Selección del nivel adecuado de convertidor DC-DC para aplicaciones de Defensa y Espacio

Los convertidores DC-DC de alta fiabilidad son piezas fundamentales en sistemas militares, de aviónica y espaciales. Su papel es garantizar una alimentación estable y eficiente en entornos adversos. Sin embargo, elegir el convertidor correcto requiere comprender las diferencias entre las opciones disponibles y la aplicación final. En este artículo, exploraremos las características de los convertidores COTS , aquellos calificados bajo MIL-PRF-38534 clases H/K, los de grado espacial y los Space COTS. Además, evaluaremos los parámetros de radiación como TID, ELDRS y SEE, esenciales para aplicaciones espaciales. 

Diferencias entre los convertidores DC-DC: COTS de alta fiabilidad, de cumplimiento MIL-PRF-38534 , de grado Espacio y COTS de Espacio

Convertidores COTS de alta fiabilidad

Los convertidores COTS robustos (Commercial Off-The–Shelf) son una opción versátil para aplicaciones militares sensibles al coste. Diseñados para adaptarse a entornos extremos, como aviones no tripulados (drones militares), vehículos terrestres y sistemas embarcados en barcos, ofrecen alta fiabilidad sin requerir una certificación completa MIL-PRF-38534.

Características principales: 

• Rango de temperatura: Operan desde -55°C a +105°C para aplicaciones exigentes. 

• Control de interferencias electromagnéticas (EMI): Cumplimiento con estándares como MIL-STD-461. 

• Encapsulados metálicos que reducen las emisiones radiadas, con opción de tecnología V-Shield®, e incluyen medidas de mitigación de los  de estaño 

• Sin optoacopladores. Se utiliza aislamiento de retroalimentación magnética

Esta solución es ideal cuando el diseño exige sistemas embebidos robustos pero no necesariamente deben cumplir con todos los requisitos de MIL-PRF-38534.

Modelo VXR100-2800S, un convertidor DC-DC Hi-Rel COTS ideal para vehículos terrestres militares y misiones de alta fiabilidad 

Convertidores calificados MIL-PRF-38534

Cuando se requiere una operación de fiabilidad, especialmente en aplicaciones críticas de defensa, como aviónica militar, sistemas de misiles o vehículos submarinos, los convertidores certificados con MIL-PRF-38534 , y listados en la DLA ( Defense Logistics  Agency) son la elección predilecta. La clase /H es el nivel de calidad “preferible” para cualquier aplicación que implique condiciones ambientales severas o que sea necesaria para apliaciones de alta confiabilidad.

Ventajas clave: 

• Hermeticidad y robustez: Utilizan encapsulados metálicos sellados herméticamente, que protegen contra humedad y agentes corrosivos, cumpliendo con la MIL-STD-883. 

• Componentes sin estaño puro: Evitan cortocircuitos debido a “whiskers” metálicos. 

• Compatibilidad normativa militar: Diseñados para cumplir totalmente con estándares MIL-STD-704 para rangos de tensiones transitorias y continuas. 

• Sin optoacopladores. Se utiliza aislamiento de retroalimentación magnética. 

• Línea de fabricación calificada: Todos los procesos utilizados en la fabricación del producto están calificados MIL-PRF-38534 Class H y K, auditados por la DLA. 

Estos convertidores son ideales para sistemas (embedded o embebidos) robustos en los que “el fallo” no es una opción. 

Convertidores de Grado Espacial 

En misiones espaciales, donde predominan radiaciones intensas y entornos extremos, los convertidores de grado espacial son esenciales. Cumplen con la normativa MIL-PRF-38534, asegurando una fiabilidad extrema en condiciones como órbitas terrestres bajas (LEO), órbitas medias (MEO), GEO y espacio profundo.

Características únicas: 

• Tolerancia a la radiación: Garantizan hasta 100 krad(Si) para Total Ionizing Dose (TID) y 85 MeV/mg/cm2 frente a Single Event Effects (SEE). 

• Mitigación de SEE: Diseñados para evitar eventos destructivos como latch-up o burnout.  

• Protecciones avanzadas: Limitan fenómenos como cortocircuitos y sobrevoltaje en condiciones críticas. 

• Sin optoacopladores. Se utiliza una tecnología patentada de retroalimentación magnética que es insensible a los efectos de la radiación. 

• Plan de garantía de dureza de radiación (RHA) de VPT, certificado por la DLA según la norma MIL-PRF-38543 Apéndice G. 

• Los convertidores DC/DC híbridos de nivel espacial, series SV, SVL y SVR, están disponibles con un número SMD. La serie SV está disponible para clase H. La serie SVL y la serie SVR se pueden adquirir en la clase H o la clase K. 

• Clase” -KL1”, las que se evalúan según los requisitos de la revisión K de la MIL-PRF-38534 y revisiones anteriores. Las piezas -KL1 no vienen con un número SMD ni con la marca de certificación MIL-PRF-38534 y están marcadas con “-KL1” en lugar de “-K”. 

Gracias a su robustez, estos convertidores son frecuentes en plataformas críticas como satélites de comunicaciones y exploración espacial.

Space COTS 

Los convertidores Space COTS, como la serie VSC, representan un punto intermedio entre coste y rendimiento. Orientados a misiones de corta duración en subórbitas y órbitas LEO, o programas NewSpace, combinan la tecnología de los COTS de alta fiabilidad con características de espacio, ajustadas a entornos moderadamente exigentes. 

Beneficios principales: 

• Coste reducido: Optimizan las prestaciones para misiones NASA clase D, permitiendo ahorrar tiempo y recursos.   

• TID y SEE adecuados: Tolerancia garantizada hasta 30 krad(Si) para TID y 30 MeV/mg/cm2 para SEE, suficientes para aplicaciones en LEO. 

• Construcción optimizada: Integración basada en PCB multicapas que mejora la disipación térmica y reduce los tiempos de fabricación. 

Esta opción es idónea para empresas que buscan soluciones eficientes en coste sin comprometer la fiabilidad básica en sistemas espaciales de bajas órbitas.

Ejemplo de convertidores Space COTS de la serie VSC, diseñados para aplicaciones espaciales en órbitas bajas (LEO) y misiones de bajo coste. 

Tabla comparativa de los diferentes tipos de convertidores DC-DC, mostrando sus aplicaciones principales, tolerancia a radiación, rangos de temperatura y ventajas clave. 

Evaluación de parámetros de radiación: TID, ELDRS y SEE

Total Ionizing Dose (TID)

El TID mide los efectos acumulativos de la radiación ionizante en dispositivos electrónicos. Los convertidores de grado Espacial y COTS de Espacio garantizan diferentes niveles de tolerancia, desde 30 krad(Si) hasta 100 krad(Si), dependiendo del modelo.

Consideraciones importantes: 

• Los convertidores Space COTS son aptos para exposiciones moderadas en órbitas bajas. 

• Misiones en entornos más agresivos requieren opciones completamente calificadas bajo estándares como MIL-PRF-38534 Clase K. 

Enhanced Low Dose Rate Sensitivity (ELDRS) 

La sensibilidad a bajas tasas de radiación es crucial para misiones prolongadas en el espacio. Convertidores como la serie VSC son probados bajo tasas de dosis bajas (<50 mrad(Si)/s) para confirmar su rendimiento en órbitas LEO o suborbitales.

Single Event Effects (SEE) 

Estos eventos incluyen desde transitorios no destructivos (SET, SEU) hasta fallos catastróficos como latch-up (SEL) o burnout (SEB). 

Diseño frente a SEE: 

• Los convertidores de grado espacial tienen una calificación de hasta 85 MeV/mg/cm2, adaptados para partículas energéticas en el espacio profundo.  

• Space COTS, como los VSC5, están optimizados para responder a SEE menores (30 MeV/mg/cm2) en aplicaciones de corta duración. 

En conclusión, seleccionar el nivel adecuado de convertidor DC-DC requerirá evaluar las necesidades específicas de cada misión, el entorno operativo y el presupuesto. Las opciones COTS de alta fiabilidad, MIL-PRF-38534 Clase H/K, de Grado Espacio y COTS de Espacio ofrecen distintas soluciones para sistemas embebidos robustos, desde uso terrestre hasta aplicaciones espaciales críticas.

En Venco Electrónica podemos ayudarte a identificar el convertidor más adecuado para tus proyectos, ofreciéndote opciones alineadas con normativas militares y capacidades ajustadas a entornos extremos.

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