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?

[novikovfb]

Не забудьте про забавный эффект зависимости пробивного напряжения воздуха от давления, 100 В может устроить разряд между выводами транзистора в процессе снижения давления. Нужно или герметизировать устройство или подавать питание только после дегазации (если учесть не абсолютную герметичность керамических и металлостеклянных корпусов транзисторов - ждать этой дегазации можно очень долго).
И еще, мост/полумост и другие двухтактные схемы могут отказать под воздействием ТЗЧ, если один транзистор штатно открыт, а другой открылся под воздействием ТЗЧ и возникает сквозной ток.
По поводу организовать ШИМ на рассыпухе: а зачем, если есть радиационно-стойкие ИМС управления источниками питания?

Сообщение отредактировал novikovfb - Feb 3 2017, 07:03

[Waso]

По поводу сквозного тока - надеюсь схема защиты по току потребления спасет. Хорошо, если транзистор, в который попала частица, вернется в рабочий режим.

Спасибо что рассказали про забавный эффект пробоя сотней вольт. =)

Радиационно-стойкие ИМС - хорошо, пойду погрызу перечни МОП, но было бы неплохо если бы тут поделились опытом использования конкретных экземпляров. Какие подводные камни попались. Сами знаете как у нас с документацией на такие микросхемы...

[alekssan]

Ограничений по размерам, массе, КПД как я понял у вас нет, раз на расыпухе планируется сделать...Как делать обратную связь планируете на 60А, надеюсь не через оптронны. -40...+60C вы точно уверены, не -60...+125C?
Так как орбита маленькая то и радиации там не много, вполне могут подойти микросхемы и преобразователи не сертифицированные на радстойкость, но обладающие ею. Такие микросхемы испытанные на спец факторы можно подобрать на сайтах типа СПЭЛС. В том числе и готовые источники питания так же прошедшие испытания - http://www.spels.ru/index.php?option=com_e...le&id=12:ip
http://cdn.vicorpower.com/documents/datash...icro-family.pdf
http://cdn.vicorpower.com/documents/datash...maxi-family.pdf
Как минимум можно взять в качестве примера посмотреть схемотехнику.

[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

[Corner]

Если требований по стабильности частоты преобразования нет, то можно сделать резонансный преобразователь без ИМС управления. Входное напряжение то почти не меняется. Схема типовая для блокинг генераторов.

[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.

[Waso]

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. С другой стороны, они рассказывают ужасные истории про воздействие атомарного кислорода на тех высотах, а уж от него помоему только герметизацией и защитишься. Хотя непонятно, проникает ли он в любую щель как газ.

Насчет блокинг-генераторов - так у них же резонанс и от нагрузки плавает? Надо будет освежить этот вопрос в голове.

[Myron]

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

Тоже был свидетелем "папы" в "папу", . Но это сделали это военные при подключении и что-то не стыковалось по другому.
Был свидетелем соревнования кто дольше выдержит на вибростоле. И одного увезли в больницу.
Сам я напросился зайти термокамеру с -65С в рубашке с коротким рукавом.
Леонов при выходе в космос откинул фильтр со стекла скафандра, чтобы посмотреть на солнце без искажений. Фильтр подавлял более 98% и, видимо, искажал цветопередачу. А сердце художника-любителя не выдержало.

[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.