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蓋亞轉(zhuǎn)換器技術(shù)博客 DC-DC 開關(guān)電源有效傳導(dǎo)發(fā)射濾波器設(shè)計(jì)的重要技巧 在軍用級 DC-DC 開關(guān)電源中并聯(lián) DC-DC 轉(zhuǎn)換器可能具有挑戰(zhàn)性。這就是基于分階段同步方法的有效傳導(dǎo)發(fā)射濾波器設(shè)計(jì)可以提供幫助的地方。在這里，我們了解如何設(shè)計(jì)符合電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)的 DC-DC 開關(guān)電源，從而減少傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。 共模 EMI 與差模 EMI 開關(guān)噪聲，也稱為反射輸入電流或傳導(dǎo)和輻射發(fā)射，是一種電磁干擾（EMI）。在大多數(shù)情況下，該噪聲電流是由使用高效率的DC-DC開關(guān)電源代替線性DC-DC電源。在軍用電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，需要遵守嚴(yán)格的開關(guān)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(dǎo)，從而產(chǎn)生電磁輻射。如果輸入差模傳導(dǎo)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(guān)重要。表 1 中列出的軍用標(biāo)準(zhǔn)定義了頻率范圍內(nèi)的噪聲電流（dBμA）或電壓（dBμV）到 50 歐姆的限制。 
表 1：軍用傳導(dǎo)噪聲電流限值示例 傳導(dǎo)發(fā)射濾波器設(shè)計(jì)：關(guān)鍵考慮因素 DC-DC 開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲發(fā)射水平取決于所使用的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的類型。例如，常見的非隔離降壓或隔離正向轉(zhuǎn)換器的開關(guān)總是具有不連續(xù)的輸入電流，由輸入電容器平均，而升壓電路可以在連續(xù)導(dǎo)通模式下工作，這更容易在其輸入上進(jìn)行濾波。 LC 低通濾波器是過濾單個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入差模噪聲的最有效方法。傳導(dǎo)發(fā)射濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)具有最小尺寸和低電阻損耗。但同時(shí)，它必須具有足夠的衰減以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。過大的部件可能會(huì)產(chǎn)生低頻自諧振，甚至?xí)糯笤肼暋Ｔ谌魏吻闆r下，濾波器都應(yīng)該被阻尼以避免振鈴并滿足“Middlebrook 標(biāo)準(zhǔn)”以避免轉(zhuǎn)換器不穩(wěn)定 [1]。在某些情況下，可能需要添加額外的 RC 阻尼網(wǎng)絡(luò)，盡管通常由濾波電容器的 ESR 來執(zhí)行該功能。 相同步：并聯(lián) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵 并聯(lián) DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸入可能很復(fù)雜。即使轉(zhuǎn)換器名義上以相同的頻率進(jìn)行開關(guān)，它們的開關(guān)轉(zhuǎn)換相位也會(huì)不同，并且它們與溫度和時(shí)間的關(guān)系會(huì)發(fā)生漂移。這會(huì)導(dǎo)致基波和諧波噪聲響應(yīng)在不確定的時(shí)間尺度上增加或抵消。例如，如果轉(zhuǎn)換器簡單地與所有開關(guān)導(dǎo)通轉(zhuǎn)換一起同步，則保證基本響應(yīng)相加，從而使必要的濾波器更大。 更好的解決方案是同步轉(zhuǎn)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(guān)頻率存在 π 弧度的延遲，則會(huì)發(fā)生抵消。對于僅兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，可以通過同步信號(hào)的簡單邏輯反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)延遲。對于更多轉(zhuǎn)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(gè)并聯(lián) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的同步延遲值 分階段同步的好處 如圖所示圖2，四個(gè)轉(zhuǎn)換器的同步波形可以在略高于 330kHz 的基波響應(yīng)上實(shí)現(xiàn)約 20dB 的改進(jìn)。完全取消是不可能的，因?yàn)閱为?dú)的 DC-DC 根據(jù)其負(fù)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(gè)轉(zhuǎn)換器的負(fù)載、拓?fù)浜驼伎毡龋虼讼潭龋ㄈ绻械脑挘┛赡軙?huì)較小。事實(shí)上，如果四個(gè)轉(zhuǎn)換器相同且負(fù)載相同（如輸出并聯(lián)時(shí)可能出現(xiàn)的情況），則四次諧波將會(huì)相加。這是因?yàn)閷⒒ㄏ辔黄?π/2 相當(dāng)于將第四諧波偏移 2π 或一個(gè)完整周期，因此會(huì)發(fā)生求和。實(shí)際上，在較高頻率下濾波更容易，因?yàn)閷τ谂c基波相同的衰減，每個(gè) L 和 C 值都可以減少 4 倍。
圖 1：四個(gè)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(guān)頻率下改善了約 20dBμV。綠色是沒有同步，藍(lán)色是有同步 GAIA Converter 設(shè)計(jì)了一個(gè)參考板，展示了分階段同步的優(yōu)點(diǎn)。該板上最多可容納 6 個(gè) DC-DC、1 個(gè)總線調(diào)節(jié)器和 1 個(gè)濾波器，額定輸出功率總計(jì)高達(dá) 120W。該板符合 MIL-STD-704、DO160、MIL-STD-461 和 MIL-STD-1275 標(biāo)準(zhǔn)，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(zhuǎn)換器EMI 性能圖 該參考板展示了一系列 GAIA DC-DC 轉(zhuǎn)換器，具有負(fù)載共享和寬調(diào)整范圍等功能。盡管七個(gè)轉(zhuǎn)換器獨(dú)立運(yùn)行，但所包含的相位同步功能使傳導(dǎo)輸入發(fā)射比軍用標(biāo)準(zhǔn) CE-102 規(guī)定的限制低 20dB。 參考 [1] R. D. Middlebrook，“開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的輸入濾波器注意事項(xiàng)”，Proc. 1976 年 IEEE IAS 年會(huì)，第 366-382 頁。 |
