MIL-STD-461 EMI 是什么样的标准?

MIL-STD-461 EMI 是什么样的标准?
MIL-STD-461 EMI 是什么样的标准?

MIL-STD-461 EMI 是什么样的标准?
MIL-STD-461标准的DV系列直流-直流电源转换器
史蒂夫・巴特勒 (Steve Butler)
VPT公司工程部副总裁
一,前言
关于电子子系统的电磁干扰控制由美国国防部MIL-STD-461标准规定.本文件将详细阐述符合此标准规定的C,D和E修正版.
本标准划分为四个方面,系统设计者在每个方面都必须符合其规定.
1. 传导发射(Conducted Emissions)
2. 传导敏感度 (Conducted Suscepti ility)
3. 辐射发射 (Radiated Emissions)
4. 辐射敏感度 (Radiated Susceptibility)
某些系统由相似的标准规定,包括国内航空的RTCA DO-160D标准和英国国防部的DEF STAN 59-41标准.
二,MIL-STD-461标准概要:
MIL-STD-461C Requirements
CE01
Conducted Emission,30Hz to 20kHz,Power Leads
CE03
Conducted Emission,20kHz to 50MHz,Power Leads
CE07
Conducted Switching spikes
CS01
Conducted Susceptibility, 30Hz to 50kHz, Power Leads
CS02
Conducted Susceptibility, 50kHz to 400MHz, Power Leads
CS06
Conducted Susceptibility ,spike, Power Leads
RE01
Radiated Emission,30Hz to 30kHz,Magnetic Field
RE02
Radiated Emission,30kHz to 10GHz,Electric Field
RS01
Radiated Susceptibility, 30Hz to 30kHz,Magnetic Field
RS02
Radiated Susceptibility, Magnetic Induction Field
RS03
Radiated Susceptibility,14kHz to 10GHz, Electric Field
MIL-STD-461D and MIL-STD-461E Requirements
CE101
Conducted Emission, Power Leads,30Hz to 10kHz
CE102
Conducted Emission, Power Leads,10kHz to 10MHz
CS101
Conducted Susceptibility, Power Leads, 30Hz to 150kHz
CS114
Conducted Susceptibility, Bulk Cable Injection,10kHz to 200MHz
CS115
Conducted Susceptibility, Bulk Cable Injection, Impulse Excitation
CS116
Conducted Susceptibility, Damped Sinusoidal Transients, Cables and Power Leads,10kHz to 100MHz
RE101
Radiated Emission,30Hz to 100kHz Magnetic Field
RE102
Radiated Emission,10kHz to 18GHz Electric Field
RS101
Radiated Susceptibility,30Hz to 100kHz Magnetic Field
RS103
Radiated Susceptibility,2MHz to 40GHz Electric Field
(一)传导发射
VPT直流-直流电源转换器采用先进的开关模式或开关电源转换技术,它不仅体积小还能实现高效的运转.所有开关模式的直流-直流转换器都会不可避免地产生开关噪声(switching noise), 但是DV系列的直流-直流转换器利用先进的设计技术可以将这种噪声最小化,同时提供低的输入和输出纹波 (input output ripple).
传导发射要求控制由直流-直流转换器产生并且在输入电源线路里传播的噪声,电源通常为28V.这种噪声以输入纹波电流形式表现,组成成分为一个基波(一般为500kHz左右)和谐波.所有的DV系列电源转换器都具有内置的输入滤波器和大约50mApp的低输入纹波,在某些应用领域这些配置已经足够.为完全符合MIL-STD-461的标准,VPT提供多种选择,如表1所示:
Functions
Products
电磁干扰滤波器模块
(EMI filter modules)
DVMSA28,DVMA28,DVMH28,
DVMC28,DVME28,DVMD28
电磁干扰滤波器/瞬态电压抑制模块
(EMI filter/transient suppression modules)
DV704A,DVMN28
带内置滤波器的直流-直流转换器
(DC-DC converters with integral EMI filer)
DVEHF28,DVETR28,DVST28
表1. 符合MIL-STD-461标准的滤波器产品
滤波器模块可减少输入电源线路上的共模及差模噪声.一个滤波器可根据电流等级与多种不同型号电源转换器配套使用.在特定的电源系统环境中,可供参考的滤波器如表2所示.对于级别较高的电源,系统可将一个滤波器划分为多个转换器或者将型号相似的滤波器并联使用以适用在较大的电流.
系统输出功率(Watts)
参考滤波器
额定电流(Amps)
6
DVMSA28
0.8
15
DVMA28
1.0
40
DVMH28
2.0
40
DV704A
2.0
80
DVMC28
4.0
120
DVMD28
7.0
240
DVME28
15.0
250
DVMN28
10
表2. 参考滤波器
精确的系统设计对于保证产品符合规范至关重要.一般说来,滤波器应放置在电源输入模板或尾端位置,电源转换器则要尽量靠近滤波器放置.如此放置有时须牺牲一些好处,但滤波器输入必须远离任何噪声源,典型的噪声源包括转换器的输出和任何高速的数字电路.
偶尔,电源转换器的直流输出要求满足MIL-STD-461CE03或CE102的标准,此时就需要附加的滤波设备,包括差模和共模方式的滤波器.为满足这种要求,在某些器件中VPT的滤波器需要放置在转换器的输出处.
(二)传导敏感度
电子线路不仅产生噪声而且对于其他地方产生的噪声会有敏感反应.传导敏感度要求规定为在电源线路中传导不会造成性能降级或系统故障的各种各样的噪声源.传导敏感度只能在输入电源线路处测量.如果要满足这些要求,控制电路或输出电路也需要附加外部保护装置.
VPT DV系列直流-直流转换器提供约30dB的输入衰减值,频率高达1MHz.表1中的输入滤波器提供额外的衰减值,CS01和CS101要求大于10kHz,CS02和CS114要求高达几百MHz.要保证输出电压在总的静态调节范围内,直流-直流转换器就必须符合这些要求.
输入滤波器也包含重要的电容,这种电容可以滤除较高的电压值和CS06,CS115以及CS116的瞬时电压回复至安全级.虽然CS06在脉冲宽度0.15us的峰值(spike)有较低的电阻,但它在短时间内可以完全有效的滤掉,这种情况同样适用于CS115的脉冲激发.CS116的阻尼正弦瞬时电压具有较高的源阻抗,所以滤波器可视电压远小于标准电压,它也可以被滤到可接受的级别上.要保证直流-直流电源转换器的输出在它的特定的动态范围内,则必须满足以上要求.
对于瞬时输入电压持续时间较长时,如峰值要求脉冲宽度大于0.15us的CS06,此时需要一个瞬态电压抑制模块.源阻抗过低与持续时间过长导致单独一个滤波器不足以保护转换器,而瞬态电压抑制模块可以封锁峰值,同时限制滤波器可视电压回复至安全级.为防护消极的瞬态电压,可在VPT DV704A的输入处添加一个串联二极管或在输出处添加一个分流二极管.VPT DVMN28 已内置一分流二极管.要保证直流-直流电源转换器的输出在它的特定的动态范围内,则必须满足以上要求.
对于敏感性负载,即特定性能不足以避免系统混乱的地方,附加的电容需添加在电源转换器的输入和输出处,其中对添加在输入处的电容应进行适当地控制.
(三)辐射发射
辐射发射要求控制由子系统发射产生的电场和磁场.其标准完全在子系统上测量并且很大程度上依赖于系统设计,尤其是接地,屏蔽和电缆三方面.VPT密封混合式电源转换器由六边金属包装,这种包装可限制来自转换器本身的高频发射.大多数辐射通常源于输入电缆或负载电路,在这些地方往往需要精确的系统设计.DV系列的电源转换器的基本开关频率高于300kHz,在RE01和RE02的范围内无噪声源.表1所示的输入滤波器可提供输入线路的良好滤波功能,从而满足RS02和RS102的要求.在有储运损耗的器件中,产生在输入和输出线路上的铁氧体EMI(Ferrite EMI) 常能使系统回到规范要求.
(四)辐射敏感度
辐射敏感度规范要求能决定辐射电磁场的量值却不应引起系统性能降级或故障.就像发射一样,辐射敏感度潜在的问题领域包括输入电缆和输出线路.表1所列的输入滤波器需符合规范.如果负载电路没有封装屏蔽严实,或在输出信号线处做性能测试,额外的滤波设备需配置在输出和信号线上.
CE01
CE03
CE07
CS01
CS02
CS06
单独的滤波器兼容性
(Standalone converter compliance)
■
■
■
具有VPT滤波器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter compliance)
■
■
■
■
■
■
具有VPT滤波器/瞬态抑制器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter/transient Suppressor compliance)
■
■
■
■
■
■
RE01
RE02
RS01
RS02
RS03
单独的滤波器兼容性
(Standalone converter compliance)
■
■
具有VPT滤波器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter compliance)
■
■
■
■
具有VPT滤波器/瞬态抑制器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter/transient Suppressor compliance)
■
■
■
■
表3.VPT DV系列转换器的MIL-STD-461C 标准
CE101
CE102
CS101
CS114
CS115
CS116
单独的滤波器兼容性
(Standalone converter Compliance)
■
具有VPT滤波器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter compliance)
■
■
■
■
■
■
具有VPT滤波器/瞬态抑制器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter/transient Suppressor compliance)
■
■
■
■
■
■
RE101
RE102
RS101
RS103
单独的滤波器兼容性
Standalone converter Compliance)
具有VPT滤波器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter compliance)
■
■
■
■
具有VPT滤波器/瞬态抑制器的转换器兼容性
(Converter with VPT filter/transient
Suppressor compliance)
■
■
■
■
表4. VPT DV系列转换器的MIL-STD-461D和MIL-STD-461E 标准
三,结论
VPT 标准DC-DC转换器和滤波器的电磁干扰性能已由文件记录,包括发散和敏感度.标准模块的性能描述使得简单系统设计符合MIL-STD-461的要求.
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