Космический DC-DC преобразователь, 100VDC->27V@5A или ->27V@60A Опции

[Waso]

Здравствуйте.

Появилась задача разработать преобразователь напряжения для космического аппарата. Входное напряжение - 100В +-5%, постоянка. Выходное - 27В (регулировка от 24 до 30). По мощности нужно предложить два варианта: на выходной ток 5 и 60 А. Гальваническая изоляция не обязательна. ЭРИ в пластиковых корпусах нельзя, желательно только Россия и вообще если микросхемы - то только рад-стойкие. Диапазон температур минус 40 плюс 60 грд.Ц. Понятно, что нужна устойчивость к космической радиации. Орбита не высокая, 600км - до радиационных поясов далеко, но спец.фактор действует.

Опыта по импульсным преобразователям у меня мало. (не волнуйтесь, т.к. тема серьезная, соотв. ОКР был поставлен в нужный НИИ опытным дядям, а моя разработка идет только как подстраховка) Такчто прошу сильно не ругать, если скажу глупость.

Свои соображения:

Для 5-амперного думаю попробовать собрать Step-Down на полевике. Можно даже использовать N-канал. Затвор подтянуть резистором к истоку и через конденсатор подать "снизу" модулирующий сигнал амплитудой 20В (есть опыт работы с 2П769Е91 - у него пороговое не более 4В, но полностью открывается он ближе к 10В). Если знаете отечественные полевики, которые полностью открываются хотябы при 5В на затворе - пожалуйста сообщите.

Как проще всего организовать ШИМ с подстройкой скважности на рассыпухе без операционников?

Для мощного 60-амперного варианта наверное не обойтись без трансформатора.
На какую максимальную частоту преобразования можно рассчитывать с современной российской элементной базой?
Насколько выгоднее по КПД полный мост по сравнению с полумостом и емкостной средней точкой?

[Waso]

Спасибо за ссылку на СПЭЛС. Не знал о них. Мы в других местах испытания на спецстойкость проводим.

По размерам - для одного мощного источника выделен куб 100х100х70мм. Для маломощного - небольшое место на плате с прочим функционалом, пока не ясно какие именно габаритные размеры и форма у этого пространства, но высота не более 20мм.

По массе: чем меньше - тем лучше. Известна допустимая масса всего нашего модуля (а это не только питание), а я на свои блоки питания могу потратить лишь малую часть. Ориентировочно: 1кг надо распределить на 2 больших и 12 мелких источников.

По температуре: указанный диапазон обеспечивается системой микроклимата спутника, это температура на его теплоотводящих поверхностях, к которым мы крепимся. Герметичности нет. До вывода в космос производят дегазацию и в ракете спутник едет в герметичной вакуумной капсуле.

Заказчик настаивает на том чтобы не использовать герметичные модули в составе конструкции. Причины выше описал novikovfb - будут газить неизвестное время. По этой причине затруднительно подобрать готовый DCDC - он должен быть открытой конструкции, без пластика и прочей органики, радстойкий, и отвод тепла от всех элементов должен идти на одну определенную поверхность, без расчета на какую-либо конвекцию.

[novikovfb]

Герметичности нет. До вывода в космос производят дегазацию и в ракете спутник едет в герметичной вакуумной капсуле.

Уточните, пожалуйста, порядок дегазации вашего объекта. Очень сомневаюсь, что спутник едет до орбиты в вакуумной капсуле, обычно в ТЗ указывают скорость снижения давления, соответствующую выводу без какой-либо герметизации, а дегазацию проводят для исключения испарения технологических жидкостей и т.п. после запуска.
По поводу пробоя воздуха при малых давлениях. Мне приходят на ум только 2 варианта:
1. герметичный корпус источника питания с избыточным давлением осушенного газа, не склонного к образованию электрических разрядов (гексафторид серы), достаточный объем и герметичность корпуса обеспечивают отсутствие разрядов
2. герметичный вакуумированный корпус источника питания, в силовой части использовать бескорпусные компоненты, т.е. нет воздуха - нет разрядов.
Второй способ может оказаться предпочтительнее: в случае нарушения герметичности прибор выйдет из строя на Земле и его можно будет заменить, в случае разгерметизации после запуска вакуум так и останется вакуумом.

[gte]

2. герметичный вакуумированный корпус источника питания, в силовой части использовать бескорпусные компоненты, т.е. нет воздуха - нет разрядов.

"Воздуха нет - нет разрядов." Какую степень вакуума будет иметь герметичный прибор?

в случае нарушения герметичности прибор выйдет из строя на Земле и его можно будет заменить

А если разгерметизация произойдет во время старта?

[novikovfb]

1 "Воздуха нет - нет разрядов." Какую степень вакуума будет иметь герметичный прибор?
2. А если разгерметизация произойдет во время старта?

1. Судя по графику:

нужно вакуум лучше 0,1 мм рт. ст.
2 Если разгерметизация произойдет во время старта - надо будет повесить конструктора, потому как проверить прочность корпуса на нагрузки выведения - его святая обязанность. Но, после вывода на орбиту воздух как вошел - так и выйдет, поэтому после поминок по конструктору можно будет подавать питание.

Сообщение отредактировал novikovfb - Feb 7 2017, 12:09

[gte]

1. Судя по графику:
нужно вакуум лучше 0,1 мм рт. ст.

Тогда "нет воздуха - нет разрядов" некорректно написано. По всей видимости имеется ввиду что нет перехода от нормального давления воздуха к вакууму.

2 Если разгерметизация произойдет во время старта - надо будет повесить конструктора, потому как проверить прочность корпуса на нагрузки выведения - его святая обязанность. Но, после вывода на орбиту воздух как вошел - так и выйдет, поэтому после поминок по конструктору можно будет подавать питание.

Насколько я понимаю, при старте максимальные нагрузки и, соответственно, максимальная вероятность разгерметизации. Тогда какой смысл в Вашем предложении - "Второй способ может оказаться предпочтительнее: в случае нарушения герметичности прибор выйдет из строя на Земле и его можно будет заменить, в случае разгерметизации после запуска вакуум так и останется вакуумом."

Waso
Хочу немного уточнить. Ваше сетование о неопределенном времени дегазации твердотелой изоляции

Заказчик настаивает на том чтобы не использовать герметичные модули в составе конструкции. Причины выше описал novikovfb - будут газить неизвестное время.

связано с кривой Пашена или еще с чем?

[novikovfb]

Насколько я понимаю, при старте максимальные нагрузки и, соответственно, максимальная вероятность разгерметизации. Тогда какой смысл в Вашем предложении - "Второй способ может оказаться предпочтительнее: в случае нарушения герметичности прибор выйдет из строя на Земле и его можно будет заменить, в случае разгерметизации после запуска вакуум так и останется вакуумом."

нагрузки значительные, но вполне известные. А вот действия сборщика или испытателя не всегда удается предугадать.
Были случаи:
1. вставили разъем "папу" в "папу", а потом оформили СОН, что прибор такой пришел
2. облили прибор маслом
3. уронили с третьей полки плацкартного вагона, опять же оформили СОН. Пробитый изнутри ящик из 10 мм фанеры нисколько не смутил
4. а уж уронить инструмент на прибор или прибор на пол - считается почти нормой, только отписываемся на СОНы, приходится фотографировать прибор до упаковки, при упаковке и после упаковки в присутствии ВП и потом тыкать этими фотографиями.

[gte]

нагрузки значительные, но вполне известные. А вот действия сборщика или испытателя не всегда удается предугадать.
4. а уж уронить инструмент на прибор или прибор на пол - считается почти нормой, только отписываемся на СОНы, приходится фотографировать прибор до упаковки, при упаковке и после упаковки в присутствии ВП и потом тыкать этими фотографиями.

Есть еще датчики падения, удара груза.

[novikovfb]

Есть еще датчики падения, удара груза.

и что толку? Пока есть бардак и зарплата в 20 тыр в космической отрасли - так и будет.
PS в одной московской конторе видел сборщика лет 50, все руки в наколках, похоже - не один срок отмотал, но работает идеально.
PPS Кстати, гироскоп, упавший с третьей полки и разбивший фанерный ящик (его еще и запаковали не по инструкции, когда везли с одной площадки заказчика на другую), оказался вполне работоспособным, из-за деформации внешнего корпуса пришлось только провести перепривязку осей чувствительности к реперным отверстиям.

[gte]

и что толку? Пока есть бардак и зарплата в 20 тыр в космической отрасли - так и будет.

С зарплатой все верно, но без тотального контроля это бесполезно. Большая оплата это больше возможность нанять более ответственных людей, чем повысить ответственность уже имеющихся. Это не отменяет контроль. Как видно из Вашего сообщения, датчики у вас не используются, а зря.

По поводу порядка дегазации точно ответить не могу. В ТЗ насчет этого сказано просто "должен быть дегазирован", даже на ГОСТы ссылок нет. Возможно после дегазации туда и напустят снова атмосферный воздух или же какой инертный газ, с расчетом на то чтобы он вышел уже на орбите.
Заказчик просто настаивает на том чтобы небыло герметичных блоков, а из каких соображений - тоже надо с ними обсуждать.

Может стоит Вам уточнить. Есть герметичные блоки с внутренними полостями, а есть без внутренних полостей.
Если есть внутренняя полость с газом в блоке или детали блока, то при внешнем вакууме этот газ будет постепенно удаляться и в неопределенный во времени момент может возникнуть разряд. Если же используется твердая изоляция в которой нет полостей с газом, то таких проблем не должно быть.

У меня в одном блоке высоковольтное герконовое реле отказало (уменьшилось пробивное напряжение с 10кВ до 5 кВ) из-за обратной проблемы - натекания воздуха - через 20 лет.