電源系

こんばんは、電源系稲垣です。

今日は気分でDCDCコンバータと三端子レギュレータに関してです。
電源装置になくてはならないもの、そう！それは！整流装置つまりDCDCコンバータと三端子レギュレータです。
DCDCコンバータとはコイルやFETを組み合わせた回路で構成される整流装置で電力変換効率は高いのですがデジタル制御なので三端子レギュレータに比べて信頼性は劣ります。
三端子レギュレータアナログ素子で周辺回路はアウト側とイン側のコンデンサくらいです、しかし三端子レギュレータは効率が悪いので発熱などの問題がありあまり人工衛星やある程度電力量のある装置では使用されません。
OPUSATではDCDCコンバータをメインで使用しています。
しかし、稲垣マジックによりDCDCコンバータが全損して断線しても、故障して過電圧を出力しようとも4.95Vを出力し各機器へ供給できます。それも全自動で、デジタル制御抜きでです。柳田君がアナログマジックって言ってた。

DCDCコンバータには昇圧型や降圧型があります。どちらも実際に使ってみたのですが、
やはり降圧型の方が安定してます、ノイズにも強いし電流も流れやすいし効率もいい。
という事で降圧型を使おうかなぁ。
昇圧型はコンデンサの配置でも性能が変わるし出力電流の変化にも弱いし。

しかし、DCDCコンバータは昇圧型の方が信頼性が高いのです。
なぜか？
それは内部回路を詳しく調べれば分かります。
降圧型DCDCコンバータはスイッチが直列に接続されていますが、昇圧型は並列です。
基本的にFETの故障モードは絶縁低下です。
よって降圧型は断線してしまう
よって昇圧型はそのまま通電です。

しかし、例外が存在します
それは万が一FETがショートモードで故障した場合です。
ショートモードの場合昇圧回路はショート状態に、
降圧回路は通電状態です。
つまり昇圧回路の信頼性を回路上で生かすような設計をする場合、
故障モードが絶縁低下のみのFETを使用するか、電子ヒューズを適切なところに接続してやる必要があるのです。
そうすれば昇圧回路は降圧回路の用な断線という最悪の状態になることは決してありません。
本衛星の実験では物理破壊以外では決して断線しませんでした。

つまり昇圧回路は使用する部分を上手に選べばその長所をいかんなく発揮できるのです。
キューブサットにはそういった箇所が2つ存在します。
それは、電圧と電流量が非常時でもある程度保証されているところです。

また今回のOPUSATではLi-Cの放電用に少し特殊なDCDCコンバータを開発しています。
それは、0.02Vあれば5Vを出力でき5.5V入力をしてきても5Vを出力できる昇降圧DCDCコンバータです。
しかも効率は75%～92%です。基本的に出力電流は低い昇降圧DCDCコンバータなのですが、電流値は周辺回路を自作することで2Aまで出力できるようになりました。
これを使用すればLi-Cの性能をかなり向上できます。
すごい！！柳田君がデジタルマジックって言ってた。


最後にDCDCコンバータ自体が電圧制御に使用する自己消費電力に関してです。
これが以外と厄介で3つの降圧型DCDCコンバータを同時に使用すると100mW近く消費してしまいます。
実はこれをもっと減らすことが出来ます。
それも制御動作の質を落とすことなく。
こんかいOPUSATではアナログ回路の工夫で自己消費電力を55%削減出来ました。
これにより電源効率を大きく向上できました！！
柳田君がなにも言ってなかった。

という感じでDCDCコンバータだけでもいろいろあります。
つまり、他の所にもいろいろあるのですがまた次回
ではでは。