基于航天器DC/DC變換器的可靠性設計

　　一般通過(guò)上述電路設計，MOSFET熱耗可以達到比較理想的結果。

　　2變壓器熱耗控制

　　變壓器熱耗主要來(lái)自磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。磁滯損耗與變壓器繞組和工作方式有關(guān)，可以由公式（3）表示。渦流損耗是由磁芯內環(huán)流造成的；電阻損耗是由變壓器繞組電阻產(chǎn)生的，分直流電阻損耗和集膚效應電阻損耗兩種。

　　Peddy≈khVefSWB2MAX （3）

　　式中，Kh――材料的磁滯損耗常數；

　　Ve――磁芯體積，單位為cm3；

　　fSW――開(kāi)關(guān)頻率，單位為Hz；

　　BMAX――工作磁通密度的最大偏移值，單位為G。

　　對磁滯損耗的控制設計中主要有以下幾點(diǎn)。

　?、?設計比較合適的工作頻率；

　?、?合適的初級繞組匝數；

　?、?工作磁通密度的最大偏移值的降額設計。

　　在電阻損耗的控制設計中，盡量采用多股線(xiàn)替代單根線(xiàn)，從而將變壓器磁芯繞滿(mǎn)。

　　3 輸出整流電路熱耗控制

　　輸出整流電路的熱耗主要由整流二極管產(chǎn)生，整流二極管熱耗主要來(lái)自導通損耗、開(kāi)關(guān)損耗兩部分。對于導通損耗的控制設計主要是根據輸出電流和工作頻率選擇合適的整流二極管，如快恢復二極管或肖特基二極管。

　　對于開(kāi)關(guān)損耗的控制主要有以下幾點(diǎn)。

　?、龠x擇反向恢復特性好的整流管；

　?、谕ㄟ^(guò)吸收電路的設計，控制整流管反向電壓尖峰。

　　衛星DC/DC變換器的可靠性分析與計算

　　產(chǎn)品的可靠性取決于產(chǎn)品的失效率，而失效率隨工作時(shí)間的變化具有不同的特點(diǎn)。根據長(cháng)期以來(lái)的理論研究和數據統計可發(fā)現，由許多元器件構成的機器、設備或系統，在不進(jìn)行預防性維修時(shí)，或者不可修復的產(chǎn)品，其失效率曲線(xiàn)的典型形態(tài)相似于浴盆的剖面，所以又稱(chēng)為浴盆曲線(xiàn)（Bathtub-curve），如圖6所示。

　　圖6 失效率浴盆曲線(xiàn)

　　由圖6可見(jiàn)，失效率明顯地分為三個(gè)不同的階段或時(shí)期。第一段曲線(xiàn)是元件的早期失效期，表明元件在開(kāi)始使用時(shí)的失效率很高，但隨著(zhù)產(chǎn)品工作時(shí)間的增加，失效率迅速降低，屬于遞減型――DFR（Decreasing Failure Rate）型。其失效原因大多屬于設計缺陷、制造工藝缺陷和元器件固有缺陷一類(lèi)。為了縮短早期失效的時(shí)間，產(chǎn)品應在投入運行之前進(jìn)行試運轉，以便及早發(fā)現、修正和排除缺陷；或通過(guò)試驗進(jìn)行篩選和淘汰次品，以便改善其技術(shù)狀態(tài)。

　　第二階段曲線(xiàn)是元件的偶然（也稱(chēng)隨機）失效期，特點(diǎn)是失效率低且穩定，可近似看做常數，失效屬于恒定期――CFR（Constant Failure Rate）型。產(chǎn)品的可靠性指標所描述的就是這個(gè)時(shí)期，它是產(chǎn)品的良好使用階段。產(chǎn)品的壽命試驗、可靠性試驗一般都是在偶然失效期進(jìn)行的。

　　產(chǎn)品的失效是由多種不太嚴重的偶然因素引起的，通常是產(chǎn)品設計余度不夠造成隨機失效。研究這一時(shí)期的失效原因，對提高產(chǎn)品的可靠性具有重要意義。因為在這一階段中，產(chǎn)品失效率近似為一個(gè)常數。

　　第三段曲線(xiàn)是元件的損耗失效期，失效率隨時(shí)間延長(cháng)而急速增加，元件的失效率屬于遞增型――IFR（Increasing failure Rate）型。到了此時(shí)，元件損傷嚴重或已經(jīng)疲勞，壽命即將結束。

　　一般在進(jìn)行可靠度預計時(shí)，進(jìn)口元器件失效率數據參考MIL-HDBK-217F，國產(chǎn)元器件失效率數據參考GJB/Z 299C。

　　結語(yǔ)

　　本文從選擇合理的電路技術(shù)方案、設計過(guò)載保護電路、FMEA及冗余設計、降額設計、熱設計等不同角度闡述了提高航天器DC/DC變換器可靠性的設計要求。其中尤為重要的思想是，航天器DC/DC變換器可靠性的保證不能僅僅依賴(lài)于元器件的固有可靠性，而是上述諸多因素共同作用的結果。