Высокотемпературные компоненты CISSOID

№ 4’2015
PDF версия
Одним из главных свойств электронной аппаратуры для ответственных приложений является ее способность выполнять определенные функции при заданных условиях. При этом если эксплуатация подразумевает использование конечного изделия в экстремальных условиях (вибрации, механические удары, резкие перепады температур и пр.), становится актуальным вопрос выбора соответствующей элементной базы. К такой элементной базе следует отнести продукцию бельгийской компании CISSOID, рассчитанную на самые жесткие условия применения, в том числе на широкий диапазон температур — от –55 до +225 °C.

О компании

Компания CISSOID S. A. основана в 2000 году [1], ее головной офис расположен в бельгийском городе Мон-Сен-Гибéр. Основная специализация — разработка высокотемпературных электронных компонентов, с применением самых последних и передовых схемотехнических решений и технологических материалов, таких как SiC, GaN и другие.

Несмотря на сравнительно небольшой возраст компании, специалистами CISSOID уже сформирована довольно широкая линейка высокотемпературных компонентов (АЦП, операционные усилители, регуляторы напряжения, транзисторы, генераторы импульсов, драйверы ключей, микросхемы источников питания и пр.), которая может стать хорошей основой для построения конечного изделия.

Продукция компании успешно применяется в нефтегазовой, космической и авиационной отраслях, а относительно невысокая стоимость изделий допускает их использование в высоконадежных индустриальных и автомобильных приложениях. Примером могут служить системы управления промышленным производством, которые сопряжены с выполнением высокотемпературных процессов (изготовление стали, литье стекла, обжиг керамики и т. д.).

Для подтверждения высокой надежности своих изделий компания CISSOID применяет расширенное тестирование, включающее контроль электрических параметров при воздействии вибраций, экстремальных температур, а также производит измерение скорости утечки инертного газа из внутренней полости корпусов компонентов.

Помимо выпуска серийной продукции, CISSOID широко использует практику изготовления и разработки заказных изделий, в частности силовых модулей и источников питания. Также CISSOID изготавливает высокотемпературные DC/DC-преобразователи, заказные микросборки и микросхемы на основе базового матричного кристалла (БМК).

Основные области применения продукции CISSOID (рис. 1):

Области применения продукции CISSOID

Рис. 1. Области применения продукции CISSOID

  • оборудование для нефтегазовой отрасли;
  • авиационная и космическая техника;
  • автомобильная электроника;
  • промышленное оборудование;
  • военная техника.

Диапазон температур эксплуатации серийно выпускаемых изделий CISSOID довольно широкий и составляет [2]:

  • от –55 до +175 °C для изделий в пластиковых корпусах;
  • от –55 до +225 °C для изделий в металлокерамических и металлостеклянных корпусах.

Заявленные температурные диапазоны гарантированы (конкретные электронные компоненты сохраняют характеристики и параметры, указанные в технических описаниях), но при этом они не являются предельными. Исходя из опыта реализованных проектов, большинство серийно выпускаемых изделий в металлокерамических и металлостеклянных корпусах сохраняют работоспособность даже в температурном диапазоне от –200 до +300 °C, при некотором ухудшении рабочих характеристик. Это в большей степени касается параметра MTBF (время наработки на отказ).

Примером может служить температурный тест NASA для экстремальных условий эксплуатации, пройденный рядом изделий CISSOID. В данном тесте предусмотрен температурный диапазон от –195 до +400 °C (рис. 2). Особо следует отметить серию тестов и испытаний, которые показали стойкость исследуемых компонентов к воздействию ионизирующего излучения по следующим параметрам [3]:

Диапазоны температур эксплуатации электронного оборудования для различных сфер и областей применения

Рис. 2. Диапазоны температур эксплуатации электронного оборудования для различных сфер и областей применения

  • общая накопленная доза до 96 крад;
  • стойкость к воздействию единичных событий (Single Event Effects, SEE), вызванных воздействием высокоэнергетических частиц (испытания на воздействие тяжелых ионов подтвердили стойкость испытуемых компонентов к таким эффектам, как тиристорный эффект или защелкивание (SEL), одиночный сбой (SEU), одиночный сбой переключения (SET) при энергии ионов до 55,9 МэВ см2/мг).

В результате за счет новых схемотехнических решений и используемых технологических материалов компоненты CISSOID сохранили свою работоспособность и подтвердили возможность применения элементной базы в составе космической аппаратуры.

 

Номенклатура изделий

Как уже отмечалось, номенклатура изделий CISSOID довольно широкая и насчитывает свыше 150 различных наименований. Компоненты выпускаются в металлокерамических, металлостеклянных и пластиковых корпусах (рис. 3) [2].

Внешний вид компонентов CISSOID

Рис. 3. Внешний вид компонентов CISSOID

В настоящий момент можно выделить следующие группы номенклатуры: дискретные компоненты, силовые компоненты, преобразователи напряжения и слаботочные микросхемы.

Дискретные компоненты

Дискретные компоненты CISSOID представлены сериями PLANET и GEMSTONE, в которые входят высокотемпературные транзисторы средней и малой мощности, а также одиночные и сдвоенные кремниевые диоды (табл. 1). Гарантированный срок эксплуатации при максимальной температуре +225 °C не менее пяти лет, а при 175 °C — не менее 15 лет. Высокие технические характеристики компонентов серии PLANET обеспечиваются за счет применения высоконадежных кристаллов и герметичных металлокерамических корпусов с низким тепловым сопротивлением (от 1,1 °C/Вт). Серия GEMSTONE представлена операционными усилителями, в том числе прецизионными с полосой пропускания 2,8 МГц.

Таблица 1. Дискретные компоненты серии PLANET

Наименование

Тип

VDS, В (max)

IDS, А (max)

VGS, В

RDS(on)

CISS,
пФ

Тип корпуса

Наименование дискретного компонента серии PLANET

CHT-NMO8001 EARTH

NMOS-транзистор

80

1 (3 А имп.)

0–5

0,76 Ом при 25 °C
1,56 Ом при 225 °C

240

TDFP16

CHT-NMO8005 EARTH

NMOS-транзистор

80

5

0–5

0,48 Ом при 25 °C
0,99 Ом при 225 °C

410

TO254

CHT-NMO8010 EARTH

NMOS-транзистор

80

10

0–5

0,24 Ом при 25 °C
0,46 Ом при 225 °C

850

TO254

Наименование дискретного компонента серии PLANET

CHT-NMOS4005 SATURN

NMOS-транзистор

40

5

–0,5… 5,5

0,38 Ом при 25 °C
0,65 Ом при 225 °C

370

TO254

CHT-NMOS4010 SATURN

NMOS-транзистор

40

10

–0,5…5,5

0,2 Ом при 25 °C
0,36 Ом при 225 °C

720

TO254

CHT-NMOS4020 SATURN

NMOS-транзистор

40

10

–0,5…5,5

0,12 Ом при 25 °C
0,25 Ом при 225 °C

1,84 нФ

TO254

CHT-SNMOS80 MERCURY

NMOS-транзистор

80

300 мА

–0,5…5,5

7,5 Ом при 25 °C
15 Ом при 225 °C

23

TO39
TO18

CHT-MOON

Dual NMOS-транзистор

40

4

–0,5…5,5

0,38 Ом при 25 °C
0,65 Ом при 225 °C

370

CSOIC16

Наименование дискретного компонента серии PLANET

CHT-PMOS3002 VENUS

PMOS-транзистор

30

2

–0,5…5,5

2,3 Ом при 25 °C
3,9 Ом при 225 °C

150

TO254

CHT-PMOS3004 VENUS

PMOS-транзистор

30

4

–0,5…5,5

1,1 Ом при 25 °C
2,0 Ом при 225 °C

300

TO254

CHT-PMOS3008 VENUS

PMOS-транзистор

30

8

–0,5…5,5

0,6 Ом при 25 °C
1,0 Ом при 225 °C

600

TO254

CHT-SPMOS30 MARS

PMOS-транзистор

30

310 мА

–0,5…5,5

15 Ом при 25 °C
26 Ом при 225 °C

14

TO39
TO18

Наименование дискретного компонента серии PLANET

CHT-NEPTUNE

N-MOSFET-транзистор

1200

10

–2…20

0,09 Ом при 25 °C
0,15 Ом при 225 °C

1915

TO257

Силовые компоненты

Силовые компоненты CISSOID включены в серии STAR и TITAN. К серии STAR относятся высокотемпературные линейные регуляторы и источники опорного напряжения (табл. 2).

Таблица 2. Линейные регуляторы напряжения серии STAR

Наименование

VOUT, В

IOUT, A

VIN max, В

Точность

Тип
корпуса

Наименование линейного регулятора напряжения серии STAR

CHT-LDOS-xxx

2,5/3,3/5/5,5/9/10/12/13/15

1

20

±4%

TO-254

CHT-LDOP-xxx

1,2–3,3

1

30

±4%

TO-254

CHT-LDNS-xxx

–2,5/–3,3/–5/–5,5/–9/–10/–12/–13/–15

1

–20

–2%/3%

TO-254

CHT-LDN-025

–2,5

0,1

–25

 

TO-254

CHT-LDN-xxx

–3,3/–5/–5,5/–9/–10/–12/–13/–15

1

–30

±2%

TO-254

Наименование линейного регулятора напряжения серии STAR

CHT-VEGA

1,2–3,3

0,5

5,5

±5%

TDFP16

CHT-RIGEL

1,2–24

0,1

30

±5%

TDFP16

Достоинствами линейных регуляторов напряжения являются минимальные габариты, сравнительно низкая стоимость, а также отсутствие пульсаций выходного напряжения. Линейные регуляторы обеспечивают высокий уровень стабильности выходного напряжения и, несмотря на усиление позиций импульсных преобразователей, с успехом могут применяться для питания ядер процессоров, аналоговых схем, высокоточных АЦП и датчиков. Серия TITAN содержит драйверы ключей и источники опорного напряжения. Все силовые компоненты CISSOID изготавливаются в герметичных металлокерамических корпусах и рассчитаны на работу в широком температурном диапазоне от –55 до +225 °C.

Преобразователи напряжений

В данную группу входят изделия серии VOLCANO (рис. 4), которые представляют собой DC/DC-преобразователи открытого исполнения с выходной мощностью от 1,65 до 150 Вт, построенные с помощью ИМС MAGMA собственного производства.

DC/DC-преобразователь VESUVIO серии VOLCANO

Рис. 4. DC/DC-преобразователь VESUVIO серии VOLCANO

MAGMA является PWM-контроллером с диапазоном рабочей температуры –55…+225 °C и обеспечивает установку ШИМ в пределах частот от 50 до 500 кГц. MAGMA спроектирована для совместного применения с силовой микросхемой полумостового драйвера ключа HYPERION.

Для того чтобы предоставить возможность отработать схемотехнические решения по построению распределенной системы электропитания, компания CISSOID предлагает отладочные наборы FUJI, предназначенные для серии VOLCANO и включающие гальванически изолированные DC/DC-преобразователи и POL-регуляторы (табл. 3).

Таблица 3. DC/DC-преобразователи серии VOLCANO

Наименование

VOUT, В

VIN, В

IOUT, А

POUT, Вт

КПД

Частота, кГц

Топология

Soft Start

UVLO

Synq

YELLOWSTONE

0,9–3,3

3–5,5

0,5

1,65

90

1500

Buck

X

X

X

VESUVIO

1,2–0,9×VIN

6–30

2

50

93

230

Buck

X

 

X

EREBUS

1,2–0,9×VIN

12–40

2/4/8

100

90

230

Buck

X

 

X

EREBUS

1,2–0,9×VIN

12–50

2/4/8

75

90

230

Buck

X

 

X

STROMBOLI

0…25/0…±25

15–40

3

50*

82

150

Flyback

 

X

 

STROMBOLI

0…25/0…±25

150–350

3

150*

82

150

Flyback

 

X

 

* мощность суммарная на все каналы выходного напряжения (3 А на канал)

Распределенная система электропитания (рис. 5) это многоуровневая структура. На первом уровне выполняется преобразование входного переменного напряжения в постоянное, например 28 В, при этом обеспечивается гальваническая изоляция выходных цепей. На втором уровне постоянное напряжение 28 В понижается DC/DC-преобразователем до более низкого напряжения, например 5 В. На третьем и последующих уровнях питание нагрузки осуществляется, как правило, с помощью неизолированных высокоэффективных POL-регуляторов [3].

Пример распределенной системы электропитания на основе преобразователей CISSOID

Рис. 5. Пример распределенной системы электропитания на основе преобразователей CISSOID

В свою очередь, для отработки основных схемотехнических решений, предназначенных для преобразователей напряжения и блоков управления электрическими машинами, CISSOID предлагает инженерам воспользоваться отладочным комплектом HADES (рис. 6), в который вошли два драйвера мощных ключей ATLAS, каждый с контроллером управления THEMIS. Управление контроллерами осуществляется через приемопередатчики RHEA с гальванической изоляцией (доступны в металлокерамических и пластиковых корпусах). Дополнительно в HADES предусмотрен PWM-контроллер для отработки взаимодействия с драйвером HYPERION [2].

Отладочный комплект HADES

Рис. 6. Отладочный комплект HADES

THEMIS-ATLAS — это драйвер ключей, специально спроектированный для SiC MOSFET, JFET, IGBT ключей на основе GaN. THEMIS является интеллектуальным контроллером, способным обслуживать до пяти силовых микросхем ATLAS. Изделия выпускаются в металлокерамических корпусах CSOIC28 с рабочей температурой от –55 до +225 °C и в пластиковых PSOIC28 с верхней рабочей температурной границей +175 °C.

RHEA является микросхемой приемопередатчика с двумя full duplex информационными последовательными каналами, с возможностью передачи информации на скорости до 2 Мбит/c на канал и установки гальванической изоляции сигнальных линий. Выпускается в металлокерамическом корпусе, с расширенным температурным диапазоном эксплуатации, а также в пластиковом корпусе, при этом джиттер составляет не более 21 нс во всем диапазоне температур.

Слаботочные микросхемы

В категорию «слаботочные микросхемы» входят три группы изделий CISSOID: RIVER, GALAXY и PULSAR. К группе RIVER относятся 10‑битный АЦП AMAZON, 8‑битный программируемый и высокоскоростной компараторы напряжения NILE и VOLGA. Группа GALAXY объединила все микросхемы двоичной логики (табл. 4), включая триггеры. Микросхемы данной группы могут быть выполнены как в металлокерамическом корпусе CDIL14 с диапазоном рабочих температур от –55 до +225 °C (обозначение CНТ), так и в пластиковом корпусе CSOIC16 с верхней рабочей температурной границей 175 °C (обозначение CMТ) [2].

Таблица 4. Микросхемы двоичной логики CISSOID

Наименование

Описание

CHT/ CMT-7400

Четыре 2И-НЕ

CHT/CMT-7404

Восемь инверторов

CHT/ CMT-7408

Четыре 2И

CHT/CMT-74021

Четыре 2ИЛИ-НЕ

CHT/ CMT-7432

Четыре 2ИЛИ

CHT/ CMT-7474

Два D-триггера

CHT/ CMT-7486

Два исключающее ИЛИ

CHT/ CMT-74132

Четыре 2И-НЕ с триггером Шмитта по входу

CHT-74-4040

12-битный счетчик

PULSAR включает ряд генераторов тактовых импульсов и таймеры 555 (табл. 5). Из данной группы можно выделить генератор CG50LP, который обладает пониженным энергопотреблением, содержит встроенный делитель
частоты (от 1 до 512), схему удаленного управления, а также имеет возможность использования внешнего сигнала синхронизации.

Таблица 5. Микросхемы группы PULSAR

Наименование

Описание

Напряжение питания, В

Частота (max), МГц

Температурный дрифт

Корпус

CHT-CG50

генератор тактовых импульсов

3,3–5

50

CDIL24

CG50LP

генератор тактовых импульсов

3,3–5

50

TDFP16

CHT-555

555 таймер

4,5–5,5

4,2

100 ppm

CDIL8

CMT-555

555 таймер

4,5–5,5

4,2

100 ppm

PSOIC8

 

Заключение

Компания CISSOID выпускает широкую линейку высокотемпературных (–55…+225 °C) электронных компонентов, способных работать в самых экстремальных условиях. Подтверждением может служить температурный тест NASA (от –195 до +400 °C), успешно пройденный компонентами CISSOID. Также следует отметить набор технологических и схемотехнических решений, которые применены при проектировании и изготовлении компонентов. Это позволило обеспечить стойкость к воздействию ионизирующего излучения ряда серийно выпускаемых изделий и возможность их применения в таких областях, как нефтегазовая отрасль, авиационная и военная техника, космическая аппаратура, медицинская техника, атомная энергетика и автомобильная электроника.

Литература
  1. cissoid.com
  2. CISSOID Product catalog. cissoid.com/images/stories/pdf/Flyers/CISSOID_Catalog_Product.pdf /ссылка утрачена/
  3. CISSOID High-Reliability Solution Guide. www.cissoid.com/images/stories/pdf/Flyers/Markets/High_Reliability_Guide.pdf /ссылка утрачена/
  4. Попович А. Топологическая норма и радиационная стойкость // Компоненты и технологии. 2010. № 9.
  5. Мироненко Л., Юдинцев В. Повышение радиационной стойкости интегральных схем. Конструктивные методы на базе промышленной технологии // Электроника НТБ. 2012. № 8.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *