最坏情况分析在卫星电源控制器中的应用

王艳芝

摘要

电源控制器是卫星一次电源子系统的关键设备，对保障卫星稳定可靠运行发挥重要的作用。本文基于最坏情况分析理论，利用Saber软件对卫星电源控制器中的主误差放大电路进行了仿真分析，讨论了元器件参数漂移和温度变化对输出电压的影响，并在此基础上提出了电路的薄弱环节，对电路的可靠性设计具有很好的参考价值和指导意义。

【关键词】电源控制器 最坏情况分析 主误差放大电路 薄弱环节

1 引言

最坏情况分析是GJB450的一个重要工作项目，其目的是评价电路在元器件参数偏移条件下其是否仍满足设计要求，及分析在元器件参数偏移条件下电路中元器件是否存在过应力的情况。

2 最坏情况分析方法

最坏情况分析大体上可以归为两种方法，一种是通过已知的元器件参数的随机分布规律，利用统计方法计算电路特性的分布规律，即蒙特卡罗分析。第二种最坏情况分析方法是分析在电路组成部分参数最坏组合下的最坏可能输出。

基于Saber软件进行最坏情况分析首先要确定进行分析的系统电路，然后定义元器件参数的偏差范围，建立被分析电路的仿真分析模型，根据己确定的待分析电路的具体要求和条件，借助仿真软件对该电路进行最坏情况电路分析。将分析结果与设计要求进行比较，若符合要求则分析结束;若不符合要求，则重新选择元器件参数或更改电路结构，并对改进后的电路继续进行最坏情况分析，直到满足要求为止。

3 电源控制器原理分析

电源控制器是卫星一次电源子系统的关键设备，承担着整星电能的传输、转换和控制任务，动态调节发电、储能和负载之间的功率平衡。大功率电源控制器常采用三域控制，主误差放大器（MEA）统一控制太阳电池阵的分流和蓄电池的充放电，以保证母线电压稳定。光照期太阳电池阵的输出功率通过顺序开关分流调节器（S3R）传递到母线，并通过蓄电池组充电调节器（BCR）对蓄电池组进行充电;阴影期蓄电池组通过PCU的放电调节器 （BDR）输出功率，满足负载的功率需求。

4 最坏情况分析

4.1 常态仿真结果

MEA电路的主要功能是完成对误差信号的比例积分。为了保证母线电压调节精度，电路设计上的主要措施是对误差放电器采用比例积分方式来替代纯粹的比例放大方式，电路具有更高的直流增益。根据元器件资料及元器件参数，在仿真环境下建立电路的仿真模型，并对电路进行常态仿真分析，仿真结果如图1所示。

由上图可知，MEA电路输出的电压值能稳定在1V到26V之间全域稳定调节。

4.2 确定元器件相关参数最坏情况值

本文采用的是最坏情况分析中的蒙特卡罗分析，需收集MEA电路中相关元器件的参数最坏情况值。根据最坏情况极值数据库的相关资料，环境温度、器件老化对元器件参数的影响及其他元器件偏差值。其中电阻初始误差±1%，温度老化误差±1.2%;电容初始误差±10%，温度老化误差±10%;三极管值温度老化误差-1.2%;电源电压温度老化误差±10%;稳压管稳压值温度老化误差±0.1%。

4.3 MEA电路最坏情况应力分析

蒙特卡罗分析给出了模型参数值在浮动范围内随机取样，对所取的参数值进行分析，检验器件在一定范围内浮动对输出的影响。对电路进行蒙特卡罗分析，仿真结果如图2所示。

仿真结果表明，考虑稳定和老化因素对母线误差放大电路电阻、直流电压源造成的影响时，MEA电路输出的电压值仍能稳定在1V到26V之间稳定调节。

4.4 薄弱环节分析

MEA电路中稳压管稳压值受温度影响，温度升高时稳压值变大，母线输出电压略微增加，温度降低时稳压值降低，母线输出电压减小。稳压管的Ctv是+0.07%/℃，此次分析稳压值范围采用6.18-6.22V，即上下温漂28.57℃。由仿真結果可以看出，在温度影响下稳压管稳压值会上下浮动，母线电压输出值也会上下浮动，在电路设计时，需要注意挑选高性能的稳压管，防止稳压值变化时母线电压输出值浮动范围过大，影响电路性能。

5 结论

本文采用Saber软件对卫星电源控制器中MEA电路进行了仿真分析，讨论了元器件参数漂移和温度变化对输出电压的影响，并在此基础上提出了电路的薄弱环节。最坏情况分析可以对卫星电源控制器的电路性能进行评估，同时也为电源控制器的可靠性设计提供了一种有效方法，对电源控制器的工程研制具有重要意义。

参考文献

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[2]赵春阳，陈洪涛.100V母线10kW级电源控制装置发展初探[J].电源技术，2008，32（09）：628-630.