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隨著CMOS器件的普及，許多印制電路板需要+5V和12V或+24V等規(guī)格的直流電壓，這意味著單機需要一個比較集中的電源以滿足工作要求。CMOS器件的特點是僅在開關瞬間需要較大的功率，因此就近放置一個電源比用一個低電壓集中電源長距離供電，可以降低配線電感和電阻所引起的壓降，而分散供電的設計結構正可以滿足這一設計要求。 分散供電設計總的原則簡單明了，但是當電源從集中移到各應用點的時候，從變換器本身產生的傳導和反射紋波需要測量和控制，系統(tǒng)各單機電磁兼容性問題在設計中也必須解決。 目前，DC/DC變換器在衛(wèi)星等航天工程項目電源系統(tǒng)設計中的使用已經非常普遍，其可以不受輸入電壓和負載波動的影響而提供穩(wěn)定的輸出電壓。同時，DC/DC變換器在變換過程中使用了變壓器進行電隔離，可以保護整個系統(tǒng)免受隔離故障的影響。 本文所述電路就是基于INTERPOINT公司生產的DC/DC變換器和濾波器進行設計的一種用于航天器的二次電源系統(tǒng)。 電路設計 對于一個確定的工程系統(tǒng)，如果其電路中包含CMOS器件、運算放大器和電機驅動電路等部分，則+5V、12V和+24V電源一般來說是必須的。本設計基于INTERPOINT公司生產的DC/DC變換器和濾波器（見圖1）。 圖1 電路原理圖 開關電源變換器是窄帶頻譜輸入噪聲電流的天然發(fā)生器，具有開關頻率基波分量及其高次諧波分量。大部分INTERPOINT電源變換器內部都具有一級LC 輸入線濾波器，將噪聲成分減低到1mA RMS左右或更小。但是，在要求更小的噪聲電流或者要求滿足GJB151.3-86或其他EMI規(guī)范時，還需要附加外部電源線濾波器。只要不超過濾波器的額定線電流和布局不受限制，多個電源變換器可以共用一個濾波器。圖1所示電路中的DC/DC變換器分別為MSA2805S和MSA2812D，三個DC/DC變換器共用一個FMH461濾波器。 圖1中，L1*A、L1*B和L1*C為一個三繞組電感，L2*A、L2*B和L3*A、L3*B分別為兩繞組電感。FUSE1和FUSE2為保險絲。 1 電源輸入電路分析 在一次電源輸入的+28V線上，增加了兩個保險絲作為短路保護元件，在保證降額設計（如50%余量）的要求下，其熔值可視二次電源負載而定，如3A或5A。其中一個保險絲和電阻1R3串聯(lián)，1R3阻值取0.15Ω，則兩個保險絲為冗余設計。當負載異常而導致瞬間電流過大時，由于電流是從FUSE1保險絲流過，故FUSE1熔斷。異常情況消失后，F(xiàn)USE2仍然可以保證系統(tǒng)的正常工作。 2 電源輸出電路分析 為了得到+5V、12V和+24V電源，電路中選用了MSA2805S和MSA2812D兩種DC/DC變換器。在獲取需要電源的同時，還需要注意噪聲的濾除。 共模噪聲主要是因為電感繞組間存在電容、電源器件內部存在寄生電容等原因而產生的。 各DC/DC變換器的輸入回線上分別加旁路電容到DC/DC變換器外殼地，以濾除共模噪聲。輸入旁路電容可將機殼上的共模電流引回到輸入回線上，減小輻射。 各DC/DC變換器的電源輸出端，分別加了電感、旁路電容和極間電容，以濾除輸出線對上的差模噪聲和共模噪聲。各電感的繞組的匝數(shù)和漏感分別相等，磁環(huán)為鐵氧體軟磁性材料。 3 電磁兼容性分析 +28V輸入電源和DC/DC變換器之間通過FMH-461隔離，F(xiàn)MH-461是INTERPOINT公司生產的電磁干擾（EMI）濾波器，可以減小DC/DC變換器產生的高頻反射紋波電流對公用輸入母線+28V電源線的干擾，對電源線傳導發(fā)射和電場輻射發(fā)射有效。同時，為減小電磁干擾，濾波器的外殼地必須與DC/DC變換器的外殼地低阻導通。圖1所示電路中，直接將DC/DC變換器和濾波器的外殼短接。 測試結果分析 對于圖1基于INTERPOINT公司生產的DC/DC變換器和濾波器進行設計的電路，在試驗室中分別對電源系統(tǒng)的輸出電壓和輸出紋波進行了測試，測試結果如表1所示。 測試結果表明，在文中設計的電路中，DC/DC變換器輸出電壓的紋波在全帶寬情況下，最大為135.48mV，而在限定帶寬60MHz時，紋波不超過20mV，完全滿足電路元器件正常工作對電源的要求。 結語 本文所述的一種用于航天器的二次電源系統(tǒng)是基于INTERPOINT公司生產的DC/DC變換器和濾波器進行設計的，該電源系統(tǒng)已經成功用于航天器的有效載荷，并通過了電源線傳導敏感度（CS101）、電源線傳導發(fā)射（CE102）、電場輻射發(fā)射（RE102）和電場輻射敏感度（RS103）等EMC試驗項目，滿足航天產品的EMC試驗要求。 文中設計的電源電路充分考慮了器件備份、母線電源的安全性、電磁干擾等因素，滿足航天產品的可靠性、效率、浪涌和紋波、電磁兼容性的要求，獲得了滿意的結果。 |
