DC/DC模塊輸入端電壓反加后的影響分析

張 軍，陳 錚，唐建鋒，劉 超

（上海市空間飛行器機(jī)構(gòu)重點實驗室 上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201108）

DC/DC模塊輸入端電壓反加后的影響分析

張 軍，陳 錚，唐建鋒，劉 超

（上海市空間飛行器機(jī)構(gòu)重點實驗室 上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201108）

在航天等空間產(chǎn)品中使用的分布式供電系統(tǒng)中，總體電路一般只提供27～30 V的直流一次電源，各單機(jī)產(chǎn)品大多采用DC/DC模塊將該一次電源轉(zhuǎn)換為所需的二次電源，并實現(xiàn)一次地與二次地的隔離。分析了INTERPOINT公司的DC/DC模塊的輸入端反接后，輸入電壓對DC/DC模塊、電源保護(hù)濾波電路及負(fù)載的影響，通過仿真與驗證試驗，得出電源模塊輸入端反接后單機(jī)產(chǎn)品中電源保護(hù)電路發(fā)生作用，對產(chǎn)品中負(fù)載無影響，可以繼續(xù)使用。電源模塊失效分析對航天產(chǎn)品中電源模塊中出現(xiàn)類似的故障后的處理提供了參考。

DC/DC；濾波器；隔離；熔斷絲

在航天等空間電子產(chǎn)品中，一般多采用DC/DC模塊將一次電源變換成產(chǎn)品所需的二次電源，從而實現(xiàn)一次地與二次地的隔離，常見的電源電路一般由熔斷絲、濾波器及DC/DC模塊構(gòu)成，輸出供應(yīng)產(chǎn)品所需的±12 V電源。其輸入端一般接28 V電源，由于操作失誤，致使28 V電源加反，文中從理論分析、試驗驗證及仿真等方面對28 V電源加反后對熔斷絲、濾波器、DC/DC模塊及產(chǎn)品的影響進(jìn)行了分析，著重指出了28 V電源加反的故障對產(chǎn)品負(fù)載無影響，產(chǎn)品負(fù)載電路可以繼續(xù)使用。

1 影響分析

1.1 反接回路分析及驗證

當(dāng)圖1所示的電源電路輸入端的28 V接反后，反接的28 V電源通過濾波器（圖2）的7腳→濾波器5、6腳→DC/DC（圖3）的2腳，直接加至DC/DC模塊中MOS管的源極S，MOS管的源級S恒為-28 V，MOS管處于絕對導(dǎo)通狀態(tài)，在導(dǎo)通一瞬間，28 V電源電流主要流經(jīng)DC/DC模塊中的MOS管V1、變壓器B1、濾波器中的R1及熔斷絲FU1。其中VMOS的導(dǎo)通電阻的導(dǎo)通電阻為0.3 Ω，變壓器原邊的直流電阻在1 Ω以上，濾波器FMSA-461的電阻為0.65 Ω，熔斷器FU1（0.5 A）電阻最小為0.152 Ω，綜合上述分析，在28 V電源反接情況下的負(fù)載電阻在2 Ω左右，流經(jīng)VMOS管及熔斷絲的電流為14 A，超出了VMOS管漏源間的最大電流（10 A）及熔斷絲的選用電流（0.5 A），可導(dǎo)致VMOS管及熔斷絲的失效。

圖1 采用INTERPOINT公司DC/DC模塊及濾波器的電原理圖Fig.1 Schematic diagram adopted INTERPOINT DC/DC converter and EMI filter

圖2 INTERPOINT公司濾波器FMSA-461內(nèi)部線路圖Fig.2 The FMSA-461 inner diagram of INTERPOINT EMI filter

圖3 INTERPOINT公司DC/DC模塊MCH2812D內(nèi)部線路圖Fig.3 The MCH2812D inner diagram of INTERPOINT DC/DC converter

將熔斷絲、濾波器及DC/DC模塊送元器件失效中心進(jìn)行分析，證實熔斷絲已熔斷，DC/DC模塊開蓋后的內(nèi)部形貌圖如圖4所示，從圖4可知與輸入地端（INPUT COMMON）pin2相連的場效應(yīng)晶體管源極（S極）的金絲從中間部分熔斷，可清晰看到熔球形貌。從熔斷的金絲形貌判斷，該樣品受到過電流沖擊，導(dǎo)致金絲熔斷，樣品失效。另外，濾波器內(nèi)2 μF的極性電容及DC/DC內(nèi)0.47 μF的極性電容在承受反向28 V電壓后，極性電容會損傷，雖然開蓋后的器件未發(fā)現(xiàn)電容有損傷的痕跡，但為可靠起見濾波器也應(yīng)更換。

1.2 DC/DC輸出端影響分析

圖4 失效DC/DC模塊內(nèi)部形貌圖Fig.4 Appearance of the invalid DC/DC circuit

由于DC/DC輸入輸出間是采用變壓器隔離的 （至少100 MΩ、500 V），28 V反向電壓不會存在影響DC/DC后端負(fù)載的潛電路。另外，從圖3的原理圖中可分析，當(dāng)MOS管在28 V接反導(dǎo)通的情況下，該MOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)，DC/DC內(nèi)部變壓器的原邊存在恒定的電流，由于電流的恒定使得變壓器的磁場保持不變，在磁場沒有變化的情況下，變壓器的付邊不會產(chǎn)生變換的電壓電流，即從MOS管導(dǎo)通到熔斷絲熔斷這個過程中DC/DC輸出端沒有電壓輸出。換言之，DC/DC變換器只有在PWM控制器起作用的情況下產(chǎn)生交變的磁場后，才會在付邊得到隔離后的變換電壓。

為進(jìn)一步確認(rèn)28 V電源反接后對輸出的影響，按照圖1進(jìn)行了故障復(fù)現(xiàn)試驗，用示波器監(jiān)視DC/DC（MCH2812D/883）模塊的輸出電壓。通過試驗可以得出當(dāng)DC/DC輸入反向28 V電壓后，輸出端沒有電壓輸出，示波器未捕捉到任何電壓的跳變，試驗后測試熔斷絲，發(fā)現(xiàn)熔斷絲已熔斷保護(hù)。

2 仿真分析

為分析電源端反接對驅(qū)動器內(nèi)部電源電路造成的影響，在PSPICE軟件環(huán)境下建立了仿真模型分析。其中電源濾波模塊的仿真模型與圖2一致；DC/DC模塊為圖5所示的反激式DC/DC電源仿真模型。

圖5 DC/DC模塊的仿真模型Fig.5 The simulation model of DC/DC converter

在仿真模型的基礎(chǔ)上將電源反接，可以得到驅(qū)動電路的仿真結(jié)果，圖6為電源反接情況下電源濾波器輸出電壓波形。圖7為電源反接情況下DC/DC模塊輸入電壓、輸出電壓波形。由圖6和圖7可以看出當(dāng)電源反接，即輸入電壓為-28 V時，濾波器輸出電壓也為-28 V。此時DC/DC模塊在內(nèi)部元器件沒有損壞的情況下，輸出電壓近似為0 V，證實輸入電源反接后對輸出負(fù)載無影響。

圖6 濾波器電壓輸出波形Fig.6 The output voltage waveforms of fiter

圖7 DC/DC模塊輸入及輸出電壓波形Fig.7 The input and output voltage waveforms of DC/DC converter

3 結(jié) 論

文中通過理論分析、試驗驗證及仿真結(jié)果，對采用濾波器及DC/DC模塊將一次電源變換成電子負(fù)載所需的二次電源并實現(xiàn)地隔離的電源電路，在28 V一次電源加反后的故障情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出受損的電路為前端的熔斷絲、濾波器及DC/DC模塊，而后端的負(fù)載電路因DC/DC的無輸出而無影響，可以繼續(xù)使用。文中的研究結(jié)果對廣泛采用這一供電形式的航天等電子產(chǎn)品出現(xiàn)類似故障后的分析處理具有一定的參考意義。

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Effective analysis when the input of DC/DC power supply of INTERPOINT is reversed

ZHANG Jun， CHEN Zheng， TANG Jian-feng， LIU Chao
（Shanghai Key Laboratory of Spacecraft Mechanism，Shanghai Institute of Aerospace System Engineering，Shanghai201108，China）

The distributed power supply system of the aerospace only provide a 27～30 V DC power supply，the products for aerospace adopt DC/DC power supply to convert the first power source to the secondary power source，and isolate the ground of the first power source and the secondary power source.When the input of DC/DC power supply of INTERPOINT is reversed，the effect of input voltage to the DC/DC power supply，to filter and protection circuit for power supply and to the load of is analyzed in this paper.The simulation and experiment result for load of the product is protected by protection circuit is obtained.The analysis of invalid power supply is offered reference for the similar bug of other aerospace product.

DC/DC； filter； isolated； fuse

TN452

A

1674－6236（2012）03-0159-03

2011-11-15 稿件編號：201111081

張 軍（1966—），男，上海人，碩士，高級工程師。研究方向：航天電子產(chǎn)品設(shè)計。