航天器DC-DC變換器EMC設(shè)計與測試分析

作者：時間：2013-05-23 來源：網(wǎng)絡(luò)

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1、引言

DC-DC變換器是航天器在地面測試和在軌運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測試項目見表1，各測試項目的要求是以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要求測試項目

2.1 輻射發(fā)射控制要求（RE102）

輻射發(fā)射是檢驗設(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。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

2.2 傳導(dǎo)發(fā)射控制要求（CE102）

電流往往會借助電源線產(chǎn)生電磁輻射，CE102是檢驗設(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

2.3 輻射敏感度要求（RS103）

輻射敏感度檢驗設(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

2.4 傳導(dǎo)敏感度要求(CS101、CS114、CS115、CS116)

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

電纜束注入傳導(dǎo)敏感度CS114(10kHz～200MHz)：本要求適用于互連電纜，包括直流電源電纜在內(nèi)。CS114注入的是等幅波干擾，校準(zhǔn)波形最大0.1A，試驗?zāi)康氖菣z驗電纜束上感應(yīng)的電磁能量是否會對設(shè)備造成干擾，因為空間電磁波進(jìn)入設(shè)備的一個重要途徑就是電纜。當(dāng)按表4注入信號電流進(jìn)行試驗時，EUT應(yīng)滿足性能級要求。

表4 CS114電纜束注入電流要求

電纜束注入脈沖激勵傳導(dǎo)敏感度(CS115)：本要求適用于互連電纜。CS115所模擬的是設(shè)備使用平臺上的電感性負(fù)載斷開時產(chǎn)生的干擾，脈沖波形以30Hz重復(fù)。航天器DC-DC變換器電纜束注入脈沖激勵傳導(dǎo)敏感度生存級要求為I=5A；性能級要求為I=0.5A。

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），但無需單獨對電源回線進(jìn)行試驗。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

2.5 靜電電弧放電敏感度試驗(ESD)

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。放電頻率為1次/秒，每點（面）30次。試驗中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)頻率點和其高階諧波頻率點。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