Увеличение мощности, генерируемой на борту современных космических аппаратов (КА), предъявляет требование к уменьшению массы и объёма всего бортового энергетического комплекса. Реализовать это требование возможно за счёт повышения эффективности всех потребителей и преобразователей энергии.
Для функциональной части аппаратуры это в основном осуществляется методами комплексной миниатюризации. Существенное уменьшение массы и объёма систем электрооборудования достигается применением современных принципов действия источников электропитания, электроприводов и интегрально‑гибридных конструкций силовых устройств.
Использование систем постоянного повышенного напряжения становится весьма желательным условием реализации новых устройств.
В системах электропитания современных КА применяется шина с номинальным напряжением 100 В. Преобразование выходного напряжения питания первичных источников в уровни стабилизированного напряжения для питания аналоговой и цифровой аппаратуры осуществляется модулями преобразователей напряжения, которые обеспечивают дополнительные сервисные функции.
Для работы в системах электропитания КА с изменением напряжения шины от 70 до 120 В предлагается применять радиационно‑стойкие одно‑ и двухканальные модули DC/DC‑преобразователей с повышенными мощностями (до 120 Вт), формирующие наиболее востребованные напряжения: 5, 12, 15, 28, ±5, ±12 В. Основные технические характеристики устройств представлены в таблице.
Основные параметры модулей серии HDCD/100
|
Тип модулей |
Номинальное выходное напряжение, В |
Ток нагрузки, А |
Выходная мощность, Вт |
КПД, % |
Емкость нагрузки, мкФ |
Пульсации выходного напряжения (двойная амплитуда), мВ |
|
HDCD/100W-5-100U/SP |
5±3% |
20 |
100 |
78,5 |
1000 |
50 |
|
HDCD/100W-12-120U/SP |
12±2% |
10 |
120 |
85,9 |
1000 |
80 |
|
HDCD/100W-15-120U/SP |
15±2% |
8 |
120 |
86 |
1000 |
80 |
|
HDCD/100W-28-120U/SP |
28±2% |
4,28 |
120 |
85 |
1000 |
80 |
|
HDCD/100W-12-110U/D1 |
±12±2% |
±4,58 |
110 |
86,5 |
1000 |
40 |
|
HDCD/100W-5-100U/D1 |
±5±2,5% |
±10 |
100 |
77 |
1000 |
500 (макс.) |
Модули выполнены по прямоходовой топологии с регулированием выходного напряжения методом широтно‑импульсной модуляции с постоянной рабочей частотой (от 400 до 600 кГц) и обратной связью по напряжению. В схеме предусмаотрен контроль тока в выходном каскаде для защиты от перегрузки по току и короткого замыкания. Размагничивание сердечника трансформатора обеспечивается применением резонансного переключения силового ключа.
DC/DC‑преобразователи обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей и снабжены обширным набором служебных функций, возможных для реализации в рамках допустимых габаритных характеристик:
- защита от пониженного входного напряжения;
- выключение внешним сигналом со стороны входа и выхода;
- синхронизация от внешнего генератора и взаимная синхронизация нескольких модулей;
- равномерное распределение тока между параллельно включёнными модулями;
- подстройка выходного напряжения;
- внешняя обратная связь для компенсации падения напряжения на соединительных проводниках.
Наличие в преобразователях комплекта схем защит и служебных функций исключает необходимость разработки дополнительных схем и применения дополнительных обвязывающих элементов, что сказывается на массогабаритных характеристиках бортовой аппаратуры.
Модули выполнены по гибридно‑плёночной технологии в корпусах с горизонтальным расположением выводов для объёмного монтажа. Размеры корпуса — 76,7 × 38,6 × 10,7 мм, вес —
Гарантируется работа в диапазоне температур от −55 до +125 °C без снижения параметров.
Модули характеризуются стойкостью к эффекту полной накопленной дозы ≥ 100 крад (Si). Испытания проводились при мощности дозы 0,01 рад (Si)/с в точках дозы от 0 крад (Si) до 30 крад (Si) и при мощности дозы 0,1 рад (Si)/с в точках дозы от 30 крад (Si) до 150 крад (Si).
Стойкость к одиночным эффектам гарантируется при воздействии заряженных частиц с пороговыми линейными потерями энергии (ЛПЭ) ≥ 75 МэВ · см²/мг.
Испытания проводились на циклотроне облучением ионами тантала (181Ta). Параметры иона тантала: длина волны — 116,6 мкм, энергия — 2005,5 МэВ, значение ЛПЭ — не менее
Модули производятся Восточно‑Китайским научно‑исследовательским институтом микроэлектроники в соответствии с требованиями национальных стандартов и спецификаций:
- GJB 548C‑2021 «Методы и процедуры испытаний микроэлектронных устройств»;
- GJB/Z 35‑1993 «Критерии снижения характеристик компонентов»;
- QJ 10004A‑2018 «Метод испытаний на суммарную дозу облучения полупроводниковых приборов для аэрокосмической промышленности»;
- QJ 10005A‑2018 «Руководство по испытаниям на воздействие тяжёлых ионов полупроводниковых приборов для аэрокосмической промышленности»;
- Q/QJA 20085A‑2017 «Общие технические условия для гибридных интегральных схем для космических аппаратов»;
- Q/QJA 20085/584‑2023 (WS) «Подробные технические условия для радиационно‑стойких DC/DC‑преобразователей серии 120 Вт с входным напряжением 100 В для аэрокосмической промышленности».