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?

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?

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...

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.

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.

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.

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


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.

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.

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

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

связано с кривой Пашена или еще с чем?

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.

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.

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.

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.

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.


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.

Скважность блокинг генератора зависит от соотношения напряжений на входе и выходного. В данном случае будет три такта отдачи (25 Вольт) и один такт набора (75 Вольт) энергии в индуктивности. Частота зависит от нагрузки, если нагрузка меньше минимальной. Если нагрузка в диапазоне толерантности, частота практически не меняется.
Заказчика можно понять. Герметичные блоки теряют герметичность, взрываются (как хомячки) в вакууме.

потому что ничего абсолютного быть не может, как и абсолютной герметичности, всегда будет утечка

бред. Просчитать прочность корпуса - святая обязанность конструктора, тем более, давление всего 1-2 атм.

Давайте без грубостей. Кстати, а две-то откуда?
Я с космосом дела не имел, но вот интересно: электролитические конденсаторы в таких устройствах применимы? Какие?

Две - если накачивать осушенным газом под избыточным давлением, чтобы за срок эксплуатации остаточное давление не снизилось ниже минимально допустимого, заодно, проще контролировать герметичность.
Танталовые конденсаторы работают в вакууме без особых проблем. В ТУ обычно пишут допустимые условия эксплуатации, пониженное атмосферное давление 10-6 мм. рт. ст. - необходимое условие допуска в космос..

Думается, это еще надо постараться, чтобы пробить воздух сотней вольт. Потомучто с уменьшением расстояния между электродами пробивное напряжение проходит минимум в примерно 350В и снова растет. По оси абсцисс у нас давление, умноженное на расстояние, значит какие ты зазоры и давления не подбирай - меньше 350В никак не должно пробить, если газ - воздух и 200В если водород.

Может ли в условиях вакуума произойти пробой между близкими металлическими поверхностями за счет эмиссии электронов как в лампах? Я так понимаю, что это будет просто слабый ток утечки, определяемый скоростью эмиссии.

Чтобы уж спать спокойно - а есть для космических применений краска/лак аэрозольная диэлектрическая, которой можно покрыть все уже собранные платы с компонентами? Вроде же красят поверхности спутников снаружи чудо-краской, которая дает нужный спектр отражения/поглощения, не трескается от термоциклов и не рассыпается от радиации и УФ. Но она, как я слышал, не диэлектрическая.

Почитайте сами про разряд в вакууме. В данном контексте слово "вакуум" слишком размыто.

это еще надо постараться найти внутри керамического или металлокерамического корпуса транзистора шаровые разрядники, там напыленные на кристалл полоски и тонкие проволочки, а напряженность поля около острых краев может возрастать многократно. Для создания проблем достаточно относительно небольшой утечки через тлеющий разряд между стоком и затвором.
В любом случае надо будет проводить испытания, цель всех обсуждений - уменьшить количество проблем, которые придется решать в срочном порядке по результатам испытаний.

Электролиты для вакуума это отдельные семейства. Как правило, у них и корпус из более толстого металла, и уровень кислотности ниже (в следствие, удельная емкость то же ниже), и сверху еще полимерная пленка. Полимерная пленка, как правило, из сшитого радстойкого полимера.

Для космоса корпуса совсем другие. Под поверхностный монтаж, с разнесенными на разные углы затвором и истоком. Ранее применялись в металлическом корпусе с остеклованными точками разварки и выводами. Обычные корпуса типа ТО-220 и им подобные для космоса совсем не подходят.

В вакууме да. В космосе обычные танталы рассыпаются через 1... 2 года от радиации. Если в ТУ нет слов про спецфакторы (УС), то для космоса, как и для авиационной техники класса истребитель, эти конденсаторы не подходят.

Можно примеры, что подходит по электролитам и транзисторным корпусам?
К53-56А с его стойкостью К1=2х3У - обычный тантал или не обычный?

погрызли?
Вообще-то море ШИМ-контроллеров наши выпускают радстойких.
В этом году в ЭКБ появились куча новгородских производства НИИ ИС (http://www.niiis.nnov.ru/), правда смотреть их номентклатуру надо тут:

http://mvc-nn.ru

Не самые конечно последние достижения передовой... но зато со спецфакторами. Им звонмишь и доп инфу можно получить (даж ТУ), вроде адекваты работают, правда сами микросхемы не использовал

Попробуете - отпишитесь здесь, любопытно

Платы можно покрывать УРом в несколько слоёв. И будет счастье даже в вакууме

по конденсаторам К52-20 К52-21 и вообще семейство смотрите, эти точно летают.