高热流CCD器件散热与精密控温技术.pdf

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1、航天返回与遥感第35卷第5期46SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2014年10月高热流CCD器件散热与精密控温技术童叶龙李国强余雷耿利寅（北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室，北京100094）摘要为保证空间相机CCD器件处于较小的温度波动范围，根据焦面组件的结构特点，通过仿真分析的方法，对空间相机大功率CCD器件的散热方法和精密温度控制策略作了初步研究。首先介绍了大功率CCD器件的热设计要求，分析了大功率CCD器件热控设计特点，提出了采用微型热管的技术途径解决小空间、高热流密度器

2、件的热量收集与排散方案，采用了基于积分分离式PI控制的电加热主动控温策略。热分析结果表明，热控方案可以满足CCD器件的散热需求以及±0.2℃的高精度、高稳定度温度控制要求。关键词电荷耦合器件热量排散精密温度控制空间相机中图分类号:V423.4文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)05-0046-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2014.05.007HeatDissipationandPreciseTemperatureControlforHigh-powerCCDAssemblyTO

3、NGYelongLIGuoqiangYULeiGENGLiyin（BeijingKeyLaboratoryofSpaceThermalControlTechnology,BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering,Beijing100094,China）AbstractInordertokeepthetemperatureofCCDassembly,aheatdissipatingschemeandprecisetem-peraturecontrolstrategyforhigh-

4、powerCCDassemblyarestudiedbysimulationaccordingtothestructurecharacteristicsofthefocalplaneapparatus.Therequirementsofthethermaldesignofhigh-powerCCDassem-blyareintroducedandthefeatureofthermaldesignofhigh-powerCCDassemblyisanalyzed.Thetechnologybasedonmicroheatpipei

5、sintroducedtosolvethethermaldissipationproblems.Thetemperaturecontrolstrategyisproposedbasedontheintegral-separatedPIactivethermalcontrol.ThethermalperformanceissimulatedbymeansofThermalDesktop.Theresultsshowthatusingofactivethermalcontrolheatingandregulationsystemsc

6、anmeetthestrongrequirementsintermsofthermalstabilityandtemperaturelevels.Keywordscharge-coupleddevice;heatrejection;precisetemperaturecontrol;spacecamera0引言空间相机的成像品质除了与相机光—机部分的性能有关外，CCD器件的温度控制也是一个关键指标，直接影响信噪比的数值。理论上，CCD器件的温度每升高6~9℃，其成像时暗电流将增大一倍。所以，控制好焦平面CCD器件的温度，成为获得

7、高品质成像的一个重要因素。随着空间分辨率和辐射分辨率要求的提高，TDICCD器件代替了传统的单线阵CCD器件，成为空间相机常用技术手段。通常单线阵CCD器件的热耗在0.2W左右，而TDICCD的热耗则大得多，一般为2~10W。收稿日期：2014-04-25第5期童叶龙等:高热流CCD器件散热与精密控温技术47由于CCD器件本体尺寸小，其热流密度远远大于一般电子设备。以某高分辨率相机为例，焦平面TDICCD2[1]器件的体积为60mm×30mm×2mm，质量仅15g，热容仅12J／℃，热流密度近2000W/m。大功率CCD器件具有

8、体积小、质量小、热容小、功耗大等基本特点，在一个轨道周期内相机工作时间较短，而非工作时间较长。工作时，CCD器件功率密度较大，不工作时则完全不发热，因此，CCD[2]器件温度容易受到自身工作热耗、外热流及相机焦面其它发热部件等的影响而出现大幅波动。CCD器件背后