DC/DC电源模块失效案例分析

以DC/DC电源模块在实际使用中发生的失效为研究背景,介绍了该电源模块的基本结构和工作原理,并结合本案例中的实际失效情况,对常见电源模块的失效机理进行分析与阐述。最后对电源模块的设计、使用环节提出了几点建议。     

大电流输出DC-DC转换器瞬态响应的提高

涉及到64位微处理机使用的低压大电流输出DC—DC转换器，为了提高其动态响应而开发出同步并联倍流整流器。因此，在输出为1．3V／130A的原型机上以300A／μs的转换速率实现了50mV的输出电压偏差。     

高压大功率S3MPR电源控制器设计与验证

针对航天器平台一级能源变换高压大功率的应用需求,采用并联式DC/DC变换器的最大功率点跟踪(MPPT)拓扑结构,设计一种顺序开关分流最大功率调节(S~3MPR)电源控制器。为了解决传统S~3MPR技术的算法电路复杂、跟踪精度低等问题,兼顾航天器应用环境的特殊性,通过采用模拟电路实现的方式设计出一种基于交错扰动方法的MPPT控制算法电路。该算法可以实现太阳电池阵电压电流输出较大范围内精确跟踪其最大功率输出。研制了5 kW功率(10路太阳电池阵)的原理样机对设计进行试验验证,结果表明:电源控制器性能良好,满足高压大功率航天器平台的应用需求。     

X波段圆极化大功率整流天线研究

随着新时代能源互联网演进发展，传感器作为物联网中的最基础核心器件，对持续电源供给的需求与日俱增。采用无线能量传输可以实时便捷的为此传感器进行能量供给。现有成熟的整流天线设计多集中在5.8GHz以下，更高频段且大功率的整流设计鲜有涉及。本文重点研究一款工作在X波段的圆极化大功率整流天线，主要包括天线和整流电路优化设计2部分。天线采用圆极化设计，工作在9.6GHz频段，在0到45。的宽角度范围内都具有良好的圆极化轴比，可以灵敏的接收能量信号。整流电路基于双管并联结构和短路匹配支节进行设计，实测在1W的输入功率下可获得50%的整流效率。最后进行天线和电路的整合，并进行实测，300mW的发射功率下，在负载为40欧姆的情况下可获得1.25V的输出电压。实验结果表明，该结构可以有效的实现远距离能量传输。     

一种微波输能的高效二极管阵列整流电路设计与分析

微波无线能量传输是实现远距离无线传能的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一。微波整流电路是实现微波到直流转换的关键环节，为实现大功率、远距离微波无线能量传输，文章设计了一种频率为2.45GHz的二极管阵列整流电路，能在大功率下完成高效整流，且对负载变化的敏感度低。测试表明：在27dBm输入功率、150Ω负载下，MW DC转换效率最大达71.83%；输入功率为23~32dBm时的转换率高于65%；即使输入功率低至17dBm的转换率仍高于50%。因此，论文所提整流电路的输入功率动态范围大，最高可达32dbm，且转换效率高，可用于微波无线能量传输中。     

一种带上电时序控制及过脉宽保护功能的大功率调制电路研究

大功率脉冲调制电路根据雷达系统所需脉冲宽度及重频将连续电压信号调制为脉冲工作电压,可以改善GaN功率器件的效率与可靠性。为了提升调制发射脉冲信号的上升下降沿速度,提高大功率调制电路可靠性,提出一种新型带上电时序控制及过脉宽保护功能的大功率调制电路,该电路包括上电时序控制电路、过脉宽保护电路、大功率调制电路。通过对电路进行理论分析,给出详细参数并计算该电路参数,并对关键参数进行仿真及实测验证,该电路具有调制电压高,上升下降沿速度快等特点。经过测试验证,调制电压最高100V,调制频率最高可达500KHz,峰值工作电流超过20A,上升沿、下降沿小于30ns。具有广阔的应用前景。     

星载双行波管放大器的高效率Buck电路设计

行波管放大器具有可靠性高、输出功率大、宽频带、寿命长、线性度高等诸多优点，在星载大功率部件中扮演着重要角色。为了实现星载行波管放大器的轻量化和高效率，文章设计了一种星载大功率双行波管放大器用电源。通过优化设计Buck电路辅助开关管的工作时序，推导出了时序电路的优化设计公式，选用高饱和磁通密度的磁芯来合理设计辅助电感量，使双行波管放大器电源在整个宽负载范围下均实现了Buck电路的软开关工作，给出了满载下Buck电路的软开关实验波形。实验结果表明该设计可以显著提高双行波管电源中Buck电路的效率，整个负载范围内的效率均高于95%，最高效率达到了97.5%，降低了放大器的电源功耗，提高了双行波管放大器的整机效率和可靠性，降低了载荷的重量。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

电源转换模块LTC3780的工作性能仿真分析

为了获得可应用于航天器系统的稳定的供电电源,采用高性能升压-降压开关稳压控制器LTC3780,设计在低压、高压和正常供电时都能实现预期输出电压的电源转换电路;利用LTspice软件对该电源转换电路进行工作性能仿真,主要对不同输入电压时的输出电压和不同负载时的带载能力进行了仿真,通过仿真实现了稳定的电压输出和较强的带载能力。     

一种小型化的大功率微波整流电路

为了满足微波输能系统的大功率整流要求，本文基于多支路共用匹配阻抗的方法设计了一种微带线结构的大功率微波整流电路。首先采用微带线结构的功分器将输入的大功率微波能量分为较小功率的微波能量，然后在功分器的每一条支路上利用肖特基二极管阵列将微波能量转换为直流能量，且所有的支路共用阻抗匹配电路。最后将所有支路的直流能量合并输出，实现大功率微波整流。实验结果表明，当输入功率大于34 dBm时，实测直流输出功率大于1w；在输入功率为39.28 dBm时，整流电路的最高实测效率为44.27%；在输入功率为41.42 dBm时，整流电路的最高实测直流输出功率达到了5.84w。该微波整流电路工作于2.45GHz，尺寸为40mm×80mm，具有尺寸小、整流后直流输出功率大，易于集成的特点，可为易于集成的大功率微波整流电路提供设计指导。     

无开关损耗恒定频率谐振DC／DC变换器

本文给出了工作在恒定频率下、开关损耗接近零的两种不同谐振ＤＣ／ＤＣ变换器的电路结构图。给出的电路结构图还具有以下特点：１）开关损耗、缓总损耗近似为零；２）跨接在全桥开关输出二级管上的电压强度低；３）降低了对输出滤波器的要求；４）满负荷时不增加导电损耗。     

一种基于sCMOS的商业天基望远镜成像电路

基于工业级sCMOS传感器Gsense400BSI研制了一种高集成度、低成本、低功耗和高可靠性的成像电路，电路采用FPGA作为主控芯片，采用双DDR3实现数据缓存，电路包络尺寸为70mm×70mm×20mm。与此同时，为降低成本，提高电路的能效比和稳定性，选用有飞行经历的工业级器件，对供电纹波要求的低功耗供电网络和大功率器件散热布局等方面进行多项优化。通过测试得到该成像电路功耗小于2W。在没有主动制冷模块的情况下，该电路在轨工作良好。在轨成像期间sCMOS传感器温升不超过0.1℃，在某些应用领域摆脱了对制冷措施的依赖。由于sCMOS传感器具有高集成度、低噪声和高量子效率的特征，可用于实现对微弱星光的识别，应用自动曝光算法可快速得到合适的曝光时间范围，因此该电路在商业天基天文观测领域具有广阔的应用前景。     

基于谐波调谐的F类30W高效率放大器设计

文章基于CREE公司的CGH40025氮化镓HEMT器件，利用谐波调谐的方法，设计了一种L波段F类30W高效率放大器。该放大器由偏置电路、输入匹配电路及输出匹配电路构成。偏置电路由四分之一波长线和射频电容构成，完成电源供电与射频厄流作用。在输入匹配网络中，利用共轭匹配，完成增益最大化设计，同时，利用RC网络构成稳定电路。在输出匹配网络中，利用微带开路和短路阻抗线，完成了基波阻抗匹配、二次谐波阻抗短路和三次谐波阻抗无穷大的设计。在1.5GHz处进行连续波测试，放大器输出功率为45.02dBm（31.7W），增益为15.7dB，功率附加效率（PAE）为71%，漏极效率（DE）为73%。 在频率1.25GHz～1.52GHz的带宽内，功率变化范围为44dBm～45dBm，附加效率变化范围为50%～72%。 测试结果表明，通过谐波阻抗的设计与调整，完成了对放大器输出电压和电流波形的控制，从而达到高效率放大器设计的目的。     

一种用于高频频率合成器的低功耗可编程分频器

介绍一种应用于高频频率合成器的低功耗可编程分频器。分频器由双模前置分频器及数字可编程分频器构成。提出一种新的相位开关技术,并基于此技术设计了16/17双模前置分频器,模块结构简单,可工作于吉赫兹频段。数字部分采用一种优化算法,使得其输出模式控制信号可直接控制双模前置分频器的分频比,简化了整体电路结构,提高了电路工作速度。设计基于SMIC0.18μm1P6M RF CMOS工艺实现,后仿真结果表明,电路工作频率最高可达3GHz,在1.8V供电电压、1.4GHz工作频率时,双模前置分频器的功耗仅为1.8mW。     

新型高压大功率开关功率放大器的研制

文章针对大型电动振动台的需求,提出了一种新型高压大功率开关功率放大器的设计方法,采用绝缘栅双极性晶体管（IGBT）全桥逆变电路和脉宽调制（PWM）集成控制电路来实现,研制出的样机调试取得良好效果。文中还对大功率IGBT驱动电路、单极性倍频PWM调制和输出滤波器进行了详细的讨论。     

实现零电压开关的半桥DC—DC变换器的“改变占空比PWM控制”新方案

不对称控制方案是半桥隔离DC—DC变换器实现零电压开关（ZVS）的一种途径。但是由于电压不平稳和电流分量的压力，它不适宜于宽范围的输入电压。本文提出了一个半桥隔离dc—dc变换器的新“改变占空比PWM控制”方案，可以在没有不对称代价以及不增加额外元件的情况下实现ZVS工作。因为两个开关的占空比宽度保持相等。不对称电流和电压压力问题就消除了。说明了工作原理和主要特征。实验结果证实了用所提出的“改变占空比”控制方法可以获得较高的效率，尤其是在较高的开关频率。     

DC/DC变换器抗辐射试验

文章以ZHDC28S05/18W型数字化DC/DC变换器(额定输入28V,输出5V/3.6A)为例,制定了DC/DC变换器辐射总剂量和单粒子效应试验的方案并进行了摸底试验,根据试验结果更换了集成功率芯片LM2596-ADJ,使产品的抗辐射性能有了明显提高.     

行波管在轨可调高压数字化隔离控制电路设计方案

为了实现星载行波管放大器在轨功率和频率可调,需要遥控改变行波管的阴极电流和螺旋极电压。为了精准控制行波管的阴极电流和螺旋极电压以及控制灵活性,提出了用变压器隔离的串行数字化高压控制参考电压产生电路,电路通过传输两路脉冲信号：一路为开始和时钟复合脉冲,用于识别和准备接收数据以及分离时钟信号;另一路为数据信号,它是数字化的高电压值（对应螺旋极或阳极电压）。详细介绍了电路的组成、原理和参数设计方法,并用PSpice进行了仿真验证。仿真结果证明：电路能正确识别、接收和完成数据传输和转换功能。串行数字化高压隔离电路完全可以实现控制电压的精准传输,输出电压无纹波,控制方式灵活,易于调试。     

基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率，本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先，通过对整流电路的工作原理进行分析，得到整流电路的等效电路模型。然后，通过推导整流电路转换效率的公式，分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上，提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下，通过升高二极管的输入电压幅值，可以降低流过整流二极管的电流，从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明，在整流电路与功率源匹配良好的情况下，通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率，在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。     

临近空间飞艇电源系统新型拓扑结构研究

针对临近空间飞艇高压载荷的需求,文章研究了飞艇高压动力母线控制电路的拓扑结构,提出更高效、更实用的高压拓扑控制电路,设计了三电平电压变换拓扑结构,可有效减小元器件电压应力,解决高压动力母线带来的问题,提高系统的效率和可靠性。实验表明,三电平电压变换拓扑结构适用于高输入和高输出电压中大功率的应用场合,能够满足临近空间飞艇电源系统的需求。