航天器供配电系统是最重要的分系统之一。 为了确保为航天器有效载荷和各服务系统可靠供电，提高供配电系统的可靠性，电源系统设计，特别是电源模块供电设计应该从整个分系统层面考虑冗余优化设计，追求分系统整体指标综合最优，而不是个体指标最优。这样既可以降低单个模块的研制成本，同时可以避免由于过于复杂的冗余方案反而降低了系统的可靠性[1][2]。 一般通过下述准则确定是否需要采取冗余设计： 1)通过供配电系统FMEA分析，发现供电环节中存在的危害性等级高，且发生概率较高的单点故障；2)某台单机的可靠性预计结果不能满足要求，存在薄弱环节时。 依据FMEA分析的单点环节和定量的可靠性预计结果，从分系统的角度，针对薄弱环节进行冗余设计，可以提高整体方案的合理性。例如：将集中供电模式改为分散供电，可避免电源系统的共因故障，同时可以通过低成本的分散模块冗余设计，提高供配电系统的整体可靠性。冗余单元间的功能应尽可能独立，避免环节间的互相依赖或制约，这是避免冗余设计中出现共因故障的重要方法。 2 航天器电源模块冗余设计原理 电源模块的冗余设计是有效提高航天器供配电系统供电可靠性的有效手段。航天器电源模块冗余设计有热备份冗余、冷备份冗余和温备份冗余三种方式。 1)热备份冗余：主份模块和备份模块同时处于加电工作状态，各承担部分功率输出工作。当主份模块发生故障时，备份模块自动接替承担全部功率输出工作。热备份冗余一般应用于关键性的设备，对连续性工作和实时性要求高的设备。 2)冷备份冗余：平时主份模块加电工作，备份模块处于不加电状态。只有当主份模块发生故障时，才由切换电路控制备份模块加电，替代主机继续工作。由于电子元器件不加电的时候失效率比加电时的失效率低，因此相同的电路设计和配置，冷备份冗余的可靠度要高于热备份冗余。另外冷备份冗余由于备份模块平时不加电，所以功耗相对较低，其缺点是当发生故障时，不具备实时恢复功能。 基金项目：无。 3218 2024中国电力电子与能量转换大会暨中国电源学会第二十七届学术年会（CPEEC&CPSSC 2024）论文集 3)温备份冗余：主份模块处于加电工作状态，备份模块虽然加电但不输出功率。当主份模块发生故障时，备份模块自动接替承担全部功率输出工作。 冗余设计不是万能的，会增加制造成本，局部冗余比整体冗余可靠性高。也就是说冗余设计应从最基层单元做[3]。冗余设计在提高系统可靠性的同时，也因增加了冗余电路，而成为新的潜在故障源。因此，在冗余设计的同时，必须保证冗余电路的高可靠性。 冗余的电源模块之间，以及冗余的负载模块之间应具有良好的隔离保护措施，并能够稳定可靠的供电。一般要求包括[4]：1)冗余模块应独立供电，若不能独立供电，则需提供完备的隔离保护；2)确保同一电源模块下的所有负载应具有良好的隔离保护；3)某一冗余负载发生短路故障时，不应影响同一模块电源对其它负载的正常供电；4)若采用了熔断器，则要保证熔断器熔断后，不会对系统造成灾难性的功能降级；5)若采用了具有自恢复能力的电源保护装置，则要确保自恢复响应的特性不会对系统造成影响；6)在热备份电源供电有均衡要求时，则热备份电源的特性要满足均衡的要求；7)冗余的电源模块应同时具有故障检测和管理功能；8)加电过程应满足电路复位时序的要求；9)当电源电压稳定前，确保电路处于复位态；10)在电源稳定前，确保电路不发出任何关键控制命令。