通过多相同步降低DC/DC转换器中的有线噪声

通过多相同步降低DC/DC转换器中的有线噪声

降低DC/DC开关电源输入线上产生的噪声对于满足军事应用中的EMI标准是必要的。连接到同一输入总线的DC/DC转换器越多，这就变得越困难。多相位同步可以降低干扰水平。

开关电源（SMPS）由于其效率和低重量而优于线性类型。然而，在所有可能的转换拓扑中，SMPS在输入和输出处产生差分模式（DM）和/或共模模式（CM）的电噪声，以及由于开关晶体管和二极管的快速转换而产生的某些电磁辐射。

DM和CM噪声
DM噪声通过线路和回流线路连接产生，而CM噪声则从线路和回流线连接一起传输到地面（图2）。
如果需要满足有线或辐射噪声的规范，则首先将DM噪声最小化是有利的，因为它代表了导线上的辐射源，并且也流入CM测量。

此外，用于CM测量的标准线路阻抗稳定网络（LISN）记录CM和DM信号的组合。军用DC/DC转换器的电磁兼容性（EMC）限值如表1所示。

交换拓扑
DC/DC转换器输入端的DM噪声水平测量为具有特定串联锁定电感的电流，或测量为耦合到具有交流电的电力线的50Ω电压。振幅随开关拓扑而变化，并且对于具有不连续输入电流的转换器（例如降压或隔离正向转换器）通常是最高的。

输入电流波形
向上转换器在较高功率下具有连续输入电流，尽管它们也可以在较低功率下以不连续模式操作。在所有情况下，开关中的电流波形组合为矩形、锯齿形或三角形波形。输入端的内部转换器电容器将波形补偿为来自电源电压的近似直流电流。最大残留纹波和噪声由EMC标准的极限值线确定。

输入电流的傅立叶分析
当输入电流被分解为矩形和锯齿/三角形元素，以及它们的时间和振幅时，傅立叶分析可以预测谐波的频谱及其振幅。该分析是开发有效的线边界发射滤波器以实现所需衰减的关键。例如，在三角形电流波形中，对于不连续操作中的势垒变压器来说，电流是Isin（n）。因此，它是正弦波的振幅，代表开关中电流波形的n次谐波：

滤波器和阻尼
DC/DC输入电容器形成单极滤波器，一个额外的上游电感形成双极滤波器，另一个上游电容器形成-20 dB、-40 dB或-随频率变化的每十年衰减60 dB。然后可以在谐波频率下评估衰减，以确保电流Isin（s）以最小的滤波程度充分减小。

传导发射滤波器的设计也应符合Middlebrook稳定性标准；滤波器的输出阻抗应低于滤波器自然谐振频率下DC/DC转换器的输入阻抗。在任何情况下，滤波器必须针对传输的直流电进行设计，在饱和之前具有良好的裕度，并且必须静音以避免振铃以及可能的浪涌和噪声峰值”。

衰减通过附加的RC链路来实现，或者选择滤波电容器，使得它们的ESR足够高以实现相同的效果。根据经验，CD s5 x CIN应该是RD为√（L/CIN）的起点。

位控制同步技术在实践中的应用
为了证明相位控制同步技术在实践中的有效性，Gaia Converter开发了一个带有六个DC/DC转换器、一个前端和一个滤波器的板，这些转换器具有各种配置，可从额定24/28 VDC输入提供单极和双极输出，总功率为120 W（图1）。

该板包括两个独立转换器组的p同步逻辑，以及使四个转换器与p/2同步和相位的能力。DC/DC转换器包括隔离型和非隔离型，包括MPSGS14ED，这是一种具有快速输出控制、恒定电流功能和从-36%到+700%的宽可调输出电压的军用级负载点转换器。

保护和附加功能

该板还包括有源输入总线调节器LHUG150N，它提供+/-100 V的瞬态保护、反极性保护、功率和浪涌电流限制，以及50 ms至200 ms的新型保持功能。在该功能中，当发生中断时，其电压独立于输入电压升高到60V的小电容器被切换到输入。

该板卡符合军用和航空电子标准MIL-STD-704、DO160、MIL-STD-461和MIL-STD-1275，并满足CE102发射限值，裕度超过20dB（图5）。这是通过相位同步功能和FGDS-12A-100V型低剖面EMC滤波器实现的，该滤波器尺寸为1“x 1.2”，占板面积的5%。（b）