航天器DC-DC變換器EMC設計與測試分析
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DC-DC變換器是航天器在地面測試和在軌運行的各個(gè)階段將一次電源母線(xiàn)電壓變換成各分系統及電子設備所需的電壓，供航天器上負載使用的重要裝載設備。我國在1986年制訂了國軍標GJB-151-86，對電子設備包括DC-DC變換器的EMC（電磁兼容性）做出了規定。由于航天器上裝載有很多電子儀器設備，如通信、遙測與遙控設備等，這些設備對EMI（電磁干擾）很敏感，超標的EMI會(huì )使這些設備產(chǎn)生錯誤信號和指令，嚴重影響航天器的整體安全、穩定工作。因此，DC-DC變換器的EMC設計很重要。
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(jiàn)表1，各測試項目的要求是以GJB151A-97為基礎，并參考了我國通信衛星對設備級產(chǎn)品EMC要求。
表1 航天器DC-DC變換器EMC要求測試項目 
輻射發(fā)射是檢驗設備以電磁輻射的形式向空間發(fā)射的干擾強度是否超過(guò)限制值，RE102是電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗。受試設備（EUT）的RE102（10kHz～18GHz）應不超過(guò)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(wú)意電場(chǎng)輻射發(fā)射限制曲線(xiàn)
電流往往會(huì )借助電源線(xiàn)產(chǎn)生電磁輻射，CE102是檢驗設備以射頻傳導的方式發(fā)射的干擾強度是否超過(guò)限制值。本要求適用于航天器上的所有設備電源導線(xiàn)。EUT的CE102(10kHz～10MHz)電平應滿(mǎn)足圖2要求。
圖2 CE102電源線(xiàn)傳導發(fā)射限制曲線(xiàn)
輻射敏感度檢驗設備能否抵抗外界的電磁干擾，RS103是關(guān)于電場(chǎng)干擾的。當按規定的強度對EUT進(jìn)行RS103（2MHz～18GHz）試驗時(shí)，EUT工作級和性能級應分別滿(mǎn)足相應級別的敏感度判斷準則要求，試驗頻率上限到1GHz或EUT最高工作頻率的10倍。EUT的電場(chǎng)輻射敏感度要求具體指標見(jiàn)表2。
表2 RS103不同等級的測試限值要求 
電源線(xiàn)傳導敏感度（CS101 30Hz～150kHz）：本要求適用于直流電源線(xiàn)，不包括回線(xiàn)。CS101電源線(xiàn)注入電壓及功率要求見(jiàn)表3，EUT應滿(mǎn)足性能級要求。
表3 CS101電源線(xiàn)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(xiàn)阻尼正弦瞬變傳導敏感度CS116（10kHz～100MHz）：本要求適用于互連電纜（包括電源線(xiàn)和單根電源導線(xiàn)），但無(wú)需單獨對電源回線(xiàn)進(jìn)行試驗。CS116模擬了在受試設備上可能出現的衰減正弦波干擾，注入的衰減正弦波校準波形的幅度最高達5A。電纜和電源線(xiàn)阻尼正弦瞬變傳導敏感度要求見(jiàn)表5。航天器DC-DC變換器電纜和電源線(xiàn)阻尼正弦瞬變傳導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(xiàn)阻尼正弦瞬變傳導敏感度要求 
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(diǎn)（面）30次。試驗中EUT不應出現任何故障、性能降低或偏離規定的指標值。
3、航天器DC-DC變換器與EMC
航天器DC-DC變換器，按目前國內應用情況可分為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體開(kāi)關(guān)器件為核心的高頻功率電子電路，通過(guò)半導體開(kāi)關(guān)器件周期性通斷工作，控制開(kāi)關(guān)元件的時(shí)間占空比來(lái)調整輸出電壓。脈寬調制器（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(kāi)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）、傳導發(fā)射（CE）、輻射敏感度（RS）和傳導敏感度（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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