
Das Konstruktionsziel des Power-Management-Subsystems in Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt/Verteidigung ist die präzise Steuerung eines Spannungspegels oder mehrerer Spannungspegel innerhalb einer definierten Topologie. Zusätzlich erfordern Einschränkungen bezüglich der Gehäusegröße individuell bearbeitete Komponenten wie beispielsweise Vergussschalen, Pressbacken und Spulen. Dadurch wird neben der Komplexität auch die bei der Konstruktion erforderliche Detailgenauigkeit erhöht, wodurch es häufig auf die Bearbeitungsqualität ankommt, die in der schriftlichen Dokumentation meist schwierig erklärt werden kann. Das Ergebnis ist, dass in Hinblick auf ein fertigungsfreundliches Design (DFM – Designing for Manufacturability) zu oft Kompromisse zugunsten eines geringeren Platinenplatzes eingegangen werden. Bei derartigen Fällen kommt es immer wieder zu Abweichungen in der Produktionsleistung sowie zur Ausschöpfung der QS-Ressourcen. DFM konzentriert sich auf die Beseitigung von Prozessgrößen, die von Transformatorkonstrukteuren und -herstellern sowohl im kommerziellen als auch im unternehmenseigenen Bereich häufig als akzeptabel erachtet werden.
Mithilfe von Finite-Elemente-Analysen und SPICE-Schaltungssimulationen kann die Kerngeometrie neu definiert und die DFM verbessert werden. Ein weiterer ausschlaggebender Faktor, den Konstrukteure oft übersehen, bezieht sich auf die MTBF und die zugehörigen Testverfahren. Die meisten Transformatorenhersteller ziehen als Mittel zur Bewertung der langfristigen Zuverlässigkeit ausschließlich die Ergebnisse eines einzigen Go/No Go-Tests zur Durchschlagsfestigkeit heran. Koronaentladung (Teilentladung) bei erhöhter Netzspannung und die Konstruktion zur Erfüllung der gesamten BIL-Systemanforderungen erhöht den Wahrscheinlichkeitsfaktor in MTBF-Rechnungen und die gesamte MTBF. Dies trifft vor allem dann zu, wenn die Plattform Blitzeinschlägen oder Störungen der Stromquelle bzw. des Stromnetzes ausgesetzt ist.
Die neun Haupttypen von Komponenten, die in diesen Anwendungen zum Einsatz kommen, sind Switch Mode, Feed Forward, Flyback, Inverter, Buck Boost, Isolation, Step up und Step down. Die BIL bzw. koronafrei Nennleistungen dieser Geräte haben einen direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit, die MTBF und die zugehörigen Gewährleistungen.
Zusammenfassung der vordergründigen Überlegungen bei der Konstruktion
• Fertigungsfreundliches Design
• Systemstabilität und der Einfluss auf die Stromregelung
• Einfluss von Spannungsstößen auf die Zuverlässigkeit/MTBF (insbesondere bei Plattformen in Flug- und Raumfahrzeugen, bei denen das Risiko eines Blitzeinschlages hoch ist)
• Leistungsdichte und Effizienz
• MTBF
• Störungen der Stromquelle/des Stromnetzes
• Koronaentladung
• BIL