基于航天器DC/DC变换器的可靠性设计

时间：01-29 来源：21IC 点击：

3 输出整流电路热耗控制

输出整流电路的热耗主要由整流二极管产生，整流二极管热耗主要来自导通损耗、开关损耗两部分。对于导通损耗的控制设计主要是根据输出电流和工作频率选择合适的整流二极管，如快恢复二极管或肖特基二极管。

对于开关损耗的控制主要有以下几点。

①选择反向恢复特性好的整流管；

②通过吸收电路的设计，控制整流管反向电压尖峰。

卫星DC/DC变换器的可靠性分析与计算

产品的可靠性取决于产品的失效率，而失效率随工作时间的变化具有不同的特点。根据长期以来的理论研究和数据统计可发现，由许多元器件构成的机器、设备或系统，在不进行预防性维修时，或者不可修复的产品，其失效率曲线的典型形态相似于浴盆的剖面，所以又称为浴盆曲线（Bathtub-curve），如图6所示。

图6 失效率浴盆曲线
由图6可见，失效率明显地分为三个不同的阶段或时期。第一段曲线是元件的早期失效期，表明元件在开始使用时的失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，属于递减型--DFR（Decreasing Failure Rate）型。其失效原因大多属于设计缺陷、制造工艺缺陷和元器件固有缺陷一类。为了缩短早期失效的时间，产品应在投入运行之前进行试运转，以便及早发现、修正和排除缺陷；或通过试验进行筛选和淘汰次品，以便改善其技术状态。

第二阶段曲线是元件的偶然（也称随机）失效期，特点是失效率低且稳定，可近似看做常数，失效属于恒定期--CFR（Constant Failure Rate）型。产品的可靠性指标所描述的就是这个时期，它是产品的良好使用阶段。产品的寿命试验、可靠性试验一般都是在偶然失效期进行的。

产品的失效是由多种不太严重的偶然因素引起的，通常是产品设计余度不够造成随机失效。研究这一时期的失效原因，对提高产品的可靠性具有重要意义。因为在这一阶段中，产品失效率近似为一个常数。

第三段曲线是元件的损耗失效期，失效率随时间延长而急速增加，元件的失效率属于递增型--IFR（Increasing failure Rate）型。到了此时，元件损伤严重或已经疲劳，寿命即将结束。

一般在进行可靠度预计时，进口元器件失效率数据参考MIL-HDBK-217F，国产元器件失效率数据参考GJB/Z 299C。

结语

本文从选择合理的电路技术方案、设计过载保护电路、FMEA及冗余设计、降额设计、热设计等不同角度阐述了提高航天器DC/DC变换器可靠性的设计要求。其中尤为重要的思想是，航天器DC/DC变换器可靠性的保证不能仅仅依赖于元器件的固有可靠性，而是上述诸多因素共同作用的结果。

发布者：博子

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