 的母線。 可能會為 VTM 提供不同的 K 因數，並且可能需要針對更低功率優化的解決方案。 現時提供的一些科技，特別是 BCM，可能會進行改進，以支持電源的雙向流動，從而提高電池充電/再充電過程的效率，並减少所占空間的數量。

Vicor 資料顯示，該產品線非常適合為“新太空”提供服務。可靠性、大電流和高密度是為“新太空”供電產品的重要要求。