基于航天器DC/DC變換器的可靠性設計

　　一般通過上述電路設計，MOSFET熱耗可以達到比較理想的結(jié)果。

　　2變壓器熱耗控制

　　變壓器熱耗主要來自磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。磁滯損耗與變壓器繞組和工作方式有關(guān)，可以由公式（3）表示。渦流損耗是由磁芯內(nèi)環(huán)流造成的；電阻損耗是由變壓器繞組電阻產(chǎn)生的，分直流電阻損耗和集膚效應電阻損耗兩種。

　　Peddy≈khVefSWB2MAX （3）

　　式中，Kh――材料的磁滯損耗常數(shù)；

　　Ve――磁芯體積，單位為cm3；

　　fSW――開關(guān)頻率，單位為Hz；

　　BMAX――工作磁通密度的最大偏移值，單位為G。

　　對磁滯損耗的控制設計中主要有以下幾點。

　　① 設計比較合適的工作頻率；

　　② 合適的初級繞組匝數(shù)；

　?、?工作磁通密度的最大偏移值的降額設計。

　　在電阻損耗的控制設計中，盡量采用多股線替代單根線，從而將變壓器磁芯繞滿。

　　3 輸出整流電路熱耗控制

　　輸出整流電路的熱耗主要由整流二極管產(chǎn)生，整流二極管熱耗主要來自導通損耗、開關(guān)損耗兩部分。對于導通損耗的控制設計主要是根據(jù)輸出電流和工作頻率選擇合適的整流二極管，如快恢復二極管或肖特基二極管。

　　對于開關(guān)損耗的控制主要有以下幾點。

　?、龠x擇反向恢復特性好的整流管；

　?、谕ㄟ^吸收電路的設計，控制整流管反向電壓尖峰。

　　衛(wèi)星DC/DC變換器的可靠性分析與計算

　　產(chǎn)品的可靠性取決于產(chǎn)品的失效率，而失效率隨工作時間的變化具有不同的特點。根據(jù)長期以來的理論研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計可發(fā)現(xiàn)，由許多元器件構(gòu)成的機器、設備或系統(tǒng)，在不進行預防性維修時，或者不可修復的產(chǎn)品，其失效率曲線的典型形態(tài)相似于浴盆的剖面，所以又稱為浴盆曲線（Bathtub-curve），如圖6所示。

　　圖6 失效率浴盆曲線

　　由圖6可見，失效率明顯地分為三個不同的階段或時期。第一段曲線是元件的早期失效期，表明元件在開始使用時的失效率很高，但隨著產(chǎn)品工作時間的增加，失效率迅速降低，屬于遞減型――DFR（Decreasing Failure Rate）型。其失效原因大多屬于設計缺陷、制造工藝缺陷和元器件固有缺陷一類。為了縮短早期失效的時間，產(chǎn)品應在投入運行之前進行試運轉(zhuǎn)，以便及早發(fā)現(xiàn)、修正和排除缺陷；或通過試驗進行篩選和淘汰次品，以便改善其技術(shù)狀態(tài)。

　　第二階段曲線是元件的偶然（也稱隨機）失效期，特點是失效率低且穩(wěn)定，可近似看做常數(shù)，失效屬于恒定期――CFR（Constant Failure Rate）型。產(chǎn)品的可靠性指標所描述的就是這個時期，它是產(chǎn)品的良好使用階段。產(chǎn)品的壽命試驗、可靠性試驗一般都是在偶然失效期進行的。

　　產(chǎn)品的失效是由多種不太嚴重的偶然因素引起的，通常是產(chǎn)品設計余度不夠造成隨機失效。研究這一時期的失效原因，對提高產(chǎn)品的可靠性具有重要意義。因為在這一階段中，產(chǎn)品失效率近似為一個常數(shù)。

　　第三段曲線是元件的損耗失效期，失效率隨時間延長而急速增加，元件的失效率屬于遞增型――IFR（Increasing failure Rate）型。到了此時，元件損傷嚴重或已經(jīng)疲勞，壽命即將結(jié)束。

　　一般在進行可靠度預計時，進口元器件失效率數(shù)據(jù)參考MIL-HDBK-217F，國產(chǎn)元器件失效率數(shù)據(jù)參考GJB/Z 299C。

　　結(jié)語

　　本文從選擇合理的電路技術(shù)方案、設計過載保護電路、FMEA及冗余設計、降額設計、熱設計等不同角度闡述了提高航天器DC/DC變換器可靠性的設計要求。其中尤為重要的思想是，航天器DC/DC變換器可靠性的保證不能僅僅依賴于元器件的固有可靠性，而是上述諸多因素共同作用的結(jié)果。