卫星电源分系统可靠性设计与研究

4 二次电源模块的可靠性分析与冗余设计

为了提高电源系统供电的可靠性，对二次电源的设置在设计中应引起高度的重视。尽量选用在01星或在轨使用过的成品DC/DC模块，并根据用电负载的需求采用冷备份措施，在保证二次电源用户负载供电电源可靠的前提下，降低二次电源的自耗，提高电源系统供电利用率。

5 工作电源的可靠性分析与冗余设计

电源控制器中控制模块使用的工作电源取自一次电源母线，工作电源有两个模块并联组成。当其中一个工作电源模块发生故障时，即自动退出供电回路，由另一个工作电源模块完成供电，保证控制电路的用电，电路故障则通过隔离二极管来隔离。

热设计

热设计方面继承了其他卫星产品的热设计经验。同时，根据该卫星电源分系统设备的自身发热的特点，具体采用如下措施。

（1）电池单体选择侧卧安装方式，每个单体蓄电池之间安装L形导热板，并用导热胶填充缝隙，从而提供尽可能短的传热通道和良好的传热介质，使热量能通过导热板底边传递给热控系统统一处理。

（2）严格控制设备在制造、安装过程中的平面度要求。

（3）根据可能出现的最大发热功率，设计散热面积。

（4）尽可能将发热量大、功耗大的器件安装在散热底板上。

电路保护措施

1 滤波电容防短路保护

为了提高一次电源母线输出供电品质，在电源控制器的母线输出端采用了滤波电容阵，由多只钽电容并联组成。因此，对于电容阵的可靠性设计，主要是防止钽电容的短路失效。为了防止钽电容短路造成母线短路失效，在每一只电容上串联一只保险丝的可靠性措施，保护电路如图2所示。

2 工作电源输入保护

电源控制器使用的工作电源取自一次电源母线。为保护母线电源，在每个工作电源输入端采用保险丝与限流电阻并联保护措施，保护电路如图3所示。

3 二次电源输入保护（DC/DC）

电源控制器中遥测变换电路使用的二次电源以母线电源为输入电源，工作电源采用DC/DC变换型电源。设计选用了成品INTERPOINT公司电源模块，电源输入端使用了该公司的EMI-461滤波器，保险丝与限流电阻并联保护措施，保护电路如图4所示。

4 过流、过压保护

放电调节电路中的每个功率模块都设置了过压保护，可以避免由于放电调节模块输出电压升高对卫星负载造成的过压冲击。

放电调节电路每个功率模块都设置了过流保护，防止由于负载电流过大而造成放电调节模块损坏。

按照卫星负载安全用电要求，各分系统负载使用电源母线都必须要串接保险丝或限流电阻。因此，电源系统的过流保护值必须要与分系统负载用电保护统一协调，既要使电源系统在负载出现短路故障时得到保护，又要能够输出足够的电流熔断故障负载的保险丝。

电源系统放电调节模块的过流保护为限流型技术，当负载出现故障，电流剧增时，限流电路启动，将电源的输出电流限制在大于最大输出电流的某一个电流值。过流电路具有自恢复功能，当外界负载故障排除以后，限流保护功能自行消失，恢复正常供电状态。

图5  遥测输出保

5 遥测变换电路输出保护

按建造设计规范要求，遥测输出采用了双向限幅电路和限流保护措施，保护电路如图5所示。

6 遥控输入保护

遥控输入采用限流电阻保护措施，如图6所示。

图6  遥控输入保护

CMOS器件可靠性设计

卫星电源分系统电源控制器产品使用了C4071等CMOS器件。按照CMOS电路使用有关标准的要求，采取了如下保护措施。

（1）CMOS电路抗锁定措施。每一块CMOS电路在电源VDD端、输入端、输出端都串接限流电阻，限流电阻的选择满足抗锁定的原则，同时也满足电路设计要求。

（2）避免长线传输。CMOS器件的输入接口只限于在部件产品内部传输，不存在电连接器接受星上其他部件或分系统的控制信号。

（3）多余输入端处理。CMOS器件多余的输入端根据逻辑状态的要求接VDD或VSS，或者与在用的输入端并联。