姿控飞轮驱动电路EMC研究

【摘要】：姿控飞轮是空间飞行器姿态控制的主要执行机构,飞行器的运行要求姿态控制系统具有较高精度以提供精确的控制力矩。而完成这一要求主要是通过以印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)为载体的电子电路系统。本文根据姿控飞轮电控系统电磁兼容(Electromagnetic Compatibility, EMC)工作的需要,就PCB板EMC设计领域中的几个重要问题展开研究。 1)分析了飞轮电控系统中主要传导干扰源及其耦合路径,计算了传导干扰频率范围,设计了共模和差模电源线滤波器参数。讨论了滤波器安装方式对滤波效果的影响。 2)建立了耦合微带线间串扰测试结构。研究了串扰对防护带结构参数的依赖性,并对原防护带结构进行了改进。仿真和实验结果表明:使用改进的结构,|S31|峰值衰减要比没有防护带时增加9dB,|S41|峰值衰减增加7dB;对于5MHz~6GHz仿真结果也表明:在没有谐振的情况下,|S31|与|S41|变化趋势与低频( 500MHz)情况一致。在5GHz之前,使用增加宽度的防护带可进一步有效抑制串扰。 3)分析了芯片-散热器间能量耦合和辐射发射机理,创建了功率开关管散热器数值计算模型,研究了制约散热器主辐射方向的关键因素。提出使用屏蔽板抑制散热器电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)的方法并进行了数值验证。为满足设备高EMI抑制效果和低重量要求,对所提出的模型做了进一步改进。结果表明:使用改进结构对EMI抑制效果要优于原屏蔽板模型。 4)给出了内置PCB板开缝屏蔽壳体数值计算模型,分析了孔缝、壳体及PCB板结构参数对屏蔽效能的影响,研究了PCB板上微带线受电磁干扰影响而产生感应电流的变化规律。结果表明:使用圆形开孔、增加PCB板尺寸都能有效增加壳体屏蔽效能。腔体内电磁场在PCB板微带线上会产生感应电流,走线越长,离缝隙越近,感应电流数值越大,其峰值出现在腔体的谐振频率处。 通过以上研究,完成了PCB微带线间防护带串扰抑制、芯片散热器EMI抑制、提高内置PCB板金属壳体屏蔽效能等工作。