Hallo Leute,
ich hoffe, ihr seht das jetzt nicht als ein "schon wieder LDO parallel"
Thread an. Darum schreibe ich eine längere Einleitung um meinen Fall zu
schildern.
Mein Problem:
Für einen fiktiven Satelliten muss ein Netzteil entwickelt werden.
Dieses basiert auf COTS-LDOs die auf Strahlung getestet wurden. Bei
diesen Tests (im Partikelbeschuss) fand man heraus, das es Transienten
(SET - Single Event Transient) gibt, welche die LDOs für kurze Zeit
(10ns-10ms) komplett deaktivieren (Ausgangsspannung auf 0V) und dann
wieder anlaufen, als sei nichts gewesen. Als weiterer Effekt zeigte
sich, das bei großen Strahlendosen sich die Dropoutspannung um bis zu
250mV vergrößert, was man aber wunderbar durch eine von vornherein
großzugig dimensionierte Eingangsspannung wunderbar kompensieren kann.
Jetzt ist die Idee, das Netzteil Redundant auszulegen (mind. 2, besser
3x aus diesem getesteten LDOs) da diese Effekte stochastisch auftraten,
wenn ein Partikel den Chip an einer speziellen Stelle traf und es
statistisch sehr unwahrscheinlich bzw. tolerierbar ist, das dies
zeitgleich bei mehreren LDOs parallel passiert.
Aber ja, ich weiß, das man LDOs nicht parallel schaltet (wird hier ja
viel zur Steigerung des Ausgangsstroms angefragt - aber nicht in meinem
Fall).
Der LDO ist ein einstellbarerer mit einem Spannungs-Feedback
(vergleichbar mit einem LM1083/LM1084/LM317). Meine erste Idee war es,
direkt hinter jedem LDO die min. erforderliche Kapazität und per
Widerstand die min. Last vorzusehen, dann eine Schottky-Diode in
Flussrichtung und dann den Abgriffspunkt des Feedbacks, so das die Diode
ausgeregelt werden kann (siehe Skizze). So verteilt sich zwar der
Laststrom nicht, aber das war auch nicht die Aufgabe. Mehrere (min. 2)
dieser LDO-Schaltungen parallel. Dahinter eine relativ große Kapazität -
denke 3-5x der min. erforderlichen Kapazität. Schaltet jetzt ein LDO ab,
wird durch die Diode ein Rückstrom verhindert. Idealerweise übernimmt
dann irgend ein anderer LDO die Versorgung, wenn sein Feedbackspannung
erreicht ist, was voraussichtlich irgendwo im Bereich von 2-5% Toleranz
liegt und übernimmt die Versorgung. Die Ausgangsspannung sollte bei 3,3V
+/- 200mv liegen.
Ein einzelner LDO kann auch deutlich mehr Strom liefern, als er müsste.
Nur gut 1/3 seines Ausgangsstroms wird wirklich benötigt. Von daher mach
ich mir keine Sorgen, wenn ein LDO 100% der Last tragen müsste.
Habt Ihr vielleicht eine bessere/andere Idee?
By the way: Soetwas wie ideale Dioden sind leider durch ihre
Anfälligkeit für Strahlung (speziell der FET) verboten. - einfache
Dioden (solange es keine neumodischen, also diese kurzgeschlossenen FETs
mit extrem niedriger Flussspannung sind) gehen, wenn man beachtet, das
sich ggf. die Flussspannung und der Leckstrom verschlechtern und man
eine deutlich größere Spannungsfestigkeit (min 200%++) einplant.
Frank schrieb:> Habt Ihr vielleicht eine bessere/andere Idee?
Ausfall von 10ms überbrückt gut ein Elko am Ausgang. Der üblichere
Fehler beim LDO ist ein durchlegieren, da hilft dann keiner parallel,
sondern nur eine crow bar am Ausgang und Sicherung am Eingang.
Es gibt rückstromfeste LDO, solche kann man parallel schalten, auch wenn
einer ausfällt oder abgeschaltet wird. Vor allem wenn es nicht um
Leistungssteigerung geht, also einer alleine den ganzen Strom locker
liefern könnte. Das wird dann halt der mit der leicht höheren
Ausgangsspannung sein. Aber Achtung, liegen die Spannungen zu nah
beieinander, kann es Regelschwingungen geben.
Das Stichwort abgeschaltet sagt es: in Satelliten wird üblicherweise die
Stromversorgung zwar redundant, aber abschaltbar ausgelegt. Es gibt dann
zwar eine Unterbrechung, aber man weiss wenigstens dass es ein Problem
mit dem verwendeten Spannungsregler gab.
Man baut nichts ein, was nur einen Zweck erfüllt im Fehlerfall. Man baut
so, dass jedes Teil die Funktion von einem anderen übernehmen kann.
@Deppenklatscher
Warum so negativ.
Er fragt nicht nach der Physik oder den Effekten, sondern nach
Schaltungsvorschlägen für sein Problem, holt dafür aber etwas weiter aus
um das übliche "warum", das hier meist kommt zu erklären. Das finde ich
gar nicht schlimm.
@Frank ggf. auch MaWin.
Die Idee hinter Franks Schaltung finde ich gar nicht so verkehrt, zumal
er ja kein Load-Balancing/Sharing braucht.
Den von MaWin angesprochenen Abschaltmechanismus würde ich vorsehen,
vielleicht sogar so, die Schaltung komplett zu trennen um Latchups
(falls CMOS) zu trennen. - MaWin, macht vielleicht eine kleine gewollte
variationen der Feedbackspannung zwischen den redundanten Wandlern Sinn?
Hallo Frank,
vor ein paar Tagen hast du dich noch Ulle genannt. Dort:
Beitrag "Redundante Dioden bei Stromversorgungen verschalten"
Die extremen Anforderungen die da angeblich gelten passen so gar nicht
zu deinem Know-How. Fachlich halte ich die Anforderungen für Blödsinn,
denn lineare Spannungsregler gehen nicht einfach so kaputt.
Gebe das Projekt ab, bevor der Kunde euch verklagt.
Nein, das bin ich nicht!
Die LDOs, die wir verwenden müssen sind aus über zehn unterschiedlichen
ermittelt (getestet wurden Zehn unterschiedlichen Typen zu je sieben
Stück u.a. voll CMOS mit N-Fet, BiCMOS mit sowohl P als auch N-FET,
Bipolar mit NPN und einige mit PNP Passelement - and the Winner is ein
reiner Bipolar Typ mit PNP Transistor). Der Ziel-LDO ist einer der
wenigen gewesen, der keinen katastrophalen Ausfall unter Einfluss von
Strahlung erlitten hat und auf über das fünffache des erwarteten
getestet wurde. Einzig ein Anstieg der Dropspannung um gut 1/4V (was man
gut kompensieren kann) und deaktivierende Transienten wurden beobachtet.
Letzteres ist der Grund meines Threadstars.
Ich gehe davon aus, dass du die Ausgänge Spannungsregler direkt parallel
schalten kannst.
Wenn du Angst hast, dass ein Spannungsregler einen Kurzschluss
verursacht, dann kann das ebenso bei den zusätzlichen Dioden passieren.
Außerdem könnte ein Spannungsregler im Fehlerfall die volle
Eingangsspannung durch reichen, dagegen helfen deine Dioden nicht.
Gegen Überspannung kannst die Schaltung z.B. mit einer Kombination aus
Schmelzsicherung (vor den Spannungsreglern) und Crowbar schützen.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Gegen Überspannung kannst die Schaltung z.B. mit einer Kombination aus> Schmelzsicherung (vor den Spannungsreglern) und Crowbar schützen.
Aber auch dann müsste diese wenigstens pro LDO vor den Dioden eingebaut
werden. Ziel ist es ja nicht nur die nachfolgende Schaltung zu schützen,
sondern sie zuverlässig zu versorgen.
temp schrieb:> Aber auch dann müsste diese wenigstens pro LDO vor den Dioden eingebaut> werden. Ziel ist es ja nicht nur die nachfolgende Schaltung zu schützen,> sondern sie zuverlässig zu versorgen.
Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.
Ein Schutz, der ohne Ausfall wirkt, wenn ein Spannungsregler die volle
Eingangsspannung durch reicht, wäre deutlich komplexer. Man muss sich
halt überlegen, was man wirklich haben und bezahlen will.
Schutz gegen "alles" ist selten angemessen.
Die erste Frage wäre, ob ein Spannungsabfall um bis zu 300mV verkraftet
werden kann, während ein LDO einknickt. Wenn nein, dann wird das nichts
mit der Lösung.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.
Nicht wenn die Dioden drin sind und die Crowbar davor. Dann passiert
das, was man in solchen Fällen haben will: Der defekte Regler wird durch
die Sicherung effektiv abgetrennt.
Allerdings sollte man dann natürlich die Crowbar-Schaltung gründlich
darauf testen, dass sie nicht selbst fälschlicherweise auslöst. Das ist
ein Grundproblem dieses Szenarios: Alles, was man zusätzlich einbaut,
kann selbst wiederum Nebeneffekte haben.
Peter D. schrieb:> Wenn der LDO zu empfindlich ist, könnte auch die früher übliche diskrete> Schaltung (2/3 Transistoren, 1 Z-Diode) helfen.
Das geht halt nicht, da die weiteren Features wie z.B. Übertemperatur
und Überstrom ebenfalls benötigt werden - und auch mitgetestet wurden.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Ein Schutz, der ohne Ausfall wirkt, wenn ein Spannungsregler die volle> Eingangsspannung durch reicht, wäre deutlich komplexer. Man muss sich> halt überlegen, was man wirklich haben und bezahlen will.
Vor jedem LDO ist ein "P-FET basierter Überstom-Trennschalter" um bei
einem Überstrom (oder Kurzschluss) zu trennen. Das war schon gefordert.
Die Spannung am Ausgang wird außerdem durch einen Fensterkomparator
überwacht, mit einer +/- 200mV Über/Unterspannungserkennung.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Wenn eine Crowbar auslöst, ist das Gerät abgeschaltet.
Eben, nun killt also nicht nur ein Defekt im Spannungsregler die
Funktion des Satelliten, sondern auch ein (ggf. kurzzeitiger) Defekt in
der crow bar, weil danach die Sicherung durch ist.
Je mehr man einbaut, um so mehr kann kaputt gehen.
Und wenn ein lowDrop Regler verwendet wird obwohl man kein Problem hat,
ihm eine höhere Eingangsspannung vorzusetzen, dann braucht man keinen
lowDrop Regler, dann tut es ein (vielleicht gegen Radiation
unempfindlicherer) Standardregler, oder sogar ein diskret aufgebauter
Regler.
Es gibt aber Überspannungsschutz der trennt:
LM74700. Der LTC4365 kann das von -40V bis +60V mit einstellbaren
Grenzen, der NCP3712A bis 105V, WS3202E (6.1V bis 25V, 2A), WS3210
(5.85/10.5/14V bis 80V 3A) WS3213 (einstellbar 30V) ETA7011 (20V 3.5A
high side) ETA7014 (36V 4A high side) ETA7018 (20V low side)
ETA7008/ETA7028S2G (einstellbar 36V/4A low side) ETA70086 (einstellbar
75V/3A in DFN6 low side) http://www.etasolution.com/w-en/product.html ,
https://www.analog.com/en/parametricsearch/11394#/ (bis 600V externe
MOSFETs)
Vielleicht taugt davon einer für Space.
MaWin schrieb:> Je mehr man einbaut, um so mehr kann kaputt gehen.
Darum würde ich auf die Crowbar auch verzichten und den Fenster
Komparator in Verbindung mit dem P-Fet Trenner benutzen. Ein wohl
bemessener Serienwiderstand vor dem Regler hilft zu schnelle Anstiege zu
verhindern. Ä
MaWin schrieb:> Es gibt aber Überspannungsschutz der trennt:
Die Vortests waren sehr Kostspielig und Langwierig. Ein LDO lieferte das
beste Ergebnis - generell wurden aber div. "Lineare Regler" getestet...
Bin ich froh, dass das bei mir nur Hobby ist. Wenn ich eine Anforderung
blöd finde, dann setze ich sie nicht um. Basta.
So konsequent kann man im Beruf leider nicht immer sein.
Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische Expertise
auf die hier praktizierte Art generiert wird.
Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.
Oder er hat den falschen Job.
Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt
zu einem Fachmann machen kann.
Tss, tss...
Rente mit 76 schrieb:> Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische Expertise> auf die hier praktizierte Art generiert wird.
Ich bin Student :-/
Rente mit 76 schrieb:> Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.
Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden -
jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr
die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best
Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde
ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)
Rente mit 76 schrieb:> Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt> zu einem Fachmann machen kann.
Wenn du Rat geben kannst, würde ich dich gerne als Erfahrener
konsultieren. Ich denke, ich würde sogar einen ganzen Hörsaal mit
Zuhörern voll bekommen!
Rente mit 76 schrieb:> Fachmänn:inx (m/w/d/x) naürlich
Oh - das jetzt auch noch... Aber gut, der Studiengang ist International
- und im Englischen ist meist das Geschlecht egal ;)
Rente mit 76 schrieb:> Und ich finde es äußerst bedenklich, wenn raumfahrttechnische> Expertise auf die hier praktizierte Art generiert wird.> Der TO ist doch bestimmt nicht der erste, der dieses Problem hat.> Oder er hat den falschen Job.> Oder er traut sich nicht, den Chef zu fragen, ob der ihm einen Kontakt> zu einem Fachmann machen kann.> Tss, tss...
Na ja, andere Satelliten verwenden abschaltbare Spannungsregler.
Selbst wenn die ebenfalls bei harter Bestrahlung mal millisekundenweise
die Stromversorgung kappen, sollte die damit versorgte Elektronik halt
einen RESET durchführen und danach weiterlaufen. Und wenn der Regler
kaputt ist, wird halt ein anderer eingeschaltet.
Ich wüsste nicht, wo dabei ein Problem sein sollte.
Ja, Elkos sind nicht beliebt im Weltraum.
Zunächst würde ich untersuchen, ob beim festgestellten sporatischen
Ausfall eines der ausgesuchten LDOs mit PNP-Längstransistor tatsächlich
ein Rückstrom fließt.
Ich denke, dass bei dem geschilderten Ausfall eher kein größerer Strom
rückwärts fliest.
Dann können 2 oder 3 dieser LDOs an ihren Ausgängen einfach parallel
geschaltet werden.
Oder man nimmt statt den Dioden jeweils einen niederohmigen
Ausgleichswiderstand von z. B. 0,1 Ohm (je nach Ausgangsstrom).
Sonst gewinnt jener LDO mit der höheren Ausgangsspannung (je nach
Toleranz der internen Referenzspannung und des Feedback-Netzwerks).
Ich glaube nicht, dass bei einem solchen Konzept eine viel größere
Ausgangskapazität als normal nötig ist.
Um welche LDOs handelt es sich?
Gegebenenfalls lässt sich das Ganze auch simulieren oder schlicht
aufbauen und sehen, was passiert.
PS: Das gesuchte LDO-Handbuch gibt es von Micrel (inzwischen Microchip)
unter der Bezeichnung LDOBk.pdf.
Frank schrieb:> Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden -> jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr> die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best> Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde> ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)
Naja erstens willsteja Ingenieur/Entwickler werden, das sind eben nicht
die Schüler/Monteure die nür nachäffen was Ihnen beigebracht wurde.
Ingenieur entwickeln aus der Analyse bekanntes neue Lösungsansätze.
Für Space gibt es einiges (design style guides) von der ESA einfach mal
durchwühlen. Für Avionic gibt es Literatur bezüglich design reduntanter
Systeme und Umgang mit COTS: ISBN: 978-1482206050. Auch für "normales"
Systemdesign gibt es Bücher.
--
Auch ist das erforderliche Standby-Konzept (cold,warm,hot) nicht genannt
und es wird redundanz behauptet wo tatsächlich keine ist.
Die kritischen Space-Probleme (LatchUp,schlechte Entwärmung, geringe
Isolation) werden verharmlost,
System-Redundanz ist bei gemeinsamen resourcen nicht möglich. Und wenn
die Stochastik sagt, das bei bestimmten
Bedingungen eine Baugruppe zu 100% ausfällt, da trifft das auch auf eine
Baugleiche Komponenten zu, da errreicht man nix durch parallelschalten.
Auch die Alterung schlägt bei den angeblich redundanten system
(gleichzeitig) zu, wenn man die Komponenten gleichwertig belastet.
Hier scheint mir wegen den fehlenden Abtrenn-Möglichkeiten und
Zuschalt-Automatik ein Kaskadeneffekt wie damals beim Russenbrummer
saljut-7 vorprogrammiert:
https://de.wikipedia.org/wiki/Saljut_7#Ausfall_und_Reaktivierung
Ein IMHO sicheres Konzept wäre folgendes:
-cold Standby, die Ersatz-Stromversorgung ist normalerweise nicht im
Betrieb, ein- und ausgang sind im Nicht-betrieb über wenige Ohm
kurzgeschlossen (Ableitung gesammelter statischer Ladungen)
-die ersatzstromversorgungen ist nicht baugleich, sondern enthält andere
Bauteile (mindestens andere charge) eventuell
anderes Prinzip.
-die Baugruppen sind räumlich getrennt und räumlich anders ausgerichtet
(Erklürung: Halbleiter sind aus Einkristallen aufgebaut, deren
Gitterebenen pralallel sind, Strahlung trifft also immer im selben
Winkel auf, die Auswirkung
ist aber oft vom Winkel abhängig, also untersucht man auch die
Auswirkung des Einfallwinkels bei der Qualifikation und baut die systeme
so ein, das zeitgleich immer nur ein System ungünstig (bspw. senkrecht
zur Sonne) ausgerichtet ist.
-wie schon gesagt, fehlerhafte Systeme müssen vollständig (primär wie
sekundärseitig trennbar sein.
Rente mit 76 schrieb:> Und ich finde es Chice, dass dein Betreuer dich nicht ans Händchen nimmt> und dich erstmal Irrwege laufen lässt.
Eben, es irrt der Mensch solang er strebt. Und aus Fehlern lernt man.
Frank schrieb:> Ein "Handbook" oder "Best Practise" wäre super toll
Für derartige hoch spezielle Anforderungen kann es keine allgemeinen
Empfehlungen geben.
Was aber (im echten Leben) mit Sicherheit früher oder später kommen
würde: Der Vorwurf, dass du den Auftrag nur unzureichend erfüllt hast.
Mangels Know-How kannst du dann nicht einmal dagegen argumentieren.
Noch kannst du üben, insofern gehst du da kein Risiko ein. Nutze die
Zeit.
MaWin schrieb:> Ja, Elkos sind nicht beliebt im Weltraum.
Es gibt wohl Hermetisch dichte, aber spezielle Tantals, Polypropylen und
neuerdings auch spezielle MLCCs werden bevorzugt.
Eberhard H. schrieb:> Gegebenenfalls lässt sich das Ganze auch simulieren oder schlicht> aufbauen und sehen, was passiert.
Ja, in der Simulation läuft es schon
Eberhard H. schrieb:> Zunächst würde ich untersuchen, ob beim festgestellten sporatischen> Ausfall eines der ausgesuchten LDOs mit PNP-Längstransistor tatsächlich> ein Rückstrom fließt.
Ja - zumindest in der Simulation tut er es!
Eberhard H. schrieb:> Oder man nimmt statt den Dioden jeweils einen niederohmigen> Ausgleichswiderstand von z. B. 0,1 Ohm (je nach Ausgangsstrom).
Ich glaube, du meinst so wie hier:
https://www.st.com/resource/en/application_note/an2984-minimizing-the-setrelated-effects-on-the-output-of-a-voltage-linear-regulator-stmicroelectronics.pdf
Vor dem LDO haben wir einen Widerstand, so das bei einem durchschalten
des LDO bis zum einsetzten der Trennschalter in Verbindung mit der
relativ großen Kapazität die Ausgangsspannung nur ein wenig ansteigen
sollte. Auch hat er natürlich begrenzende Funktionen bei kurzen
Transienten.
By the way: der gezeigte lineare Regler (RHFL4913A) in der AppNote
kostet je nach Variante und Grad) ~500-800€/Stück. Je nach gebrauchter
Menge, Tests und Risiko, das man (wie wir es versuchen) auch konstruktiv
verringern kann, lohnt sich der Aufwand einen Ersatz als COTS
(Commercial off the Shelf) zu finden.
Eberhard H. schrieb:> Um welche LDOs handelt es sich?
Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das
nicht sagen - Sorry
Eberhard H. schrieb:> PS: Das gesuchte LDO-Handbuch gibt es von Micrel (inzwischen Microchip)> unter der Bezeichnung LDOBk.pdf.
Super, danke, das sehe ich mir an. Wenngleich ich eigentlich praktische
Literatur zur Härtung/Redundanz/SIL/... gewünscht hätte. Salopp gesagt
so etwas wie "The Art of Electronics" für raue Umgebungen ;)
Frank schrieb:> By the way: der gezeigte lineare Regler (RHFL4913A) in der AppNote> kostet je nach Variante und Grad) ~500-800€/Stück. Je nach gebrauchter> Menge, Tests und Risiko, das man (wie wir es versuchen) auch konstruktiv> verringern kann, lohnt sich der Aufwand einen Ersatz als COTS> (Commercial off the Shelf) zu finden.
Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück
wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat
(Gehalt+Nebenkosten) Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf
wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für
Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...
Auch bei Sparanstrengungen hat der Russky Schiffbruch erlitten:
https://www.bernd-leitenberger.de/schlamperei.shtml Abschnitt "Mars 4
bis 7"
Deppenklatscher schrieb:> Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück> wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat> (Gehalt+Nebenkosten)
Wenn man sich den bedarf für zukünftige Forschungssatelliten ansieht
(alleine die mittlerweile riesige anzahl von CubeSats - das ist eine
eigene Industrie geworden), ist das eine durchaus gerechtfertigte
Ausgabe. - Ganz nebenbei (auch wenn das jetzt hochgegriffen ist) aber
glaubst du, das alle Satelliten des Starlink (also die
"Megakonstellation" mit zukünftig zig tausenden Satelliten) auf extrem
teuren Bauteilen bestehen?
Und, was man nicht vergessen darf: Es dient der Erfahrung und
Ausbildung, weniger dem kostengetriebenen Produktdesign ;)
Deppenklatscher schrieb:> Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf> wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für> Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...
Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter
Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ... getestet um genau das
auszuschließen! Auch wurden diese Tests wiederholt, nachdem eine größere
Charge/Batch des entsprechenden Bauteils gekauft wurde. Diese ist jetzt
bei einem externen Dienstleister in Stickstoff/sauerstoffarm eingelagert
und deckt mehrfach den anvisierten Bedarf und kann bei Bedarf abgerufen
werden.
Frank schrieb:> Ich habe leider noch kein Papierwerk über praktisches Design gefunden -> jedoch dutzende, welche die Theorie abdecken. Hier aber deutlich mehr> die Gefahren statt Lösungen aufzeigen... Ein "Handbook" oder "Best> Practise" wäre super toll. - Wenn ich einmal groß und grau bin, werde> ich bestimmt eins aus den Erfahrungen schreiben ;)
Moin Frank,
guck Dich hier mal um, ist kostenlos aber Anmeldung ist erforderlich:
https://ecss.nl/
Gedruckt wird schwieriger, dieses Werk deckt viele Felder ab, Elektronik
ist da nur ein ganz kleiner Teil, hauptsächlich Power. Vielleicht hat es
Deine Hochschulbib ja:
https://www.wiley.com/en-br/Spacecraft+Systems+Engineering,+4th+Edition-p-9780470750124
Zu den mehrfach genannten Schmelzsicherungen: Die will man in der
europäischen Raumfahrt nicht (vibrationsempfindlich, während unbemannten
Missionen nicht wechselbar). Für das, was hinter dem Spannungsregler
kommt, wirst Du wahrscheinlich eh Latch-up Schutz brauchen, also
elektronischer Überstromschutz.
Deppenklatscher schrieb:> Das wird ne ziemliche Milchmädchenrechnung sein ... Also bei 20 Stück> wäre das einer Ersparnis v. 10k-16k also einem Ing.-Monat> (Gehalt+Nebenkosten) Dem steht eine Reduzierung der Lebensdauer auf> wenige Wochen gegenüber und ein erheblicher Aufwand für> Nachqualifizierung der nicht-für-Space gebauten Bauteile...
Die Sache ist komplizierter, COTS kann je nach Rahmenbedingungen die
(auch) wirtschaftlich sinnvollere Lösung sein. Klar hätten alle am
liebsten alles in radhard Design, aber passt nicht immer. Muss für jeden
Einzelfall abgewogen werden.
Frank schrieb:> Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter> Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ... getestet um genau das> auszuschließen! Auch wurden diese Tests wiederholt, nachdem eine größere> Charge/Batch des entsprechenden Bauteils gekauft wurde. Diese ist jetzt> bei einem externen Dienstleister in Stickstoff/sauerstoffarm eingelagert> und deckt mehrfach den anvisierten Bedarf und kann bei Bedarf abgerufen> werden.
Versuch einer Zusammenfassung nach den bisherigen Informationen:
1. Es wurden Versuche mit Strahlenbelastung an ausdrücklich NICHT als
radiation hardened qualifizierten Bauteilen durchgeführt.
2. Dabei wurde EIN Bauteiltyp identifiziert, der als am wenigsten
ungeeignet gilt. Auch bei diesem Bauteil wurden Funktionsausfälle
(Single Event Transients) zwischen 10ns und 10ms beobachtet.
3. Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde
offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert. Angesichts
des enormen Faktors von 1:1000000 kann es sich dabei schwerlich um
denselben Mechanismus handeln. Naheliegende Frage wäre, wie die
Verteilung dieser Ausfälle war, hier erfahren wir dazu allerdings
nichts. Naheliegende Vermutung wäre außerdem, dass bei den langdauernden
Ausfällen ein interner Timeout- oder Reset-Mechanismus getriggert wurde
(sofern hier nicht die Testschaltung zeitbestimmend war).
4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile
durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei
Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.
Ich hätte ja extreme Bedenken, ein Bauteil in einer kritischen
Applikation einzusetzen, das dafür nicht vom Hersteller qualifiziert
wurde und dessen Ausfallmechanismen unverstanden sind. Erst wenn man
versteht, welcher Art die Ausfallmechanismen sind, kann man darüber
nachdenken, welche Aufbau- bzw. Schaltungskonzepte dafür geeignet sind.
Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als
radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese
sich verhalten?
Stefan ⛄ F. schrieb:> Habt ihr zu viel Geld?
Nein, wir haben Mittel für die Forschung und Ausbildung in einem
bestimmten Bereich bekommen und uns "selber" ein Ziel gesetzt. Der
fiktive Satellit dient als Definitionsplattform/Missionsbeschreibung um
anhand seiner Parameter Komponente zu entwickeln, die ggf. irgend wann
einmal in Kleinserie oder auf einem Erprobungsträger wie einer TET
Mission
(https://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2274/3396_read-5085/)
fliegen können. Es gibt öfters "Mitflugmöglichkeiten" mit einem sehr
kurzen Zeitfenster. Das reicht meist nicht aus um eine Komponente zu
entwickeln und zu qualifizieren. Normalerweise kann erst entwickelt
werden, wenn die genauen Missionsparamater fest gelegt sind. - wir haben
einfach ein Diff über verschiedene Satelliten und Missionen gemacht und
uns eine fiktive Referenzmission auf einem fiktiven Referenzsatelliten
daraus definiert um ein Gro an Möglichkeiten abzudecken.
Ganz nebenbei - "der" LDO ist wirklich nur ein kleiner Happen für ein
wissenschaftliches Messgerät, das ins "Nichts" geschossen wird ;)
F. M. schrieb:> Welcher Typ ist das genau?Frank schrieb:> Eberhard H. schrieb:>> Um welche LDOs handelt es sich?>> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das> nicht sagen - Sorry
Frank schrieb:> F. M. schrieb:>> Welcher Typ ist das genau?>> Frank schrieb:>> Eberhard H. schrieb:>>> Um welche LDOs handelt es sich?>>>> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das>> nicht sagen - Sorry
Und zu dieser Frage kannst du auch nichts sagen?
Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als
radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese
sich verhalten?
Dieter R. schrieb:> Einfache Frage: wurden denn parallel dazu im selben Versuch auch als> radiation hardened qualifizierte Bauteile getestet, und wie haben diese> sich verhalten?
Parallel dazu nicht, es konnten aber auf Daten voran gegangener Tests
aus einem anderen Projekt zugegriffen werden. Hier wurde der RHFL4913 in
der vom Hersteller angegeben Minimalbeschaltung getestet. Und auch
dieser hatte deutliche SETs erzeugt die nahezu 1:1 vergleichbar sind.
Dieser kann allerdings auch ein TID von bis zu 300kRad - wir brauchten
"nur" bis 50 und da ist schon eine ordentlicher Sicherheitsaufschlag
dabei, den wir trotzdem noch wiederholt überfahren konnten.
Dieter R. schrieb:> 2. Dabei wurde EIN Bauteiltyp identifiziert, der als am wenigsten> ungeeignet gilt. Auch bei diesem Bauteil wurden Funktionsausfälle> (Single Event Transients) zwischen 10ns und 10ms beobachtet.
Nein, wir haben drei identifiziert die prinzipiell passen würden. Eines
ist gestrichen worden, da es mit Kupfer gebondet ist statt Gold (was mit
atomaren Sauerstoff reagieren könnte), eines, weil es aus Amerika kommt
(und ggf. unter ITAR fällt) und das über gebliebene ist das technisch
und politisch "Beste Stück".
Dieter R. schrieb:> Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde> offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert.
Untersucht haben wir ihn und wir wissen auch, wo er entsteht. Der
Hersteller will, weil das Teil außerhalb seiner Spezifikation und
Einsatzort betrieben wird, keinen Support dazu in diesem speziellen Fall
geben bzw. will sich das erst ansehen, wenn wir min. 2500Stück/Jahr in
einer höheren Qualitätsgüte (die er extra für uns auflegen würde)
abnehmen, was definitiv zu teuer für uns ist.
Dieter R. schrieb:> 4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile> durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei> Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.
Das ließt du wo raus? ;)
Wir haben das Bauteil über drei Semester gequält - bis weit über unseren
Einsatz hinaus, untersucht, analysiert und zig Tests unterzogen.
Widerholt mit Partikeln, Ionen und Laser beschossen, im Vakuum extremer
Hitze und Kälte ausgesetzt, bei hohen Temperaturen gebacken (altern
lassen) und mit Flusssäure nackig gemacht. - Du interpretierst da Sachen
rein, die so nicht stimmen! Wir wissen jetzt, was das Bauteil kann - und
was nicht!
Allerdings kann es sein, das es sich als Milchmädchenrechnung entpuppt.
Wenn das Spezialbauteil 500 Euro kostet, aber der redundante
Doppelaufbau zusätzliches Gewicht und Volumen benötigt, was 1000 Euro
Mehrkosten benötigt, dann war das netter überflüssiger Lösungsversuch.
Frank schrieb:> Nein, wir haben Mittel für die Forschung und Ausbildung
Cool das freut mich für dich. Dann probiere mal alles durch was geht,
denn später im Beruf hat man diese Freiheit selten.
Frank schrieb:> Dieter R. schrieb:>> Der zugrundeliegende Ausfallmechanismus ist unbekannt und wurde>> offenbar weder untersucht noch mit dem Hersteller erörtert.>> Untersucht haben wir ihn und wir wissen auch, wo er entsteht.
Aha, ihr wisst was, aber wir gewöhnlichen Sterblichen dürfen es nicht
erfahren. Du beglückst uns hier mit lauter Halbinformationen, willst
aber, dass wir dir abnehmen, dass es EINEN GEMEINSAMEN
Ausfallmechanismus gibt, der Effekte im Zeitbereich von 1 zu einer
Million hervorruft? Und die gleiche Art von Ausfällen (Zitat: "nahezu
1:1 vergleichbar") gibt es bei einem Radiation Hardened Device, das für
6-fache Strahlenbelastung qualifiziert ist. Nicht sehr glaubwürdig und
jedenfalls mangels Informationen in keiner Weise nachzuvollziehen.
> Dieter R. schrieb:>> 4. Die Versuche wurden nicht bis zum Totalausfall der Bauteile>> durchgeführt, sodass unbekannt ist, wie das Verhalten sich bei>> Langzeitbelastung bis zum völligen Ausfall darstellt.>> Das ließt du wo raus? ;)
Aus deinen halbgaren Informationen. Du hast nur von Kurzzeitausfällen
geschrieben. Unter welchen Fehlererscheinungen sich die Bauteile
letztendlich verabschieden, hast du uns vorenthalten. Ich bin davon
ausgegangen, dass du uns solche wichtigen Informationen mitgeteilt
hättest, wenn du über selbige verfügen würdest. Das war wohl eine
Fehlannahme.
Bei den von dir genannten Projektinformationen ist allerdings davon
auszugehen, dass sowieso nichts draus wird. In dem erwähnten Programm
scheint es ja außer TET-1 vor 10 Jahren nichts mehr gegeben zu haben,
und Starts von Baikonur wird es vermutlich in den nächsten 10 Jahren
auch nicht mehr geben.
Welcher Regler es genau das ist, ist für den wohlwollenden Helfer
eigentlich egal, sofern er nicht Internas zu genau diesem Bauteil hat
und bereit bereit ist diese Preis zu geben. Schon eigene Testdaten wären
für den TO nur von mäßigem Nutzen, weil bei COTS sowieso das jeweilige
Los getestet werden muss.
Was Du (Frank) allerdings doch noch mal erläutern kannst: Wie hast Du 10
ns SET gemessen? Der Regler hat doch sicher einen Ausgangskondensator?
Frank schrieb:> Dieser kann allerdings auch ein TID von bis zu 300kRad - wir brauchten> "nur" bis 50 und da ist schon eine ordentlicher Sicherheitsaufschlag> dabei, den wir trotzdem noch wiederholt überfahren konnten.
50 krad für COTS Bauteile ist schon sehr viel. Die genannten 250 mV mehr
Dropout waren nach dieser Dosis? Biased und unbiased bestrahlt? Wie hoch
ist die Missions EOL Dosis?
Frank schrieb:> Nein, denn die Bauteile wurden bereits bis zum erbrechen unter> Strahlung, Thermal-Vakuum, Laser, ...
Noch problematischer als TID sind bei COTS meist geladene Teilchen. Habt
ihr einen Schwerionentest gemacht? Welche Ionen, mit welchem Ergebnis?
Falls mit "Laser" ein SEE Pulslaser gemeint ist: Der ist praktisch, um
die empfindlichen Stellen des Dies zu identifizieren, als Ersatz für den
Schwerionentest reicht er nicht.
ZF schrieb:> Schon eigene Testdaten wären> für den TO nur von mäßigem Nutzen, weil bei COTS sowieso das jeweilige> Los getestet werden muss.
Und das haben wir gemacht. Erst mit einer kleinen Menge "Vortests"
gemacht und nachdem wir einen Kandidaten Identifiziert hatten, haben wir
ein größeres Batch mit selben Daycode (,...) davon direkt bei Hersteller
gekauft (um Batch Vermischung, falsche Lagerung,... auszuschließen) und
jedes 100ste Bauteil daraus erneut getestet.
ZF schrieb:> Noch problematischer als TID sind bei COTS meist geladene Teilchen. Habt> ihr einen Schwerionentest gemacht? Welche Ionen, mit welchem Ergebnis?> Falls mit "Laser" ein SEE Pulslaser gemeint ist: Der ist praktisch, um> die empfindlichen Stellen des Dies zu identifizieren, als Ersatz für den> Schwerionentest reicht er nicht.
Ja, es wurde mehrfach mit Neutronen und mit einer Co-60 Gamma Quelle und
punktuell mit Laser beschossen. Die Tests wurden in Deutschland, Holland
und der Schweiz durchgeführt. Die Schwerionen als auch der Laser
verursachten die SETs und die TID den anstieg der Dropout Spannung und
leichte Veränderungen seiner Stromaufnahme des Eigenverbrauchs und
leichte Veränderung der der Ausgangsgenauigkeit - aber es blieb alles im
Rahmen der Datenblattangaben, war aber nachweislich gegenüber den Tests
ohne Strahlung messbar abgewichen.
Den Nachweis der SETs, wie auch die anderen Bestrahlungstest, habe ich
selber nicht erbracht, sondern der Trupp mit den werdenden
Halbleiterphysikern. Ich habe nur die Ergebnisse daraus bekommen und
salopp gesagt die Aufgabe bekommen das zu umschiffen.
Die Analyse zeigt, das die SETs in der Treiberstufe (aus NPN
Transistoren) des PNP Leistungstransistors oberhalb von 40MeV bei Vin =
8V Vout = 3,3V/0,3A ausgelöst werden und nicht etwa in der Referenz oder
dem Fehlerverstärker. Gott sei dank, lösen sie sich von selbst und
brennen nicht durch.
Einer der getesteten Kandidaten war ein TPS7A4501
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps7a45.pdf den es sogar als Space
Bauteil gibt: TPS7A4501-SP
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps7a4501-sp.pdf Es wäre sicherlich
ein Trugschluss darauf zu bauen, das in beiden Chips das identische Die
verbaut ist. - Wir haben "nur" den TPS7A4501KTTR getestet und er
verhielt sich gut und war eines der drei Finalisten. Erfreulicher weise
ist er, obwohl weder Automotive noch EP geratet sogar mit Gold gebonded.
Ich hatte mal das Vergnügen, mit einem von CERN zu plauschen, der
benutzte diesen LDO auch für Experimente unter noch deutlich höherer
Strahlung (meinte er sagte was von Tests bis 100kRad (1kGy)). -
Wenngleich bei denen keine Schwerionen vorkommen.
Frank schrieb:
u. a.
> Ich habe nur die Ergebnisse daraus bekommen und> salopp gesagt die Aufgabe bekommen das zu umschiffen.
Du hast lapidar geschrieben, dass es in der Simulation funktioniert.
Hast du auch den Hinweis von Mawin und die Anregung von Franzi dazu
berücksichtigt, über den gesamten Temperatur-, Last- und
Lebensdauerbereich? Oder weißt du (woher?), dass Schwingneigung keine
Rolle spielt? Weißt du, wie valide die Simulation ist oder welche
kritischen Betriebsparameter im Testaufbau verifiziert werden müssen?
Leider gehst du in diesem (wie üblich) ausufernden Thread auf
(berechtigte und die Schaltungsauslegung beeinflussende) Fragen zu
Hintergrundinformationen nur bruchstückhaft ein und auf Anmerkungen zur
schaltungstechnischen Umsetzung eher gar nicht.
Frank schrieb:> F. M. schrieb:>> Welcher Typ ist das genau?>> Frank schrieb:>> Eberhard H. schrieb:>>> Um welche LDOs handelt es sich?>>>> Bevor wir keine Veröffentlichungen dazu geschrieben haben, darf ich das>> nicht sagen - Sorry
Das finde ich schade und ehrlichgesagt unverständlich.
Keiner verlangt komplette Messreihen oder Gb große Datensätze, aber
wenigstens die grundsätzliche Info welcher Regler es nun ist, sollte
schon verfügbar sein.
Weil du den "politischen" Aspekt erwähnt hast wohl ein Teil von
Infineon/NXP?
Aber dieses herumeiern ist nervig, erstens wird das ganze wohl aus
Steuergeld finanziert und zweitens ist das hier ein Forum, wenn es ach
so geheim ist, muss man halt Consultants zahlen und NDAs unterschreiben
lassen.
Ein Forum ist halt auf Gegenseitigkeit aufgebaut, die Informationen von
hier (und hier gibt es durchaus Leute aus der Branche) sind ja dann doch
wieder gut genug....
F. M. schrieb:> Das finde ich schade und ehrlichgesagt unverständlich.
Ich finde es auch schade, das einfach alles in Frage gestellt werden
muss. Der Typ ist hierbei für die Technik hinter der Mitigation
eigentlich egal, denn scheinbar haben alle Regler (der Space-Liga)
vergleichbare Probleme ...
F. M. schrieb:> Keiner verlangt komplette Messreihen oder Gb große Datensätze, aber> wenigstens die grundsätzliche Info welcher Regler es nun ist, sollte> schon verfügbar sein.
Wozu, wenn es doch ein nicht Regler spezifisches Problem ist? Allerdings
hätte ich, um das Problem zu beschreiben auch einen LM317, LM1117 oder
sonst was nennen können.
F. M. schrieb:> Weil du den "politischen" Aspekt erwähnt hast wohl ein Teil von> Infineon/NXP?
Politisch dahin gehend, das vor einer "öffentlichen" Veröffentlichung
eigentlich keine Details vom Forschungsbereich schriftlich ausgegeben
werden sollen...
Aber nun gut: es ist ein Infineon TLF1963 im Automotive Rating und dem
internen Aufbau (Vergleiche zwischen den Dies) dem TPS7A4501 sehr
ähnlich - sieht man auch gut, wenn man die Datenblätter miteinander
vergleicht ohne die echten Internas anzusehen.
LDO_Ausfallsicher.png
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