CN219536040U - 数传天线驱动控制滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数传天线驱动控制滤波装置，包括输入端高频滤波电路模块、缓启电路模块和差模共模滤波电路模块：输入端高频滤波电路模块的输入端和整星母线电源电连接，缓启电路模块的输入端和输入端高频滤波电路模块的输出端电连接；差模共模滤波电路单元的输入端和缓启电路模块的输出端电连接，差模共模滤波电路单元的输出端和电机驱动电路的输入端电连接。本实用新型提高了数传天线驱动控制装置的电磁兼容性能，产品的EMI(电磁干扰)满足GJB 151B‑2013标准要求，通过对一次电源端口进行滤波，抑制了电机转动时，驱动装置中的SPWM逆变回路中形成电流或者电压的突变产生的噪声对整星一次电源母线的EMI干扰。

Description

数传天线驱动控制滤波装置

技术领域

本实用新型涉及空间电磁兼容技术领域，具体地，涉及数传天线驱动控制滤波装置。

背景技术

数传天线驱动控制装置是空间飞行器的重要装置，用于实时接收星上控制指令，实现数传天线的角度指向、实时跟踪指向功能，完成数据链路的传输和建立。驱动控制装置中的电机控制驱动电路一般采用正弦脉宽调制(SPWM)逆变器结构，优点是功率低，所需器件少，小型化设计，缺点是当驱动数传天线电机转动时，在开关瞬间，SPWM逆变回路中形成电流或者电压的突变产生噪声，高次谐波电流，会造成供电电压畸变，突变的电流、电压，通过磁、电场等传播到整星一次母线或者干扰与其共用母线的采集单机对遥测量采集的准确性。

随着空间技术的发展，空间飞行器对产品的电磁兼容性能要求提高，由以往的简单功能实现向高性能电磁兼容要求发展。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种数传天线驱动控制滤波装置。

根据本实用新型提供的一种数传天线驱动控制滤波装置，包括输入端高频滤波电路模块、缓启电路模块和差模共模滤波电路模块：

输入端高频滤波电路模块的输入端和整星母线电源电连接，输入端高频滤波电路模块，用于滤除母线电源端口处的高频噪声；

缓启电路模块的输入端和输入端高频滤波电路模块的输出端电连接，缓启电路模块，用于防止上电过冲超出电路瞬时浪涌电流承受能力；

差模共模滤波电路单元的输入端和缓启电路模块的输出端电连接，差模共模滤波电路单元的输出端和电机驱动电路的输入端电连接，差模共模滤波电路单元，用于滤除电机驱动电路产生的干扰源信号中的差模噪声和共模噪声。

可选地，输入端高频滤波电路模块包括第一共模电容和第二共模电容，第一共模电容的第一端连接母线电源的正端，第一共模电容的第二端连接机壳地，第二共模电容的第一端连接母线电源的负端，第二共模电容的第二端连接机壳地，第一共模电容和第二共模电容的第一端均与缓启电路模块的输入端电连接。

可选地，差模共模滤波电路单元包括一级共模滤波模块和一级差模滤波模块，其中，

一级共模滤波模块的输入端和缓启电路模块的输出端电连接，一级共模滤波模块，用于滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的差模噪声；

一级共模滤波模块的输出端和一级差模滤波模块的输入端连接，一级共模滤波模块，用于初步滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的差模噪声，一级差模滤波模块，用于滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的差模噪声

可选地，差模共模滤波电路单元还包括二级共模滤波电路模块，一级差模滤波模块通过二级共模滤波电路模块和电机驱动电路的供电输入端电连接，二级共模滤波电路模块，用于进一步对滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频SPWM波干扰源信号的共模噪声。

可选地，一级共模滤波电路模块包括第一共模电感、第三共模电容和第四共模电容，第三共模电容的第一端通过缓启电路模块和第一共模电感的第一输入端连接，第四共模电容的第一端通过缓启电路模块和第一共模电感的第一输入端连接，第一共模电感的两个输出端与一级差模滤波模块的输入端连接，第三共模电容、第四共模电容的另一端就近连接本装置的机壳地。

可选地，一级差模滤波电路模块包括第一差模电感、第一差模电容和第二差模电容，第一差模电感的输入端与第一差模电容的一端连接，第一差模电感的输出端与第二差模电容的一端连接，第一差模电容和第二差模电容的另一端与第一共模滤波模块的电源负线输出端连接。

可选地，二级共模滤波电路模块包括第二共模电感、第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容和第八共模电容，第二共模电感的第一输入端通过一级差模滤波电路模块的第一输出端与第五共模电容的第一端连接，第二共模电感的第二输入端通过一级差模滤波电路模块的第二输出端与第六共模电容的第一端连接，第二共模电感的两个输出端分别与第七共模电容和第八共模电容的第一端连接，第七共模电容的第一端还与干扰源的供电正端连接，第八共模电容的第二端还与干扰源的供电负端连接，第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容、第八共模电容的另一端就近连接本装置的机壳地。

可选地，在整星母线电源包括主份供电电源和冗余驱动电源时的情况下，还设置主备切换电路模块，主备切换电路模块的输入端和二级共模滤波电路模块的输出端电连接，主备切换电路模块的输出端和除电机驱动电路的输入端电连接，主备切换电路模块，用于将主份供电电源或冗余驱动电源切换为输出电源。

可选地，还包括一级熔断器保护电路模块，一级熔断器保护电路模块的输入端和整星母线电源电连接，一级熔断器保护电路模块的输出端和输入端高频滤波电路模块的输入端电连接，一级熔断器保护电路模块，用于对驱动电源进行供电保护。

可选地，还包括二级熔断器保护电路模块，二级熔断器保护电路模块的输入端和主备切换电路模块的输出端电连接，二级熔断器保护电路模块的输出端和电机驱动电路的输入端电连接，二级熔断器保护电路模块，用于对驱动电源进行供电保护。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的数传天线驱动控制滤波装置，提高了数传天线驱动控制装置的电磁兼容性能，产品的EMI(电磁干扰)满足GJB 151B-2013标准要求，通过对一次电源端口进行滤波，抑制了电机转动时，驱动装置中的SPWM逆变回路中形成电流或者电压的突变产生的噪声对整星一次电源母线的EMI干扰，通过对一次电源端口进行滤波，衰减了耦合到一次电源母线的噪声，保证了与其共用一次电源母线的单机遥测采集的准确性，解决共用一次母线单机遥测采集信号受到干扰，产生误码率的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的系统框图。

图2是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的滤波电路结构示意图。

图3是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的等效差模滤波器结构示意图。

图4是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的等效共模滤波器结构示意图。

图5是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的设计方法流程图。

图6是未使用滤波装置的采用PWM控制的传统数传天线装置的EMI传导噪声的测试曲线图。

图7是图6的曲线图对应的系统标签表。

图8是使用本实用新型滤波装置的采用PWM控制的数传天线装置的EMI传导噪声曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型中的数传天线驱动控制滤波装置，可以包括输入端高频滤波电路模块、缓启电路模块和差模共模滤波电路模块：

输入端高频滤波电路模块的输入端和整星母线电源电连接，输入端高频滤波电路模块，用于滤除母线电源端口处的高频噪声。

请参阅图2，可以理解的是，由于本实施例中的滤波装置应用在空间飞行器中，对体积和重量有一定的要求，因此，输入端高频滤波电路模块一般采用包括第一共模电容和第二共模电容的结构，其中，图2中第一共模电容为CY1，第二共模电容为CY2，第一共模电容的第一端连接母线电源的正端，第一共模电容的第二端连接机壳地，第二共模电容的第一端连接母线电源的负端，第二共模电容的第二端连接机壳地，其中，机壳地可以是本装置就近的机壳地，要求接地线短且粗，第一共模电容和第二共模电容的第一端均与缓启电路模块的输入端电连接，具有体积小重量轻的便捷特点。

缓启电路模块的输入端和输入端高频滤波电路模块的输出端电连接，缓启电路模块，用于防止上电过冲超出电路瞬时浪涌电流承受能力，在本实施例中，缓启电路模块可以采用JANSR2N7389，通过调节电阻和电容的取值构成浪涌抑制电路；

差模共模滤波电路单元的输入端和缓启电路模块的输出端电连接，差模共模滤波电路单元的输出端和电机驱动电路的输入端电连接，差模共模滤波电路单元，用于滤除电机驱动电路产生的干扰源信号中的差模噪声和共模噪声。

示例性的，由于共模干扰有转换成差模干扰的可能性，因此，消除差模干扰的前提是先消除共模干扰，因此，差模共模滤波电路单元一般包括一级共模滤波模块和一级差模滤波模块，其中，

一级共模滤波模块的输入端和缓启电路模块的输出端电连接，一级共模滤波模块，用于滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的共模噪声；

一级共模滤波模块的输出端和一级差模滤波模块的输入端连接，一级差模滤波模块的输出端通过二级共模滤波电路模块和电机驱动电路的供电输入端电连接一级共模滤波模块，用于初步滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的共模噪声。

可以理解的是，在本实施例中，上述的一级共模滤波电路模块可以包括第一共模电感和第一共模电容、第二共模电容，请参阅图2，第一共模电感在附图中为LCM1，第一共模电容在附图中为CY1，第二共模电容在附图中为CY2，第一共模电容的第一端连接母线电源的正端，第二共模电容的第一端连接母线电源的负端，第一共模电容和第二共模电容的第二端均连接机壳地，第一共模电感的两个输入端分别连接第一共模电容和第二共模电容的第一端，第一共模电感的两个输出端与述一级差模滤波模块的输入端连接。

在本实施例中，上述的一级差模滤波电路模块包括第一差模电感、第一差模电容和第二差模电容，请参阅图2，附图中，第一差模电感为LDM1，第一差模电容为CX1，第二差模电容为CX2，第一差模电感的输入端与第一共模滤波模块的电源正线输出端连接，第一差模电感的输出端与第二共模滤波模块的电源正线输入端连接，第一差模电容的两端分别与第一共模电感的两个输入端连接(利用第一共模电感的差模分量比)，第二差模电容的两端分别与第二共模电感的两个输出端连接(利用第二共模电感的差模分量比)

在上述的差模共模滤波电路单元的基础上，为了进一步滤除共模信号，因此可以将差模共模滤波电路单元设计成还包括二级共模滤波电路模块的结构，一级差模滤波模块通过二级共模滤波电路模块和电机驱动电路的电源输入端电连接，二级共模滤波电路模块，用于进一步对滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频SPWM波干扰源信号的共模噪声。

可以理解的是，上述的二级共模滤波电路模块包括第二共模电感、第三共模电容、第四共模电容、第五共模电容和第六共模电容，请参阅图2，附图中，第二共模电感为LCM2，第三共模电容为CY3，第四共模电容为CY4，第五共模电容为CY5，第六共模电容为CY6，第二共模电感的两个输入端分别与一级差模滤波电路模块的两个输出端连接，第二共模电感的第一个输入端还与第三共模电容的第一端连接，第二共模电感的第二个输入端还与第四共模电容的第一端连接，第五共模电容和第六共模电容的第二端就近接入机壳地，第二共模电感的两个输出端分别与第五共模电容的第一端，第六共模电容的第一端连接，第五共模电容的第一端还与干扰源的供电正端连接，第六共模电容的第一端还与干扰源的供电负端连接，第五共模电容和第六共模电容的第二端接机壳地，第五共模电容和第六共模电容的第二端就近接入机壳地，其中，机壳地可以是本装置就近的机壳地，要求接地线短且粗。

可以理解的是，在整星母线电源出现故障时，其中，故障包括电压低于预警值或其它问题，还包括主备切换电路模块，主备切换电路模块的输入端和二级共模滤波电路模块的输出端电连接，主备切换电路模块的输出端和除电机驱动电路的输入端电连接，主备切换电路模块，用于在整星母线电源出现故障时，切换至与整星母线电源互为冷备份输出的冗余的驱动电源，该冷备份的驱动电源在启动时具有和在整星母线电源相同的设置参数。

可以理解的是，一般整星母线电源包括主份供电电源和冗余驱动电源，初始状态下，由主份供电电源进行供电，还设置主备切换电路模块，主备切换电路模块的输入端和二级共模滤波电路模块的输出端电连接，主备切换电路模块的输出端和除电机驱动电路的输入端电连接，主备切换电路模块，用于将主份供电电源或冗余驱动电源切换为输出电源，即在主份供电电源出现故障时，将供电电源切换至冗余驱动电源，在主份供电电源恢复至正常时，切换回主份供电电源。

为了对整星母线电源进行保护，还可以设置一级熔断器保护电路模块，一级熔断器保护电路模块的输入端和整星母线电源电连接，一级熔断器保护电路模块的输出端和输入端高频滤波电路模块的输入端电连接，一级熔断器保护电路模块，用于对整星母线电源进行供电保护，一级熔断器保护电路模块一般采用5A规格的熔断器用于对驱动电源电进行保护，其中，驱动电源包括上述的主份供电电源和冗余驱动电源。

为了进一步对整星母线电源进行保护，还可以设置二级熔断器保护电路模块，二级熔断器保护电路模块的输入端和主备切换电路模块的输出端电连接，二级熔断器保护电路模块的输出端和电机驱动电路的输入端电连接，二级熔断器保护电路模块，用于驱动电源进行供电保护，同样的，该驱动电源也包括主份供电电源和冗余驱动电源。

请参阅图6，对未插入滤波装置的数传天线驱动控制装置进行电磁兼容实验，测试装置的CE102原始噪声，结果为在SPWM斩波频率关键频点23.5kHz超标23.36dB，考虑6dB裕量，即滤波电路应衰减29.36dB，方便计算约30dB，经判断此频点以差模干扰为主，对差模干扰有滤波效果的主要器件包括：X电容、差模电感、共模电感差模分量(3mH共模电感，差模分量约0.5％*3mH＝15uH)。本装置的差模滤波效果可以看成一级CLC构成的差模滤波器及二级CLCLC构成的共模滤波器的差模分量抑制作用叠加效果进行计算。

图3是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的等效差模滤波器结构。按照图3由CLC组成的一级差模滤波器，一级差模CLC滤波电路的截至频率为：

按照CLC滤波电路差模插损曲线衰减60db/十倍频程进行计算差模插入损耗值，即：4.3kHz衰减为0dB，43kHz衰减为60dB，在23.5kHz衰减：

按照图3，由CLCLC组成的二级共模滤波器的差模分量，其中共模电感的差模分量按照0.5％进行计算，即为0.5％*3mh＝15uh，其滤波电路的截至频率为：

按照CLCLC滤波电路差模插入曲线衰减100db/十倍频程进行计算差模插入损耗值，即：17.0kHz衰减为0dB，170kHz衰减为100dB，在23.5kHz衰减：

使用本滤波装置后，对驱动电路差模噪声的抑制量为29.8db+4.2db＝34.0db，原来超标23.36dB，即：在该频点有6dB裕量，达到了对天线转动时差模噪声的抑制效果。

图4是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的等效共模滤波器结构。本装置采用两级EMI共模滤波电路结构，等效共模滤波电路结构为CLCLC，即共模插损曲线衰减100db/十倍频程。按照图4由CLCLC组成的二级共模滤波器，二级共模CLCLC滤波电路的共模截至频率为：

按照CLCLC滤波电路共模插损曲线衰减100db/十倍频程进行计算共模插入损耗值，即：16.9kHz衰减为0dB，169kHz衰减为100dB，在23.5kHz衰减：

图5是本实用新型一种数传天线驱动控制滤波装置的设计方法，参照图5，测试电磁兼容试验中不安装滤波器的天线驱动控制装置中的EMI原始噪声，确定按照GJB 151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》中空间系统曲线参考极限值进行主要项目CE102试验，测试结果为原始装置一次母线电源口在关键频点23.5kHz超标23.36db；对噪声进行差共模分离，确定干扰源最主要噪声为差模噪声；根据测试标准极限值线，考虑6db余量，确定滤波电路的差模插入损耗为30db；确定滤波电路拓扑结构构成为一级差模滤波、二级共模滤波电路拓扑结构组成；通过差模干扰转折频率23.5kHz,并结合空间飞行器用电子元器件选用目录，确定差模电感感量为230uh,按照常规共模电感差模分量约为共模电感感量0.5-1％，按照0.5％进行计算，确定共模电感感量为3mh，通过差模干扰转折频率确定X电容容值为6.8uf，Y电容按照常规0.1uf进行设计，最终确定滤波电路参数。

当PWM频率为23.5kHz时，未采用本装置的数传天线控制器的EMI传导噪声如图6和图7所示，其中图7是图6的测试曲线图对应的系统标签，采用本实用新型滤波装置的数传天线控制器的EMI传导噪声如图8所示，其中差模插入损耗，共模插入损耗满足要求，对比图6和图8可见，23.5kHz的EMI噪声降低30db。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，包括输入端高频滤波电路模块、缓启电路模块和差模共模滤波电路模块：

所述输入端高频滤波电路模块的输入端和整星母线电源电连接，所述输入端高频滤波电路模块，用于滤除母线电源端口处的高频噪声；

所述缓启电路模块的输入端和所述输入端高频滤波电路模块的输出端电连接，所述缓启电路模块，用于防止上电过冲超出电路瞬时浪涌电流承受能力；

所述差模共模滤波电路单元的输入端和所述缓启电路模块的输出端电连接，所述差模共模滤波电路单元的输出端和电机驱动电路的输入端电连接，所述差模共模滤波电路单元，用于滤除电机驱动电路产生的干扰源信号中的差模噪声和共模噪声。

2.根据权利要求1所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述输入端高频滤波电路模块包括第一共模电容和第二共模电容，所述第一共模电容的第一端连接所述母线电源的正端，所述第一共模电容的第二端连接机壳地，所述第二共模电容的第一端连接所述母线电源的负端，所述第二共模电容的第二端连接机壳地，所述第一共模电容和第二共模电容的第一端均与所述缓启电路模块的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述差模共模滤波电路单元包括一级共模滤波模块和一级差模滤波模块，其中，

所述一级共模滤波模块的输入端和所述缓启电路模块的输出端电连接，所述一级共模滤波模块，用于滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的差模噪声；

所述一级共模滤波模块的输出端和所述一级差模滤波模块的输入端连接，所述一级差模滤波模块的输出端和电机驱动电路的供电输入端电连接，所述一级差模滤波模块，用于初步滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频PWM波干扰源信号的差模噪声。

4.根据权利要求3所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述差模共模滤波电路单元还包括二级共模滤波电路模块，所述一级差模滤波模块通过所述二级共模滤波电路模块和所述电机驱动电路的供电输入端电连接，所述二级共模滤波电路模块，用于进一步对滤除数传天线驱动控制装置中的电机驱动电路高频SPWM波干扰源信号的共模噪声。

5.根据权利要求3所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述一级共模滤波模块包括第一共模电感、第三共模电容和第四共模电容，所述第三共模电容的第一端通过所述缓启电路模块和所述第一共模电感的第一输入端连接，所述第四共模电容的第一端通过所述缓启电路模块和所述第一共模电感的第一输入端连接，所述第一共模电感的两个输出端与所述一级差模滤波模块的输入端连接，所述第三共模电容、第四共模电容的另一端就近连接机壳地。

6.根据权利要求3所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述一级差模滤波模块包括第一差模电感、第一差模电容和第二差模电容，所述第一差模电感的输入端与第一差模电容的一端连接，所述第一差模电感的输出端与第二差模电容的一端连接，所述第一差模电容和所述第二差模电容的另一端与第一共模滤波模块的电源负线输出端连接。

7.根据权利要求4所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，所述二级共模滤波电路模块包括第二共模电感、第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容和第八共模电容，所述第二共模电感的第一输入端通过所述一级差模滤波模块的第一输出端与所述第五共模电容的第一端连接，所述第二共模电感的第二输入端通过所述一级差模滤波模块的第二输出端与所述第六共模电容的第一端连接，所述第二共模电感的两个输出端分别与所述第七共模电容和所述第八共模电容的第一端连接，所述第七共模电容的第一端还与干扰源的供电正端连接，所述第八共模电容的第二端还与干扰源的供电负端连接，所述第五共模电容、第六共模电容、第七共模电容、第八共模电容的另一端就近连接机壳地。

8.根据权利要求4所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，在所述整星母线电源包括主份供电电源和冗余驱动电源时的情况下，还设置主备切换电路模块，所述主备切换电路模块的输入端和所述二级共模滤波电路模块的输出端电连接，所述主备切换电路模块的输出端和除电机驱动电路的输入端电连接，所述主备切换电路模块，用于将主份供电电源或冗余驱动电源切换为输出电源。

9.根据权利要求1所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，还包括一级熔断器保护电路模块，所述一级熔断器保护电路模块的输入端和整星母线电源电连接，所述一级熔断器保护电路模块的输出端和所述输入端高频滤波电路模块的输入端电连接，所述一级熔断器保护电路模块，用于对驱动电源进行供电保护。

10.根据权利要求8所述的数传天线驱动控制滤波装置，其特征在于，还包括二级熔断器保护电路模块，所述二级熔断器保护电路模块的输入端和所述主备切换电路模块的输出端电连接，所述二级熔断器保护电路模块的输出端和所述电机驱动电路的输入端电连接，所述二级熔断器保护电路模块，用于对驱动电源进行供电保护。