一种用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法与流程

1.本发明涉及运载火箭电气系统技术领域，特别涉及一种用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法。


背景技术：

2.在运载火箭电气集成度越来越高的发展趋势下，dc/dc模块运用日益广泛。根据dc/dc模块原理，不可避免的会产生纹波和噪声。而运用dc/dc模块时无法在其内部电路进行处理，只能在外围电路进行抑制纹波和噪声处理。目前应用于换流设备中的纹波抑制方法主要为添加接地、屏蔽和滤波。接地方法要求线匝间负线相连，破坏一二次电源间的隔离。由于纹波和噪声产生的原因多样，在单机内部设计屏蔽的方法比较复杂，不具备普适性。另外，可以通过主动探测并添加反向补偿的方式降低纹波。通过添加采样电路对输出电压进行采样，并通过比较电路与基准电压进行比较得到差量信号，进行反相后与输出电压混合达到减小纹波的效果。此方案虽然能够得到较好的结果，但不适用于运载火箭换流设备中电压转换路数多的情况。
3.与本发明最近似的技术方案如下《低共模噪声隔离dc-dc变换器的设计》，此文提出一种正、负电源接入电阻的方式，降低驱动电路的dv/dt，从而抑制共模噪声。该方法改变了系统的阻抗特性，并且使波形的平顶阶段时间减少，次级二极管导通角降低，峰值电流增大，不适用于运载火箭电气系统上大面积使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法，解决的技术问题是：
5.运载火箭电气系统通过换流设备向各个传感器和单机提供不同电压的二次电源，并采集传感器返回的模拟量电压信号。换流设备一般装有多个dc/dc模块，每个模块通过开关电源进行脉宽调制(pwm)或脉频调制(pfm)，两种方式都会产生较大的纹波。另外，开关电源、线匝、电路与金属壳体之间存在耦合电容，由于电感漏感无法有效回收，在壳体或信号地中会耦合出不同幅度的感应电势，壳体中的感应电势与输出电路之间会产生共模噪声cm。在初级线匝与次级线匝之间存在线匝耦合电容，当开关电源工作时，内部场效应管切换开关漏级电压峰峰值变大，在缺少任何共模抑制的情况下，大的电流与电压会通过线匝耦合电容对所有次级线圈输出进行整流，并被引入到输入电源的回线，其典型的峰峰值较大。如果通过接地方式，直接短接输入和输出电源负线，可以有效降低该共模噪声，但同时也会破坏一次电源和二次电源之间的隔离。另外，电路本身输出正负极之间也存在差模噪声dm。在这种情况下，传感器等设备的供电电路存在大量纹波和噪声，直接影响信号采集的稳定性。
6.由于开关电源电路存在上述纹波干扰，并耦合至转接模块信号传输链路，两者叠加导致采集信号波动较大，影响数据准确性。一般的dc-dc模块出厂时厂家会设计差模抑制
电容，但共模干扰与使用环境相关，并非模块本身产生的，因此需要结合实际使用场景对共模噪声进行抑制。
7.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法，通过在输入和输出电源线与壳体之间接入电容，与线匝耦合电容构成形如分压器的电路，对开关电源纹波进行抑制。
8.进一步的，还包括在每片dc/dc电源输出口增加emi滤波器，进一步抑制开关电源纹波和噪声。
9.进一步的，可根据实际使用情况增加或减少电容的路数。
10.进一步的，所述emi滤波器需要选择与该端口阻抗相匹配的型号，使其尽可能大的反射，达到更好的噪声抑制效果。
11.本发明提供的用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法取得的有益效果是：
12.本发明提供一种结构简单、易于实现的低成本降低纹波方法。在不改变dc/dc模块内部电路的情况下，实现抑制电源电路中纹波的功能。并且该方法适应性强，易于拓展，可根据不同使用场景，增减模块及相关的电容和滤波器即可。
附图说明
13.下面结合附图对发明作进一步说明：
14.图1是换流设备中dc/dc模块电路和潜通路模型
15.图2是本发明给出的三路输出情况下电容和滤波器安装方案。
具体实施方式
16.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的用于运载火箭换流设备的低纹波电源滤波方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
17.本发明的核心思想在于，本发明提供一种结构简单、易于实现的低成本降低纹波方法。在不改变dc/dc模块内部电路的情况下，实现抑制电源电路中纹波的功能。并且该方法适应性强，易于拓展，可根据不同使用场景，增减模块及相关的电容和滤波器即可。
18.实施例1
19.图1是换流设备中dc/dc模块电路和潜通路模型；图2是本发明给出的三路输出情况下电容和滤波器安装方案。参考图1和图2，换流设备中通过变压器将箭上一次电源转换为低电压，该方式具备一定的隔离保护作用。由于变压器线匝之间采用平行绕制法，在初级线圈和次级线圈之间存在线匝耦合电容c
t
，图1中标号6为初级线圈和次级线圈之间的耦合电容，标号1至5为dc/dc内部电路与机壳存在的共模和差模模型，并不是实际存在的电容。耦合电容大小与线圈匝数比、绕线方式、拓扑等有关。由于开关电源电路存在纹波干扰，并耦合至转接模块信号传输链路，两者叠加导致信号波动值变大，从而使传感器测量值产生误差。例如，当传感器模拟量信号电压为0～5v，纹波导致的采集电压波动范围达到60～100mv，当模拟信号经过数字量转换精度为8bits数字信号时，反映在数值约为4～5个分层值，数据传输误差达到2％，测量精度由此受到较大的影响。开关电源产生纹波的原因主要
有以下几个方面：
20.(1)开关电源中的滤波电容容量限制，导致低频纹波的残留；
21.(2)高频开关变换电路中电容电感充放电过程等产生的高频噪声纹波；
22.(3)线匝之间寄生参数的存在导致的共模噪声。
23.针对以上分析结果，本实施例提出一种解决运载火箭换流设备输出纹波较大的方案，减少采集信号波动，提高测量精度。
24.该方案包含以下步骤：
25.第一步，增加共模噪声抑制电容。
26.针对变压器线匝耦合电容c
t
，提出在输入和输出电源线与壳体之间接入电容，与线匝耦合电容c
t
构成形如分压器的电路进行抑制。图2为三路不同电压的输出情况下，旁路电容安装示意电容标号7至16为本发明所述增加的旁路电容。实际使用中，可根据不同情况增减路数。
27.第二步，增加输出滤波器。
28.在每片dc/dc电源输出口增加emi滤波器，进一步抑制电源纹波和噪声。图2中的标号17至19为每个dc/dc模块输出口的emi滤波器。emi滤波器需要选择与该端口阻抗相匹配的型号，使其尽可能大的反射，达到更好的噪声抑制效果。
29.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。