航天器DC-DC變換器EMC設(shè)計與測試分析
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DC-DC變換器是航天器在地面測試和在軌運(yùn)行的各個階段將一次電源母線電壓變換成各分系統(tǒng)及電子設(shè)備所需的電壓，供航天器上負(fù)載使用的重要裝載設(shè)備。我國在1986年制訂了國軍標(biāo)GJB-151-86，對電子設(shè)備包括DC-DC變換器的EMC（電磁兼容性）做出了規(guī)定。由于航天器上裝載有很多電子儀器設(shè)備，如通信、遙測與遙控設(shè)備等，這些設(shè)備對EMI（電磁干擾）很敏感，超標(biāo)的EMI會使這些設(shè)備產(chǎn)生錯誤信號和指令，嚴(yán)重影響航天器的整體安全、穩(wěn)定工作。因此，DC-DC變換器的EMC設(shè)計很重要。
2、航天器DC-DC變換器EMC技術(shù)要求
航天器DC-DC變換器通常要求進(jìn)行的EMC測試項(xiàng)目見表1，各測試項(xiàng)目的要求是以GJB151A-97為基礎(chǔ)，并參考了我國通信衛(wèi)星對設(shè)備級產(chǎn)品EMC要求。
表1 航天器DC-DC變換器EMC要求測試項(xiàng)目 
輻射發(fā)射是檢驗(yàn)設(shè)備以電磁輻射的形式向空間發(fā)射的干擾強(qiáng)度是否超過限制值，RE102是電場輻射發(fā)射試驗(yàn)。受試設(shè)備（EUT）的RE102（10kHz～18GHz）應(yīng)不超過圖1的要求。EUT工作頻率較低，試驗(yàn)頻率上限可到1GHz或其最高工作頻率的10倍，取較大者。
圖1 RE102無意電場輻射發(fā)射限制曲線
電流往往會借助電源線產(chǎn)生電磁輻射，CE102是檢驗(yàn)設(shè)備以射頻傳導(dǎo)的方式發(fā)射的干擾強(qiáng)度是否超過限制值。本要求適用于航天器上的所有設(shè)備電源導(dǎo)線。EUT的CE102(10kHz～10MHz)電平應(yīng)滿足圖2要求。
圖2 CE102電源線傳導(dǎo)發(fā)射限制曲線
輻射敏感度檢驗(yàn)設(shè)備能否抵抗外界的電磁干擾，RS103是關(guān)于電場干擾的。當(dāng)按規(guī)定的強(qiáng)度對EUT進(jìn)行RS103（2MHz～18GHz）試驗(yàn)時，EUT工作級和性能級應(yīng)分別滿足相應(yīng)級別的敏感度判斷準(zhǔn)則要求，試驗(yàn)頻率上限到1GHz或EUT最高工作頻率的10倍。EUT的電場輻射敏感度要求具體指標(biāo)見表2。
表2 RS103不同等級的測試限值要求 
電源線傳導(dǎo)敏感度（CS101 30Hz～150kHz）：本要求適用于直流電源線，不包括回線。CS101電源線注入電壓及功率要求見表3，EUT應(yīng)滿足性能級要求。
表3 CS101電源線注入電壓及注入功率要求 
表4 CS114電纜束注入電流要求 
電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度CS116（10kHz～100MHz）：本要求適用于互連電纜（包括電源線和單根電源導(dǎo)線），但無需單獨(dú)對電源回線進(jìn)行試驗(yàn)。CS116模擬了在受試設(shè)備上可能出現(xiàn)的衰減正弦波干擾，注入的衰減正弦波校準(zhǔn)波形的幅度最高達(dá)5A。電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度要求見表5。航天器DC-DC變換器電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度生存級要求為IMAX=5A；性能級要求為IMAX=0.5A。
表5 CS116電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度要求 
本要求適用于初樣航天產(chǎn)品的殼體及所有互連電纜。當(dāng)按QJ2266-92要求一般采取間接放電±10kV的電壓值進(jìn)行試驗(yàn)。放電頻率為1次/秒，每點(diǎn)（面）30次。試驗(yàn)中EUT不應(yīng)出現(xiàn)任何故障、性能降低或偏離規(guī)定的指標(biāo)值。
3、航天器DC-DC變換器與EMC
航天器DC-DC變換器，按目前國內(nèi)應(yīng)用情況可分為28V、42V和100V輸入電壓品種，輸出功率以30W為主。DC-DC變換器是以功率半導(dǎo)體開關(guān)器件為核心的高頻功率電子電路，通過半導(dǎo)體開關(guān)器件周期性通斷工作，控制開關(guān)元件的時間占空比來調(diào)整輸出電壓。脈寬調(diào)制器（PWM）的工作方式使得變換器不可避免的產(chǎn)生周期雜波，雜波的頻譜分布在開關(guān)頻率點(diǎn)和其高階諧波頻率點(diǎn)。如圖3所示，DC-DC變換器電磁干擾（EMI）包括輻射發(fā)射（RE）、傳導(dǎo)發(fā)射（CE）、輻射敏感度（RS）和傳導(dǎo)敏感度（CS）。
圖3 DC-DC變換器的干擾發(fā)射和敏感度示意圖
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