Аппаратный комплекс для диагностики радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата на устойчивость к дугообразованию

При входном напряжении, равном 20 В, видно, что границы областей допустимых значений, полученные при практическом исследовании, отличаются от областей, определенных при математическом моделировании, не более чем на 10 %.

Заключение. Разработанная математическая модель может использоваться для моделирования и исследования работы комбинированного преобразователя с позиции нелинейной динамики, что подтверждается рядом математических и практических экспериментов.

Такой подход позволяет оценить поведение системы в зависимости от изменения параметров системы и определить границы допустимых значений номиналов компонентов схемы, благодаря чему повышается качество разработки и ее работоспособность в зависимости от влияния внешних факторов. Представлена возможность использования комбинированного преобразователя в качестве основы для построения унифицированного модуля системы электропитания КА.

Библиографические ссылки

1. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. М. : Техносфера, 2006. 632 с.

2. Design of an average-current-mode noninverting buck-boost DC-DC converter with reduced switching and conduction losses / C.-L. Wei [et al.] // IEEE Trans. Power Electron. 2012. Vol. 27, № 12. P. 4934-4943.

3. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей / А. В. Кобзев [и др.]. Томск : Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. 224 с.

4. Апасов В. И., Михальченко С. Г., Тановицкий Ю. Н. Аналитический способ определения моментов коммутации комбинированного преобразователя со стаби-

лизацией выходного напряжения, обеспечивающих одноцикловый режим работы // Докл. ТУСУР. 2015. № 2(36). С. 157-164.

5. Апасов В. И. Исследование работы комбинированного преобразователя со стабилизацией входного напряжения // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч. конф. : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 268-269.

References

1. Meleshin V. I. Tranzistornaya preobrazovatelnaya technika [The transistor converting technics]. Moscow : The Technosphere publ., 2006. 632 p.

2. Wei C.-L., Chen C.-H., H.-H. Ho, K.-H. Chen Design of an average-current-mode noninverting buck-boost DC-DC converter with reduced switching and conduction losses // IEEE Trans. Power Electron. 2012. Vol. 27, № 12. P. 4934-4943.

3. Kobzev A. V., Mihalchenko G. J., Mihalchenko S. G., Andrijanov A. I. Nelinyanaya dinamica poluprovodnik-ovyh preobrazoveteley [Nonlinear dynamics of semiconductor converters]. Tomsk : Publ. Tomsk state university of control systems and radioelectronics, 2007. 224 p.

4. Apasov V. I., Mikhalchenko S. G., Tanovitckiy Y. N. [Analytical method for determining the switching time of the combined converter with output voltage, providing single-cycle mode] // Doklady TUSUR. 2015. № 2

5. Apasov V. I. [Study of the combined converter with stabilization input voltage] // Materialy XVIII Mezdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XIX Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2015, P. 268-269.

© Апасов В. И., 2016

УДК 537.525

АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ДУГООБРАЗОВАНИЮ*

А. В. Батраков*1, С. Г. Кочура2, С. А. Попов1, С. Б. Сунцов2, А. В. Шнайдер1

1Институт сильноточной электроники СО РАН Российская Федерация, 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/3 2АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: * batrakov@Lve.hcei.tsc.ru

Представлены результаты испытаний экспериментально-аппаратного комплекса (ЭАК), реализующего метод обнаружения дефектов защитного изоляционного покрытия на печатных платах радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космических аппаратов (КА) с использованием сканирования плазменной струёй.

Ключевые слова: защита космических аппаратов от дугообразования.

'Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ. № КЛМБР160714Х0008.

"Космическое и специальное электронное приборостроение

HARDWARE SET-UP FOR DIAGNOSTICS OF SPACECRAFT ON-BOARD EQUIPMENT

ON RESISTANCE TO ARCING

A. V. Batrakov*1, S. G. Kochura2, S. A. Popov1, S. B. Suntsov2, A. V. Schneider1

institute of High Current Electronics SB RAS 2/3, Akademicheskij Av., Tomsk, 634055, Russian Federation 2JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: * batrakov@Lve.hcei.tsc.ru

The paper presents results of tests of the experimental hardware complex implementing the method to detect defects in a protective insulating coating on printed circuit boards of spacecraft electronic equipment with using a scanning plasma jet.

Keywords: protection of spacecrafts from arcing.

Введение. Проблема вторичного дугообразования связана с необходимостью использования напряжения питания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) уровня 100 В, что в разы превосходит падение напряжения на дуге (20... 30 В) [1], и в результате возможен подхват первичного разряда, в том числе на значительном удалении от источника первичной плазмы [2].

Использование защитных диэлектрических покрытий с электрической прочностью, значительно превышающей напряжение питания РЭА, позволяет снизить риск вторичного дугообразования практически до нуля, если покрытия не содержат сквозных дефектов сплошности. В этой связи одним из перспективных методов повышения резистентности РЭА к дуге является поиск таких дефектов.

Согласно теоретическим исследованиям [3] чувствительность метода должна гарантировать обнаружение дефектов характерного размера не менее 100 мкм.

Процедура тестирования. Тестирование основано на процедуре сканирования объекта тестирования плазменной струёй [4], при этом диаметр сечения струи может варьироваться от минимального, обеспечивающего погрешность локализации дефекта не более 5 мм, до максимального, обеспечивающего полное погружение объекта в плазму (рис. 1). Оценка размера дефекта производится по данным измерения тока утечки из плазмы на проводник [5]. При полном погружении осуществляется проверка объекта тести-

рования на наличие дефектов без их локализации и общая оценка интегральной площади открытой металлической поверхности. Использование процедуры полного погружения объекта тестирования в плазму позволяет сократить время тестирования для объектов, не содержащих дефектов сплошности диэлектрического покрытия.

Аппаратная реализация метода. Ключевым требованием при реализации метода является отсутствие рисков повреждения РЭА в процессе тестирования. Поскольку силовая электроника в настоящее время имеет, как правило, цифровое управление, плавающий потенциал плазмы не должен заметно превышать 5 В.

Для генерации плазменной струи использовался источник на основе газового разряда с полым катодом в аргоне, представленный схематически на рис. 2, а.

Потребление аргона источником плазмы составляло от 3 до 7 л/мин при давлении аргона в вакуумной камере на уровне 10 Па, что позволяло регулировать электронную концентрацию в плазме в пределах 108... 1010 см-3, как расходом газа, так и током разряда. Фотография плазменной струи представлена на рис. 2, б. Измеренные зондом значения плавающего потенциала плазмы в струе не превысили 5 В.

Процесс сканирования модулей РЭА реализован в автоматическом режиме. При сканировании регистрируется как ток с целью оценки размера дефекта, так и положение дефекта.

Рис. 1. Схематическое представление реализации метода в режиме сканирования плазменной струёй (а) и в режиме полного погружения в плазму (б). Объект тестирования: 1 - плата; 2 - элемент кабельной сети; 3 - источник плазмы; 4 - плазменный поток; 5 - источник напряжения смещения;

6 - ограничивающий ток резистор; 7 - измеритель тока

Рис. 2. Схематическое представление источника плазменной струи

За счёт растекания плазмы по плате диаметр струи увеличивается до 2 см (рис. 2, в), но при этом профиль распределения концентрации по сечению остаётся гауссовым, и по положению максимумов определяются координаты дефекта с погрешностью ±2 мм. Предел чувствительности при измерении тока из плазмы через дефект позволяет надёжно регистрировать дефекты диаметром 50 мкм и более.

Заключение. Аппаратная реализация метода обнаружения дефектов сплошности диэлектрического покрытия по токам утечки из плазмы, разработанного ранее [5], продемонстрировала эффективность данного метода и его безопасность для РЭА.

Библиографические ссылки

1. Handbook of Vacuum Arc Science & Technology: Fundamentals and Applications / ed. by R.L. Boxman. William Andrew Publishing, 2012. 774 p.

2. Физическое моделирование вторичного дугооб-разования в диапазоне давлений окружающей среды от атмосферного уровня до уровня вакуума / А. В. Батраков, Е. Л. Дубровская, К. В. Карлик и др. // Известия вузов. Физика. 2014. Т. 57, № 11. С. 7-11.

3. Theoretical Simulation of a Gas Breakdown Initiated by External Plasma Source in the Gap With Combined Metal-Dielectric Electrodes / A. V. Kozyrev, V. Yu. Kozhevnikov, N. S. Semeniuk et al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. Vol. 43, Iss. 8. P. 2294-2298.

4. Батраков А. В., Попов С. А., Шнайдер А. В., Способ контроля сплошности диэлектрического покрытия на элементах радиоэлектронной аппаратуры. Заявка на изобретение № RU2015151423, 2015, в стадии экспертизы.

5. Плазменный метод обнаружения дефектов изоляции в бортовой аппаратуре космических аппаратов / А. В. Батраков, С. А. Попов, Е. В. Нефёдцев и др. // Решетнёвские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 272-274.

References

1. Handbook of Vacuum Arc Science & Technology: Fundamentals and Applications, ed. by R.L. Boxman. -William Andrew Publishing, 2012. 774 p.

2. Physical Modeling of Secondary Arcing at Environmental Pressures in the Range from Atmospheric to Vacuum / A. V. Batrakov, E. L. Dubrovskaya, K. V. Karlik et al. // Russian Physics Journal. 2015. Vol. 57, № 11. P. 1459-1463.

3. Theoretical Simulation of a Gas Breakdown Initiated by External Plasma Source in the Gap With Combined Metal-Dielectric Electrodes / A. V. Kozyrev, V. Yu. Kozhevnikov, N. S. Semeniuk et. al. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. Vol. 43, Iss. 8. P. 2294-2298.

4. Batrakov A. V., Popov S. A., Schneider A. V., A method for controlling the continuity of the dielectric coatings on electronic equipment components. Patent application № RU2015151423, 2015, under expertise.

5. Plasma method for detecting insulation defects in on-board equipment of spacecrafts / A. V. Batrakov, S. A. Popov, E. V. Nefyodtsev et al. // Materialy XVIII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XIX Intern. Scientific. Conf "Reshetnev Reading"]. Krasnoyarsk, 2015. P. 272-274.

© Батраков А. В., Кочура С. Г., Попов С. А., Сунцов С. Б., Шнайдер А. В., 2016