DC/DC模块输入端电压反加后的影响分析

张 军，陈 铮，唐建锋，刘 超

（上海市空间飞行器机构重点实验室 上海宇航系统工程研究所，上海 201108）

DC/DC模块输入端电压反加后的影响分析

张 军，陈 铮，唐建锋，刘 超

（上海市空间飞行器机构重点实验室 上海宇航系统工程研究所，上海 201108）

在航天等空间产品中使用的分布式供电系统中，总体电路一般只提供27～30 V的直流一次电源，各单机产品大多采用DC/DC模块将该一次电源转换为所需的二次电源，并实现一次地与二次地的隔离。分析了INTERPOINT公司的DC/DC模块的输入端反接后，输入电压对DC/DC模块、电源保护滤波电路及负载的影响，通过仿真与验证试验，得出电源模块输入端反接后单机产品中电源保护电路发生作用，对产品中负载无影响，可以继续使用。电源模块失效分析对航天产品中电源模块中出现类似的故障后的处理提供了参考。

DC/DC；滤波器；隔离；熔断丝

在航天等空间电子产品中，一般多采用DC/DC模块将一次电源变换成产品所需的二次电源，从而实现一次地与二次地的隔离，常见的电源电路一般由熔断丝、滤波器及DC/DC模块构成，输出供应产品所需的±12 V电源。其输入端一般接28 V电源，由于操作失误，致使28 V电源加反，文中从理论分析、试验验证及仿真等方面对28 V电源加反后对熔断丝、滤波器、DC/DC模块及产品的影响进行了分析，着重指出了28 V电源加反的故障对产品负载无影响，产品负载电路可以继续使用。

1 影响分析

1.1 反接回路分析及验证

当图1所示的电源电路输入端的28 V接反后，反接的28 V电源通过滤波器（图2）的7脚→滤波器5、6脚→DC/DC（图3）的2脚，直接加至DC/DC模块中MOS管的源极S，MOS管的源级S恒为-28 V，MOS管处于绝对导通状态，在导通一瞬间，28 V电源电流主要流经DC/DC模块中的MOS管V1、变压器B1、滤波器中的R1及熔断丝FU1。其中VMOS的导通电阻的导通电阻为0.3 Ω，变压器原边的直流电阻在1 Ω以上，滤波器FMSA-461的电阻为0.65 Ω，熔断器FU1（0.5 A）电阻最小为0.152 Ω，综合上述分析，在28 V电源反接情况下的负载电阻在2 Ω左右，流经VMOS管及熔断丝的电流为14 A，超出了VMOS管漏源间的最大电流（10 A）及熔断丝的选用电流（0.5 A），可导致VMOS管及熔断丝的失效。

图1 采用INTERPOINT公司DC/DC模块及滤波器的电原理图Fig.1 Schematic diagram adopted INTERPOINT DC/DC converter and EMI filter

图2 INTERPOINT公司滤波器FMSA-461内部线路图Fig.2 The FMSA-461 inner diagram of INTERPOINT EMI filter

图3 INTERPOINT公司DC/DC模块MCH2812D内部线路图Fig.3 The MCH2812D inner diagram of INTERPOINT DC/DC converter

将熔断丝、滤波器及DC/DC模块送元器件失效中心进行分析，证实熔断丝已熔断，DC/DC模块开盖后的内部形貌图如图4所示，从图4可知与输入地端（INPUT COMMON）pin2相连的场效应晶体管源极（S极）的金丝从中间部分熔断，可清晰看到熔球形貌。从熔断的金丝形貌判断，该样品受到过电流冲击，导致金丝熔断，样品失效。另外，滤波器内2 μF的极性电容及DC/DC内0.47 μF的极性电容在承受反向28 V电压后，极性电容会损伤，虽然开盖后的器件未发现电容有损伤的痕迹，但为可靠起见滤波器也应更换。

1.2 DC/DC输出端影响分析

图4 失效DC/DC模块内部形貌图Fig.4 Appearance of the invalid DC/DC circuit

由于DC/DC输入输出间是采用变压器隔离的 （至少100 MΩ、500 V），28 V反向电压不会存在影响DC/DC后端负载的潜电路。另外，从图3的原理图中可分析，当MOS管在28 V接反导通的情况下，该MOS管处于导通状态，DC/DC内部变压器的原边存在恒定的电流，由于电流的恒定使得变压器的磁场保持不变，在磁场没有变化的情况下，变压器的付边不会产生变换的电压电流，即从MOS管导通到熔断丝熔断这个过程中DC/DC输出端没有电压输出。换言之，DC/DC变换器只有在PWM控制器起作用的情况下产生交变的磁场后，才会在付边得到隔离后的变换电压。

为进一步确认28 V电源反接后对输出的影响，按照图1进行了故障复现试验，用示波器监视DC/DC（MCH2812D/883）模块的输出电压。通过试验可以得出当DC/DC输入反向28 V电压后，输出端没有电压输出，示波器未捕捉到任何电压的跳变，试验后测试熔断丝，发现熔断丝已熔断保护。

2 仿真分析

为分析电源端反接对驱动器内部电源电路造成的影响，在PSPICE软件环境下建立了仿真模型分析。其中电源滤波模块的仿真模型与图2一致；DC/DC模块为图5所示的反激式DC/DC电源仿真模型。

图5 DC/DC模块的仿真模型Fig.5 The simulation model of DC/DC converter

在仿真模型的基础上将电源反接，可以得到驱动电路的仿真结果，图6为电源反接情况下电源滤波器输出电压波形。图7为电源反接情况下DC/DC模块输入电压、输出电压波形。由图6和图7可以看出当电源反接，即输入电压为-28 V时，滤波器输出电压也为-28 V。此时DC/DC模块在内部元器件没有损坏的情况下，输出电压近似为0 V，证实输入电源反接后对输出负载无影响。

图6 滤波器电压输出波形Fig.6 The output voltage waveforms of fiter

图7 DC/DC模块输入及输出电压波形Fig.7 The input and output voltage waveforms of DC/DC converter

3 结 论

文中通过理论分析、试验验证及仿真结果，对采用滤波器及DC/DC模块将一次电源变换成电子负载所需的二次电源并实现地隔离的电源电路，在28 V一次电源加反后的故障情况进行了详细分析，得出受损的电路为前端的熔断丝、滤波器及DC/DC模块，而后端的负载电路因DC/DC的无输出而无影响，可以继续使用。文中的研究结果对广泛采用这一供电形式的航天等电子产品出现类似故障后的分析处理具有一定的参考意义。

[1]张乃国.电源技术[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2]涂会田.中小型变压器[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3]恩云飞，罗宏伟，来萍.电子元器件失效分析及技术发展[J].失效分析与预防，2006，1（1）:40-43.

EN Yun-fei，LUO Hong-wei，LAIPing.Developmentof electron component failure analysis[J].Failure Analysis and Prevention，2006，1（1）:40-43.

[4]沙占友，李玮.开关电源输入端保护元件及电路设计[J].电源技术应用，2009（11）：1-5.

SHA Zhan-you，LI wei.Design of input protection components and circuits for thes switch-mode power supply[J].Power Supply Technologies and Applications，2009（11）:1-5.

[5]孙肖子，张企民.模拟电子技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[6]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，2001.

Effective analysis when the input of DC/DC power supply of INTERPOINT is reversed

ZHANG Jun， CHEN Zheng， TANG Jian-feng， LIU Chao
（Shanghai Key Laboratory of Spacecraft Mechanism，Shanghai Institute of Aerospace System Engineering，Shanghai201108，China）

The distributed power supply system of the aerospace only provide a 27～30 V DC power supply，the products for aerospace adopt DC/DC power supply to convert the first power source to the secondary power source，and isolate the ground of the first power source and the secondary power source.When the input of DC/DC power supply of INTERPOINT is reversed，the effect of input voltage to the DC/DC power supply，to filter and protection circuit for power supply and to the load of is analyzed in this paper.The simulation and experiment result for load of the product is protected by protection circuit is obtained.The analysis of invalid power supply is offered reference for the similar bug of other aerospace product.

DC/DC； filter； isolated； fuse

TN452

A

1674－6236（2012）03-0159-03

2011-11-15 稿件编号：201111081

张 军（1966—），男，上海人，硕士，高级工程师。研究方向：航天电子产品设计。