一种低噪高输出电压一种低噪高输出电压DC—DC变换器设计变换器设计
针对某航天器设备用的130 V高压DC—DC变换器的低噪声要求，采用初级侧隔离的负载端直接反馈控制方式，
次级侧采用结合LC低通无源滤波电路和有源滤波电路的两级输出滤波电路设计方法。通过实验，不仅实现了高
压DC-DC变换器的低噪声输出，而且通过优化设计，使得两级滤波器的体积较小，可靠性较高，实现了星载应
用。
0 引言
某航天器设备需应用一种输入电压28 V、输出电压130 V的隔离式DC—DC变换器，因为该设备的控制精度要求高，因此对
DC—DC变换器的输出噪声有严格的要求。深入分析该设备系统的工作状态，设计影响其正常工作干扰来自于DC—DC变换器
的传导干扰，分为差模传导噪声和共模传导噪声。
DC—DC变换器产生的干扰信号频谱一般在30 MHz以下，属于近场干扰。差模传导噪声中能量最大的一般为DC—DC变换
器主开关频率处的频率分量，体现为输出的电压纹波；而共模传导噪声的频率相对要高很多，主要由线路的寄生参数引起，体
现为输出的电压尖峰。
通常DC—DC变换器输出噪声(包括电压尖峰与纹波)为输出电压的1％，对于有特殊要求的DC—DC变换器，可以通过一些关
键电路的设计来解决，如滤波电路、开关器件的缓冲网络设计、有源滤波电路的设计、甚至采用软开关技术等。
由于航天应用的特殊要求，某些地面应用的器件不能在空间应用，例如容量比较大的铝电解电容，由于不是密闭结构，因
此不能在空间低气压条件下应用；而且空间应用要考虑失效模式的影响(FMEA)，且不能存在单点失效故障，因此电容器要串
并联使用，这样会减小电容器的有效容值，增大等效串联电阻(ESR)和电路设计的难度。
1 总体方案考虑
该航天器设备用的隔离式DC—DC变换器的主要技术指标见表1所示。
从表1可以看出：
(1)母线输入电压范围在25～31 V，属于低压母线；
(2)输出额定功率52 W，极限功率104 W；
(3)输出电压为130 V；
(4)额定输出电流为0．4 A，极限输出电流为0．8 A。
因此概括起来该DC—DC变换器属于低压母线输入，中等输出功率(电流)的高输出高稳定DC—DC变换器。
从功率需求、输出噪声以及闭环稳定性方面综合考虑，电路采用负载端直接采样反馈、电流型控制方式的推挽变换拓扑。
输出滤波电路采用两级滤波电路。其中第一级采用LC低通滤波器。LC滤波器具有陡峭的频率响应，但是电感器件的非线性、
分布电容的影响，使得实际设计的滤波器达不到理论上的性能，因此对于低噪声要求，不能仅采用LC低通滤波器。第二级采
用有源滤波器。有源滤波器是利用有源器件(集成放大器、射随器等)组成的无感滤波器，可以组成低通、高通、带通滤波器
等。近年来有源电力滤波器(APF)在电力系统智能控制中的应用越来越广泛，是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电
子装置，较无源滤波器有更好的适应能力。通过改变其控制策略，能达到治理不同谐波源的要求。因此，对有源电力滤波器的
研究已成为一大热点，受到越来越多人的关注。
LC低通滤波器的截止频率可以设计得较高，用于抑制较高频率的电源噪声。由于截止频率较高，这样滤波电感与电容元件
参数值也不会太大，因此所需的滤波电感与电容元件的体积也较小；第二级的有源低通滤波器，用于抑制较低频率的电源噪
声。由于采用了有源器件(MOS-FET管)，会对电源效率造成一定影响，从实验结果来看，会使效率降低5％左右。
2 控制模式的选取
为了使输出电压稳压PWM型开关电源的负反馈控制信号可以是输出电压、输出电流、输入电压(前馈)、输出电感电压以及
开关器件峰值电流等。根据反馈控制信号的不同，一般分为电压型和电流型两种开关电源控制类型，其优缺点见表2所示。
电压型只对输出电压信号进行采样，实现闭环反馈控制，是一种单环控制方式，输出电压采样反馈信号Vf和基准电压信号
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