第446章 归零（第1页）

2020年1月10日，综合突防系统的首台工程样机完成了装配，在研究所的电磁兼容实验室进行了首次通电测试。这本应是一个值得庆祝的节点。吴专家带着团队连续奋战了将近三个月，把电磁兼容性整改方案转化为具体的硬件设计，画了几百张电路图，做了几十块高密度的多层印制板，焊接了数千个元器件。样机装配完成的那一刻，他的手指上全是烫伤和焊锡的痕迹，但脸上挂着一种只有亲手把东西做出来的人才有的笑容。然而，通电测试的结果让这个笑容凝固在了脸上。测试开始后的第三分钟，样机的电源模块温度异常升高。红外热像仪显示，模块表面的温度在短短十几秒内从室温飙升到了近九十摄氏度。操作员紧急切断了电源，但一股焦糊味已经弥漫开来。吴专家亲自拆开了电源模块。一块关键功率器件——一只大功率osfet——已经烧毁，封装表面有一道明显的裂纹，周围的印制板被高温烤成了深褐色。备用模块换上去，同样的问题再次出现，只是时间稍长了一些。不是偶然的器件失效，是设计缺陷。消息传到秦念耳朵里的时候，她正在总体室审核艇弹一体化发射系统的接口控制文件。老韩把吴专家的电话记录放在她面前，她没有皱眉，没有叹气，只是放下了手中的笔，拿起电话拨了过去。“吴主任，情况我已经知道了。明天上午，你带团队来我办公室，从头到尾把问题过一遍。”第二天上午九点，吴专家带着两个核心工程师准时出现在秦念办公室门口。三个人脸色都不太好，眼圈发黑，显然昨晚没有睡好。秦念让他们在沙发上坐下，自己搬了把椅子坐在对面。茶几上摊开了一张电源模块的原理图，是吴专家昨晚连夜打印出来的，上面用红笔圈出了几个可疑的地方。“从最开始说。”秦念的语气很平静，像在听一个技术汇报，而不是在追查一个可能让项目延期数月的问题。吴专家深吸一口气，开始从头梳理。电源模块的设计采用了dc-dc变换拓扑，输入是弹上的一次电源——一个不稳定的直流母线，输出是突防系统各组件需要的多路稳压电源。为了在有限的体积内实现高效率和高功率密度，他们选用了一款新型的同步整流控制器和与之配套的大功率osfet。这套方案在仿真中表现完美——效率超过百分之九十二，热耗散在可控范围内，所有的开关波形干净利落。“问题出在哪儿？”秦念问。“我们反复测了三天，终于找到了原因。”吴专家翻开自己的笔记本，上面密密麻麻记录着每一次测试的波形和数据，“osfet的驱动信号在轻载和重载切换时会出现一个短暂的直通现象——上下管同时导通，形成贯穿电流。这个直通时间很短，每次只有几十纳秒，但电流峰值很高。在正常工作模式下，这种偶尔出现的直通不会立即烧毁器件，但我们的电源模块在实际工作中负载变化非常频繁，直通现象反复累积，最终导致器件过热失效。”秦念拿起原理图，盯着驱动电路的部分看了很久。她的手指在图上的几个电阻电容之间移动，像是在默默计算什么。“驱动电阻的取值是根据什么确定的？”“根据osfet的输入电容和开关频率，按标准公式计算的。”吴专家回答。“有没有考虑过布局寄生参数的影响？”吴专家沉默了。这个问题戳到了痛处。原理图设计时考虑了驱动电路的匹配，但在pcb布局布线时，为了把整个电源模块压缩到规定的尺寸内，驱动回路走线不得不绕了一个比较大的弯，引入了额外的寄生电感和寄生电容。仿真模型中用的是理想布线模型，没有把这些寄生参数考虑进去。而这些寄生参数，正是导致驱动信号畸变、产生直通现象的罪魁祸首。秦念把原理图放回茶几上，身体往后靠了靠。“吴主任，这个问题怎么解决？”吴专家显然已经想过很多种方案。他说出了自己的想法：“第一，重新布局驱动回路，把驱动器和osfet之间的距离压缩到最短，减少寄生参数。第二，在驱动回路中增加一个微调网络，用小电阻和电容来补偿寄生参数的影响。第三，修改控制器的死区时间设置，从软件层面消除直通的可能。”“三种方案并行做。要多久？”“重新布局至少两周，新板子投板加工再加一周。微调网络和软件修改可以在现有板子上先验证，一周左右能出结果。”秦念点了点头。她没有说“尽快”，没有说“抓紧”，她知道吴专家心里比谁都急。她只是说了一句：“这个问题的归零报告，我要看到所有的测试数据、故障机理分析、改进措施验证结果。一份都不要少。”吴专家站起来，郑重地点了点头。走到门口的时候，他回过头来，嘴唇动了动，想说什么。秦念摆了摆手，示意他不用说了，赶紧去干活。，！接下来的两周，吴专家带着团队几乎住在了实验室里。重新布局不是简单地挪一挪元器件位置，而是要重新设计整个电源模块的印制电路板。驱动回路被大幅缩短，osfet和驱动器之间的距离从原来的将近三十毫米压缩到了不到八毫米。关键信号线两侧铺了地平面，形成了良好的返回路径，大幅降低了回路电感。为了在有限的空间内完成这个优化，结构工程师不得不把旁边几个电容的位置做了调整，整个模块的布局几乎推倒重来。新板子投出去之后，吴专家没有闲下来。微调网络的验证在老版板子上同步进行。他们在驱动回路上串联了一个很小阻值的电阻，并联了一个很小容值的电容，反复调整参数，反复测量波形，找到了一个最优的匹配组合。同时，控制器的死区时间设置也被修改了，从原来的固定值改成了一个可以根据负载电流动态调整的自适应值——这需要重新烧写控制器的固件，而固件的修改又涉及到和弹上计算机的通信协议调整，一环扣一环。软件修改的那天晚上，霍明远也被叫了过来。突防系统和制导系统共享弹上计算机的资源，电源管理固件的改动可能会影响到制导系统的供电时序。霍明远看了修改方案，认为风险可控，但要求做一次联合测试。吴专家同意了。两个人坐在实验室里，对着两台电脑，把新固件烧写进去，然后盯着示波器上电源轨道的波形看了将近两个小时。一切正常。电压稳定，纹波比原来还小了一些。：（）七零空间大佬：家属院搞科技强国