Проект: Разработка многоканального вторичного источника питания с гальванически развязанными каналами для космического аппарата

Конечный продукт должен состоять из 1 Пояснительной записки, содержащей в себе 1.1 Выбор и обоснование схемы вторичного источника питания. 1.2 Формулы аналитического расчета требований к элементам. 1.3 Выбор и обоснование примененной электронной компонентной базы 1.4 Расчет основных энергетических и конструкционных характеристик – КПД, занимаемой площади, занимаемой массы, удельной мощности преобразователя. 2 Имитационной модели, позволяющей 2.1 Оценить корректность расчета и выбора элементов. 2.2 Провести исследование работы преобразователя при различных условиях – изменение температуры, входного напряжения, выходной мощности и т.д. 2.3 Оценить основные электрические и энергетические параметры преобразователя – токи, напряжения, КПД. 3 Результатов экспериментального исследования, включающих в себя 3.1 Конструкционные и энергетические параметры макетного образца. 3.2 Осциллограммы основных токов и напряжений преобразователя.

В связи с повышением требований по удельным энергетическим характеристикам, предъявляемым к энергопреобразующей аппаратуре (энергопреобразующий комплеск - не менее 300 Вт/кг, отдельные блоки энергопреобразующей аппаратуры - не менее 1000 Вт/кг), необходим переход к сложным алгоритмам управления и схемам преобразования энергии. Реализация такого подхода требует энергопитания обширной сенсорной сети (датчики входного/выходного напряжения и токов), систем цифрового управления, драйверов управления полумостами и верхними ключами, приемовыдачи команд управления и телеметрии, и множества важных функциональных узлов не имеющих гальванической связи между собой. Применение ВИП на основе однотактных схем (по типу обратноходового преобразователя, либо косого моста) приводит к резкому росту массы и габаритов трансформатора из-за большого числа обмоток и витков в них, даже для малых токов (до 100 мА). К примеру, при питании от 100 В, для 5 выходных каналов по 15 В, 100 мА, суммарное число витков на магнитопроводе 2500НМС7 составляет более 500, что является чрезмерным. Применение готовых ВИП отечественного производства по типу СПН, ПНВ, ИВЭП70 является невозможным, ввиду большого размера и массы, а также малого количества выходных каналов (не более 3), в том числе связанных между собой. Кроме того, современные интегральные ВИП космического уровня качества от отечественного и зарубежного производителей не обладают требуемым уровнем надежности, обеспечивающим сохранение работоспособности при единичном отказе. Соответственно, разработка многоканального ВИП для системы электропитания космического аппарата является актуальной.

Предметами разработки и исследования являются схема преобразователя, методика расчета и выбора элементов, энергетические и конструкционные характеристики преобразователя.

Экспериментально-теоретический уровень - проведение информационно-патентного поиска, применение математического и имитационного моделирования, а также экспериментальные исследования.

1. Высокая надежность (преобразователь должен выдерживать единичный произвольный отказ в любом из выходных каналов без потери энергоснабжения по другим каналам). 2. Высокие удельные электрические и конструкционные характеристики (удельные энергетические показатели ВИП - не ниже 300 Вт/кг, занимаемая площадь - не более 100 см2). 3. Высокая доля отечественных элементов (не менее 75%, в связи с импортозамещением в критически важных отраслях промышленности РФ).

Задел отсутствует.

Конкурентными преимуществами являются: - наличие большого числа гальванически развязанных между собой и выходом каналов; - максимальное использование элементов отечественного производства (импортозамещение); - возможность гибкой настройки сетки выходных напряжений. Отечественные аналоги 1. СПН2В-27-50-15 – входное напряжение не выше 27 В, один выходной канал, удельные характеристика - 555 Вт/кг. 2. ПНВ27-15,0-1,35Б – входное напряжение не выше 27 В, один выходной канал, удельные характеристика - 307 Вт/кг. 3. ПНВ27-15,0-2,0К – входное напряжение не выше 27 В, один выходной канал, удельные характеристика - 167 Вт/кг. 4. ИВЭП27-07 – входное напряжение не выше 36 В, два выходных канала, удельные характеристика - 128 Вт/кг