6.4.1　可靠性设计

6.4.1　可靠性设计

6.4.1.1　保护电路设计

从母线输入开始到DC/DC转换输出，中间根据设计需求，一般具备限流保护电路、浪涌电流抑制电路、滤波电路和遥控指令继电器电路。保护电路工作原理如图6-15所示。

限流保护电路通常采用限流电阻加熔断器的非平衡方式，以两个具有相同额定电流的熔断器并联，其中一个支路上串联一个限流电阻，限流电阻的阻值大于熔断器直流电阻值的10倍。所选熔断器应具备抗瞬态过载的能力。当设备发生不致损坏母线的瞬态过载时，熔断器不得熔断。瞬态电应力（浪涌电流）会产生热循环和机械疲劳，影响熔断器寿命。在核算承受电流能力时要分别核算幅值及时间，即浪涌电流的I2t要小于熔断器幅值过载倍数对应的最小额定熔化热能值的一半。以上海松山电子有限公司生产的熔断器为例，其5 A保险丝额定熔化热能I2t值为4.6，根据其脉冲冲击次数和熔化热能I2t关系特性曲线，当实际熔化热能小于额定熔化热能值的22%时，可以承受10万次脉冲电流的冲击。所选熔断器同时也应具备在超过额定电流工作一定时间后必定熔断的特性，从而确保故障的隔离。

图6-15　保护电路工作原理图

1）电阻保护电路

小电流（＜150 mA）的用户尽可能采用限流电阻作为母线保护电路，但是限流电阻的阻值不小于5Ω。卫星负载（星上仪器设备、设备）电路短路时，保护电阻应能在较短时间内（数秒）变大，使被保护电路的工作电流＜150 mA。电阻器功率值的取值不能太大，R的额定功率一般为1/8～1/4 W，根据使用经验，负载电路短路时施加于电阻器上的功率为电阻器额定功率的50～100倍。电阻器母线保护电路原理如图6-16所示。可以采用并联一路保险丝且串联一个电阻的模式。

图6-16　电阻器母线保护电路原理图

2）熔断器保护电路

当选用双熔断器时，熔断器保护电路必须设计在电路入口端，采用两个相同额定电流的熔断器并联使用，其中一个支路上必须串联一个限流电阻，限流电阻的阻值应大于熔断器直流电阻值的10倍以上。若相应母线设备上的最大额定工作电流为Ie，则其中任一熔断器的额定工作电流应满足下式：

选取其中满足上式的具有较大标称额定值的熔断器。对于浪涌电流较大的容性负载，安全系数的取值应慎重考虑，并经过一定的验证试验后给出较为确切的安全系数。采用双熔断器进行短路保护时要设置测试点，且具有可测试性。熔断器保护电路如图6- 17所示。

图6-17　熔断器保护电路图

6.4.1.2　电磁兼容性设计

DC/DC变换器入口处加滤波电容，输出口加滤波电容和电感。电源滤波器的输入端尽量靠近一次电源的输入口，滤波器的输入输出进行隔离，电源滤波器与DC/DC模块的间距尽量短，连接的印制线尽量宽，其宽度和长度的比值尽量靠近；输出的供电印制线尽量宽，印制板与模块机壳保持良好接地状态；对模块的输入、输出增加滤波电路等。滤波器中的电容导线和接地线尽量短，防止容抗和感抗在某个频率上引起谐振；滤波器中的电容与其他元件正交放置，防止相互耦合。另外，考虑DC/DC变换器共模信号的滤波需要，可以设计一个共模扼流圈和电容组成的滤波器，以降低共模电流的影响。设计中尽可能选用多层印制板电路，在布板时单独设置电源层和地层，模拟电源与数字电源网络分开设计、模拟地与数字地的网络分开设计，整个电路可以采用大面积接地设计。

6.4.1.3　剩磁设计

电流走向相反的线尽量保持平行，尤其所有差分信号线走平行线。尽可能采用非磁性材料和元件，以降低单机磁矩。继电器安装尽可能成对放置，如图6- 18所示。

图6-18　继电器安装方式示意图