Перейти к содержанию

    

Космический DC-DC преобразователь

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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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?

Изменено пользователем novikovfb

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
1 "Воздуха нет - нет разрядов." Какую степень вакуума будет иметь герметичный прибор?

2. А если разгерметизация произойдет во время старта?

1. Судя по графику:

elektromaterialovedenie_170.png

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.

Изменено пользователем novikovfb

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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?

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
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.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти