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蓋亞轉換器技術(shù)博客 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源有效傳導發(fā)射濾波器設計的重要技巧 在軍用級 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源中并聯(lián) 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(fā)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(kāi)關(guān)電源，從而減少傳導和輻射發(fā)射。 共模 EMI 與差模 EMI 開(kāi)關(guān)噪聲，也稱(chēng)為反射輸入電流或傳導和輻射發(fā)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(kāi)關(guān)電源代替線(xiàn)性DC-DC電源。在軍用電源轉換器應用中，需要遵守嚴格的開(kāi)關(guān)噪聲限制。 噪聲可以作為差�；蚬材ｋ娏餮刂�(zhù)輸入和輸出線(xiàn)傳導，從而產(chǎn)生電磁輻射。如果輸入差模傳導噪聲較低，則來(lái)自輸入線(xiàn)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(fā)射濾波器設計：關(guān)鍵考慮因素 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的傳導噪聲發(fā)射水平取決于所使用的 DC-DC 轉換器的類(lèi)型。例如，常見(jiàn)的非隔離降壓或隔離正向轉換器的開(kāi)關(guān)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(jìn)行濾波。 LC 低通濾波器是過(guò)濾單個(gè)轉換器輸入差模噪聲的最有效方法。傳導發(fā)射濾波器設計應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(mǎn)足排放標準。過(guò)大的部件可能會(huì )產(chǎn)生低頻自諧振，甚至會(huì )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(mǎn)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(wǎng)絡(luò )，盡管通常由濾波電容器的 ESR 來(lái)執行該功能。 相同步：并聯(lián) DC-DC 轉換器的關(guān)鍵 并聯(lián) 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(jìn)行開(kāi)關(guān)，它們的開(kāi)關(guān)轉換相位也會(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 )導致基波和諧波噪聲響應在不確定的時(shí)間尺度上增加或抵消。例如，如果轉換器簡(jiǎn)單地與所有開(kāi)關(guān)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(kāi)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)轉換器，可以通過(guò)同步信號的簡(jiǎn)單邏輯反轉來(lái)實(shí)現延遲。對于更多轉換器，延遲是成比例的（參見(jiàn)表 2）。
表 2：用于消除基本噪聲的多個(gè)并聯(lián) 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(gè)轉換器的同步波形可以在略高于 330kHz 的基波響應上實(shí)現約 20dB 的改進(jìn)。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(lèi)似地，較高的諧波水平取決于每個(gè)轉換器的負載、拓撲和占空比，因此消除程度（如果有的話(huà)）可能會(huì )較小。事實(shí)上，如果四個(gè)轉換器相同且負載相同（如輸出并聯(lián)時(shí)可能出現的情況），則四次諧波將會(huì )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(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，因為對于與基波相同的衰減，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(kāi)關(guān)頻率下改善了約 20dBμV。綠色是沒(méi)有同步，藍色是有同步 GAIA Converter 設計了一個(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(xiàn)調節器和 1 個(gè)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(gè)轉換器獨立運行，但所包含的相位同步功能使傳導輸入發(fā)射比軍用標準 CE-102 規定的限制低 20dB。 參考 [1] R. D. Middlebrook，“開(kāi)關(guān)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(huì )，第 366-382 頁(yè)。 |
