1引言

電子產品，特別是星載開關電源的設計是一個復雜系統工程，不但要考慮電源本身參數設計，還要考慮電氣設計、電磁兼容設計、安全性設計、熱設計等方面。因為任何方面哪怕是極微小的疏忽，都有可能導致整個星載電源甚至整顆衛星的崩潰，所以星載電源產品可靠性設計極關重要。

2開關電源電氣可靠性設計

2.1電路拓撲的選擇

開關電源一般采用buck型、boost型、Cuk型、雙管正激型、雙管反激型、單端正激型、單端反激型、推挽型、半橋型、全橋型等十種拓撲。為防止開關管承受兩倍直流輸入電壓并考慮到降額使用，一般采用雙管正激型和半橋型電路。而推挽型和全橋型拓撲雖然也承受單倍直流輸入電壓，但可能出現單向偏磁飽和，使開關管損壞，故在高可靠性工程上一般選用雙管正激型和半橋型電路拓撲。

2.2控制方法的選擇

電流型pWM控制較電壓控制型有如下優點：自動對稱校正、固有的電流限制、簡單的回路補償、紋波比電壓控制型小得多和良好的并聯工作能力。硬開關技術因開關損耗的限制，開關頻率一般在400kHz以下；軟開關技術利用諧振原理使開關器件在零電壓開通或零電

流關斷，實現開關損耗為零，從而可使開關頻率達到兆赫級水平。但是軟開關技術重要應用于大功率電源，中小功率電源中仍以pWM技術為主。

2.3元器件的選用

元器件直接決定了電源的可靠性，元器件的失效重要集中在以下四個方面：

（1）產品質量

質量問題造成的失效與工作應力無關。在衛星工程應用時選用定點生產廠家的成熟產品，不允許使用沒有經過認證的產品。

（2）元器件可靠性

元器件可靠性問題即基本失效率的問題，這是一種隨機性質的失效，與質量問題的差別是元器件的失效率取決于工作應力水平。應先對元器件進行應力篩選試驗，通過篩選可使元器件失效率降低1～2個數量級，當然篩選試驗代價(時間與費用)很大，但綜合各方面因素還是合算的，研制周期也不會延長。電源設備重要元器件的篩選試驗一般要求：①電阻在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品。②普通電容器在室溫下按技術條件進行100％測試，剔除不合格品。③接插件按技術條件抽樣檢測各種參數。④半導體器件按以下程序進行篩選：目檢→初測→高溫貯存→高低溫沖擊→電功率老化→高溫測試→低溫測試→常溫測試

篩選結束后應計算剔除率QQ=(n/N)×100%式中：N——受試樣品總數；n——被剔除的樣品數；

假如Q超過標準規定的上限值，則本批元器件全部不準上機，并按有關規定處理。

在符合標準規按時，則將篩選合格的元器件打漆點標注，然后入專用庫房供裝機使用。

（3）設計

（i）元器件的選用：

①盡量選用硅半導體器件，少用或不用鍺半導體器件。②多采用集成電路，減少分立器件的數目。③開關管選用MOSFET能簡化驅動電路，減少損耗。④輸出整流管盡量采用具有軟恢復特性的二極管。⑤應選擇金屬封裝、陶瓷封裝、玻璃封裝的器件。禁止選用塑料封裝的器件。⑥集成電路必須是一類品或者是符合MIL－M－38510、MIL－S－19500標準B－1以上質量等級的特種。⑦設計時盡量少用繼電器，確有必要時應選用接觸良好的密封繼電器。⑧原則上不選用電位器，必須保留的應進行固封處理。⑨吸收電容器與開關管和輸出整流管的距離應當很近，因流過高頻電流，故易升溫，所以要求這些電容器具有高頻低損耗和耐高溫的特性。由于受空間粒子轟擊時，電解質會分解，所以鋁電解電容也不適用于航天電子設備的電源中。鉭電解電容溫度和頻率特性較好，耐高低溫，儲存時間長，性能穩定可靠，但鉭電解電容較重、容積比低、不耐反壓、高壓品種(>125V)較少、價格昂貴。

（ii）降額設計：

電子元器件的基本失效率取決于工作應力(包括電、溫度、振動、沖擊、頻率、速度、碰撞等)。不同的元器件降額標準亦不同，實踐表明，大部分電子元器件的基本失效率取決于電應力和溫度，因而降額也重要是控制這兩種應力，以下為開關電源常用元器件的降額系數：①電阻的功率降額系數在0.1～0.5之間。②二極管的功率降額系數在0.4以下，反向耐壓在0.5以下。③發光二極管電壓降額系數在0.6以下，功率降額系數在0.6以下。④功率開關管電壓降額系數在0.6以下，電流降額系數在0.5以下。⑤普通鋁電解電容和無極性電容的電壓降額系數在0.3～0.7之間。⑥鉭電容的電壓降額系數在0.3以下。⑦電感和變壓器的電流降額系數在0.6以下。

（4）損耗

損耗引起的元器件失效取決于工作時間的長短，與工作應力無關。比如鋁電解電容長期在高頻下工作會使電解液逐漸損失，同時容量亦同步下降，當電解液損失40％時，容量下降20％。為防止發生故障，應在圖紙上標明鋁電解電容器更換的時間，到期強迫更換。