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蓋亞轉換器技術博客 DC-DC 開關電源有效傳導發射濾波器設計的重要技巧 在軍用級 DC-DC 開關電源中并聯 DC-DC 轉換器可能具有挑戰性。這就是基于分階段同步方法的有效傳導發射濾波器設計可以提供幫助的地方。在這里，我們了解如何設計符合電磁兼容性 (EMC) 標準的 DC-DC 開關電源，從而減少傳導和輻射發射。 共模 EMI 與差模 EMI 開關噪聲，也稱為反射輸入電流或傳導和輻射發射，是一種電磁干擾（EMI）。在大多數情況下，該噪聲電流是由使用高效率的DC-DC開關電源代替線性DC-DC電源。在軍用電源轉換器應用中，需要遵守嚴格的開關噪聲限制。 噪聲可以作為差模或共模電流沿著輸入和輸出線傳導，從而產生電磁輻射。如果輸入差模傳導噪聲較低，則來自輸入線的輻射噪聲也將受到限制。因此，輸入DM噪聲的衰減至關重要。表 1 中列出的軍用標準定義了頻率范圍內的噪聲電流（dBμA）或電壓（dBμV）到 50 歐姆的限制。 
表 1：軍用傳導噪聲電流限值示例 傳導發射濾波器設計：關鍵考慮因素 DC-DC 開關電源產生的傳導噪聲發射水平取決于所使用的 DC-DC 轉換器的類型。例如，常見的非隔離降壓或隔離正向轉換器的開關總是具有不連續的輸入電流，由輸入電容器平均，而升壓電路可以在連續導通模式下工作，這更容易在其輸入上進行濾波。 LC 低通濾波器是過濾單個轉換器輸入差模噪聲的最有效方法。傳導發射濾波器設計應具有最小尺寸和低電阻損耗。但同時，它必須具有足夠的衰減以滿足排放標準。過大的部件可能會產生低頻自諧振，甚至會放大噪聲。在任何情況下，濾波器都應該被阻尼以避免振鈴并滿足“Middlebrook 標準”以避免轉換器不穩定 [1]。在某些情況下，可能需要添加額外的 RC 阻尼網絡，盡管通常由濾波電容器的 ESR 來執行該功能。 相同步：并聯 DC-DC 轉換器的關鍵 并聯 DC-DC 轉換器輸入可能很復雜。即使轉換器名義上以相同的頻率進行開關，它們的開關轉換相位也會不同，并且它們與溫度和時間的關系會發生漂移。這會導致基波和諧波噪聲響應在不確定的時間尺度上增加或抵消。例如，如果轉換器簡單地與所有開關導通轉換一起同步，則保證基本響應相加，從而使必要的濾波器更大。 更好的解決方案是同步轉換器，但彼此之間存在相位延遲。如果同步脈沖之間的基本開關頻率存在 π 弧度的延遲，則會發生抵消。對于僅兩個轉換器，可以通過同步信號的簡單邏輯反轉來實現延遲。對于更多轉換器，延遲是成比例的（參見表 2）。
表 2：用于消除基本噪聲的多個并聯 DC-DC 轉換器的同步延遲值 分階段同步的好處 如圖所示圖2，四個轉換器的同步波形可以在略高于 330kHz 的基波響應上實現約 20dB 的改進。完全取消是不可能的，因為單獨的 DC-DC 根據其負載將具有不同的基本電平。類似地，較高的諧波水平取決于每個轉換器的負載、拓撲和占空比，因此消除程度（如果有的話）可能會較小。事實上，如果四個轉換器相同且負載相同（如輸出并聯時可能出現的情況），則四次諧波將會相加。這是因為將基波相位偏移 π/2 相當于將第四諧波偏移 2π 或一個完整周期，因此會發生求和。實際上，在較高頻率下濾波更容易，因為對于與基波相同的衰減，每個 L 和 C 值都可以減少 4 倍。
圖 1：四個具有相位延遲同步功能的 DC-DC 的排列
圖 2：圖 1 電路的 EMI 特征在開關頻率下改善了約 20dBμV。綠色是沒有同步，藍色是有同步 GAIA Converter 設計了一個參考板，展示了分階段同步的優點。該板上最多可容納 6 個 DC-DC、1 個總線調節器和 1 個濾波器，額定輸出功率總計高達 120W。該板符合 MIL-STD-704、DO160、MIL-STD-461 和 MIL-STD-1275 標準，具有 12A 額定 EMI 濾波器，采用微型 1” x 1.2” 薄型封裝。
圖 7：GAIA 轉換器EMI 性能圖 該參考板展示了一系列 GAIA DC-DC 轉換器，具有負載共享和寬調整范圍等功能。盡管七個轉換器獨立運行，但所包含的相位同步功能使傳導輸入發射比軍用標準 CE-102 規定的限制低 20dB。 參考 [1] R. D. Middlebrook，“開關穩壓器設計和應用中的輸入濾波器注意事項”，Proc. 1976 年 IEEE IAS 年會，第 366-382 頁。 |
