一、引言

航天器DC-DC模塊作為衛星、電探測器、載人航天等空間平臺的核心電源單元之一，承擔著將母線電壓轉換為各功能子系統所需電壓的關鍵任務。由于航天環境存在輻射、真空、高低溫循環等特殊影響，而DC-DC模塊在工作過程中會產生大量開關噪聲和電磁干擾，其輻射、傳導特性直接關系到整個航天器系統的可靠性和電磁兼容性能。為確保DC-DC模塊在復雜的電磁環境中穩定工作，并對整機系統產生最小的干擾，本設計方案將從電磁兼容總體方案、器件選型、濾波與屏蔽技術、布線及接地、仿真與測試驗證等方面進行深入探討，針對典型架構（如升壓、降壓、隔離型等）提出詳細的EMC設計思路，并給出優選元器件型號、關鍵參數及其作用原理和選型理由，力求為航天器DC-DC電源模塊提供系統性、全面性、可操作性強的EMC設計指導。

二、航天器DC-DC模塊電磁兼容總體設計思路

在航天器電源DC-DC模塊的EMC設計中，必須立足于其所處的系統級電磁環境，兼顧傳導干擾與輻射干擾，以及靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）、浪涌等瞬態干擾對模塊本身的抗擾能力；同時還要防止模塊產生的干擾影響鄰近電子設備?？傮w設計思路包括以下幾個方面：首先，明確母線輸入與輸出系統的電磁兼容指標要求，例如依據MIL-STD-461G（針對空間裝備的電磁兼容要求）、NASA-STD-4003（航天飛行器電磁兼容控制）等標準，定義輸入濾波器的共模、差模抑制目標值；其次，在電路拓撲層面盡量選擇低噪聲、軟開關或零電壓開關（ZVS）架構，以減少開關過程中的電壓電流應力及開關瞬變邊沿陡峭度；再者，在器件選型時優先挑選低漏感、低等效串聯電阻（ESR）的磁性元件及電容，降低寄生參數對EMI性能的影響；此外，通過合理布局與接地策略優化回流電流路徑，減小環路電感；最后，采用多級濾波策略：在開關管源極或漏極處使用RC緩沖或峰值抑制（RCD）吸收電路，在電源輸入端或輸出端設置共模電感與差模電感組合濾波，在PCB關鍵位置布置磁性屏蔽罩和金屬遮蔽罩，有效抑制輻射噪聲，并在殼體與基板之間保持良好接地接觸。總體思路基于“源頭抑制、傳輸隔離、末端濾波、屏蔽圍堵”四要素相結合，通過器件級、模塊級、系統級多層次設計，實現滿足航天器嚴格EMC要求的DC-DC電源設計。

三、關鍵器件選型原則與優選型號

在滿足功能需求的基礎上，航天器DC-DC模塊EMC設計對器件的寄生參數、熱特性、可靠性等級等性能要求十分苛刻。以下分別從功率開關器件、磁性元件、電容、電阻、濾波器及磁珠、屏蔽材料及連接器等幾大類器件逐一說明選型原則、優選型號、器件作用及選型理由。

?（一）功率開關器件（MOSFET/IGBT/SiC器件）

航天器DC-DC模塊常用的功率開關器件主要為輻射硬化型（Rad-hard）MOSFET或GaN/SiC功率開關管，需滿足高頻開關、低導通電阻、耐輻射能力強等要求。典型優選型號如下：

• 型號：VISHAY Si7828DP（輻射硬化級Si MOSFET）
  **器件作用：**作為DC-DC模塊中級聯H橋或降壓/升壓開關，負責在高頻下實現高效電能轉換。
  **選型理由：**該型號具有低導通電阻（R_DS(on)≈15mΩ@V_GS=10V），極低柵極電荷，支持100V電壓等級；同時其經過輻射硬化處理，單粒子翻轉（SEU）閾值高于出租的空間輻照要求，適用于地球軌道及深空探測應用。

• 型號：CREE CGH60R065D SiC MOSFET
  **器件作用：**在對效率要求極高的隔離型DC-DC模塊中，可用作主開關管以實現高頻、高效轉換。
  **選型理由：**SiC MOSFET具有更高的擊穿電壓、更低的開關損耗，在150°C高溫環境下參數穩定；CGH60R065D的R_DS(on)≈65mΩ@V_GS=20V，支持650V耐壓，適合高壓輸入轉換的需求；其熱阻和寄生電感值較低，可有效降低開關尖峰，從而減小EMI。

• 型號：TI UCC24612同步整流驅動IC（搭配輻射硬化型MOSFET）
  **器件作用：**提供同步整流控制，使得同步MOSFET開關時序與功率MOSFET柔性匹配，減小導通損耗與開關瞬態。
  **選型理由：**該IC具備可編程死區時間、高精度交流驅動、低功耗待機模式，同時兼容輻射硬化標準，適合航天電源管理需求。其快速驅動能力可將MOSFET切換邊沿時間控制在幾十納秒以內，減少高頻開關時的交越失真，降低EMI源頭。

?（二）磁性元件

磁性元件包括功率變壓器、耦合電感、差模電感、共模電感等，應選用具備低漏感、低損耗、高耐壓、耐高溫、耐輻射等特性的航天級封裝。優選型號如下：

• 型號：Coilcraft XEL8030系列磁性元件（Rad-hard Power Transformer）
  **器件作用：**在隔離型DC-DC模塊中，用作高頻隔離變壓器，實現等級轉換及隔離功能。
  **選型理由：**XEL8030系列采用陶瓷骨架結構，繞組線徑精細，可減少繞組寄生電容；在200kHz至1MHz頻率范圍內工作損耗低，漏感小于5nH；同時具備航天級輻射硬化認證，工作溫度范圍-55°C至125°C，適用于嚴苛環境。

• 型號：TDK ACT45B-XH共模電感
  **器件作用：**在DC-DC模塊的輸入及輸出濾波網絡中承擔共模干擾抑制，減少開關噪聲向母線傳導。
  **選型理由：**該器件采用高導磁率的鎳鋅材料，飽和電流高達3A，可在100kHz至30MHz的頻帶范圍內提供≥40dB共模衰減；體積小、溫度特性穩定，輻射等級滿足航天應用需求。

• 型號：Vishay IHLP2525C-01S系列差模電感
  **器件作用：**實現差模電流的濾波抑制，減少電源模塊對輸入與輸出線的差模噪聲。
  **選型理由：**IHLP2525C-01S采用無鉛焊盤，磁心材料選用低損耗合金，在-55°C至150°C溫度范圍內性能穩定，飽和電流可達4A，漏感小于10nH，適合高頻率開關電路的差模抑制。

?（三）濾波電容

濾波電容要兼顧低ESR、低等效串聯電感（ESL）、耐高溫、耐輻射等特點，常選用多層陶瓷電容、鐵電電容（C0G、X7R等）以及固態鉭電容組合。典型優選型號如下：

• 型號：Murata GRM21BD80J106ME84L（陶瓷電容，10μF，50V，X7R）
  **器件作用：**作為高頻輸入濾波與局部DC母線旁路電容，抑制高頻開關尖峰及寄生振蕩。
  **選型理由：**GRM21BD80J106ME84L在軍工及航天領域應用廣泛，具有極低的ESR（≈1mΩ）和ESL（<1nH），可以在高達1MHz頻率范圍內有效濾波；X7R介質保證了在-55°C至125°C溫度變化時電容量變化小于±15%，輻射穩定性良好。

• 型號：Vishay T498X927M006ATE050（鉭固態電容，100μF，6.3V，A級輻射硬化）
  **器件作用：**用于輸出端的中低頻濾波，保證輸出紋波滿足要求，同時在瞬態負載變化時提供充足電流。
  **選型理由：**該型號具備AEC-Q200認證及輻射硬化等級，可承受100krad(Si) Total Ionizing Dose（TID）；固態鉭結構保證了極低的ESR（<20mΩ），可在-55°C至125°C溫度范圍內穩定工作。

• 型號：KEMET C4AE47VCG5W5U105K050BA（多層陶瓷電容，1μF，50V，C0G）
  **器件作用：**在開關管驅動電路與功率級旁路中，用于抑制極快邊沿尖峰。
  **選型理由：**C0G介質電容的介電常數溫度系數極低，容量穩定度優異，ESL極小（<0.5nH），適合作為高頻補償與吸收電容使用，且具備航天級輻射認證。

?（四）濾波電阻與吸收網絡

對于RCD緩沖及RC吸收網絡，需要選用耐高壓、低寄生參數的精密電阻與高頻吸收能力強的電阻電容組合。優選如下型號：

• 型號：Vishay Dale RHシリーズ（薄膜電阻，精度1%，150°C，輻射硬化）
  **器件作用：**在功率MOSFET漏端實現RC snubber網絡時，與高頻電容并聯，吸收開關尖峰能量，降低振鈴電壓。
  **選型理由：**RH系列薄膜電阻具有低溫度系數（±50ppm/°C）、高耐壓（最高可達500V）、低電感（<0.5nH），且經過輻射硬化處理，符合MIL-STD-20278Kradiation Hardness要求。

• 型號：AVX 4224G104MQEAT2A（高頻吸收電容，0.1μF，50V，X7R）
  **器件作用：**與RH薄膜電阻配合組成RC緩沖回路，直接并聯在MOSFET開關極隅或輸出端，抑制dv/dt引起的尖峰。
  **選型理由：**該型號ESR低（<5mΩ），ESL?。?lt;0.3nH），能在10MHz以上頻率范圍內工作良好，同時具備耐輻射能力，穩定性高。

?（五）磁珠與共模濾波器

磁珠及共模濾波器可以在PCB布局中進一步抑制射頻噪聲向內部母線及外部線路傳導。優選如下型號：

• 型號：Murata BLM21BD102SN1D（鐵氧體磁珠，100Ω@100MHz，0603封裝）
  **器件作用：**在關鍵信號線或電源線串聯，抑制中高頻噪聲，特別是100MHz至1GHz頻段的窄帶干擾。
  **選型理由：**該磁珠具有低DC電阻（<0.02Ω），可承受2A連續電流，在航天領域已有成熟應用，輻射穩定性良好。

• 型號：TDK ACT4514-201-2P（共模電感，2相隔離，1A/A相，適用于12V母線）
  **器件作用：**在輸入與輸出線路之間提供共模抑制，實現差模與共模信號的分離，用于輸入濾波單元。
  **選型理由：**ACT4514-201-2P在10kHz至30MHz頻段有良好衰減性能，可耐受-55°C至125°C溫度，耐輻射等級滿足MIL-STD-461G要求，且體積小、漏感低。

?（六）金屬屏蔽與隔離材料

在電磁兼容設計中，金屬屏蔽罩、電磁隔離板及高導電性屏蔽漆等材料是抑制結構輻射的重要手段。優選如下材料：

• 型號：MuRata EMI Shielding Can ESPI-0302-60-AU（鍍金覆蓋的金屬屏蔽罩）
  **器件作用：**覆蓋在DC-DC模塊關鍵開關與濾波電路之上，將輻射噪聲隔離于外部空間；同時通過金屬外殼與基板焊盤實現等電位連接。
  **選型理由：**該屏蔽罩厚度僅為0.6mm，重量輕且導電涂層厚度大于10μm，屏蔽效能可達50dB@1GHz；適合航天級環境，耐振動、耐高低溫循環，不易脫落。

• 型號：Laird Technologies 25RPTK44（EMI吸收材料，厚度0.5mm）
  **器件作用：**貼敷在核心開關器件（如MOSFET、變壓器）與屏蔽罩之間，吸收高頻電磁能量，減少反射與腔體駐波。
  **選型理由：**25RPTK44材料具有寬帶吸收特性（100MHz至5GHz），溫度穩定性在-55°C至125°C范圍內，耐輻射等級適合航天需求，且壓縮性能好，方便在緊湊空間中使用。

?（七）連接器與接地組件

航天DC-DC模塊的輸入輸出通常通過阻燃、耐振動并滿足EMI屏蔽要求的高密度連接器完成，與模塊接地的鈦合金底座或鋁合金外殼需保證良好接觸。優選如下：

• 型號：Micro-D D38999 Series III（高密度微型圓形連接器）
  **器件作用：**用于輸入、輸出及信號控制接口，保證電氣性能、屏蔽性能及結構強度。
  **選型理由：**D38999 Series III支持1000+次插拔循環，具有全金屬殼體、屏蔽蓋，對電磁干擾具有良好抑制能力，且適應-65°C至200°C。

• 接地組件：BERNSTEIN 05-02-01（鋁合金接地母線座）
  **器件作用：**將模塊內部各接地點匯集至機箱底板，形成單點或多點接地方式，減少環路電感。
  **選型理由：**該接地座內置高純度銅鍍鎳材料，導電性好，結構牢固，適用于航天高振動環境，可承載10A以上電流，滿足整機接地需求。

四、拓撲結構與EMC優化策略

在具體DC-DC拓撲結構的選擇上，EMC性能與拓撲密切相關。常見的航天器DC-DC模塊拓撲包括三種典型形式：非隔離降壓（Buck）、非隔離升壓（Boost）、以及隔離型正激/反激（Flyback/Forward）或半橋/全橋架構。不同拓撲在EMI源、濾波難度與效率表現上各有特色，以下分別討論其EMC優化策略。

?（一）非隔離降壓（Buck）拓撲

非隔離降壓拓撲架構簡單、效率高，因無隔離變壓器可減少體積與重量，但開關節點電壓跳變幅度大，容易成為EMI噪聲源。在EMC設計中，主要優化策略包括：

1. 軟開關技術：由于傳統硬開關Buck在開關管關斷瞬間會產生較大dv/dt，易引發極大尖峰電壓；可采用同步整流與提前關斷策略，或在高頻段并聯RC或RCD網絡進行鉗位，使關斷電壓斜率減小，從而減少輻射EMI。

2. 布局優化：將功率開關管、二極管或同步整流MOSFET與功率電感緊湊布局，保證開關環路面積最??；輸入側濾波與輸出旁路電容應盡可能靠近開關管布局，縮短回流路徑。

3. 輸入濾波：在輸入端采用LC、C-LC或π型濾波結構。優選采用Rad-hard共模電感（如TDK ACT45B-XH）與低ESR陶瓷電容（Murata GRM21BD80J106ME84L）組合形成差模與共模濾波，滿足傳導發射抑制要求。

4. 接地與層壓設計：PCB應采用多層結構，底層鋪銅做固體大面積接地，信號層走線保持與地層平行，且開關節點遠離敏感信號線。所有電流匯流點應盡量靠近共地，并采用單點或多點混合接地方式。

5. 屏蔽罩與吸收材料：在模塊最終階段可在開關核心放置金屬屏蔽罩（如MuRata ESPI-0302-60-AU）并在內部關鍵器件與罩之間貼敷Laird 25RPTK44吸收片，以降低輻射。

?（二）非隔離升壓（Boost）拓撲

升壓拓撲與降壓拓撲類似，但開關節點常見于輸入側接地，通過電感與開關管交替導通實現升壓；由于開關節點電壓向地躍變，對地面及其他子系統電磁環境影響較大，EMC優化重點為：

1. 選擇低寄生參數電感：優選Coilcraft XEL6020系列無磁屏蔽電感或TDK的高飽和電流差模電感，以減少開關尖峰的振鈴及寄生輻射；電感盡可能選用磁芯飽和起始電流高、漏感極小的型號。

2. 開關MOSFET驅動控制：采用Abrupt turn-on/off關鍵技術，將開關管關斷瞬態時間進行定向優化，通過RC緩沖及RCD網絡（如Vishay RH薄膜電阻＋AVX吸收電容）實現局部鉗位，減小開關結電壓超調與振鈴。

3. 輸出濾波：在輸出側采用多層陶瓷電容與鉭電容組合濾波（Murata GRM31CR60J106ME19/ Vishay T498X927M006ATE050），提高中低頻濾波能力，消除紋波電壓對后續負載的影響。

4. PCB走線：將功率電感與開關管盡量靠近，縮短串聯電感路徑，將高頻開關節點遠離敏感模擬電路；輸入側大電流地回流應在地層鋪銅并直接直進入涂覆有低阻抗導電漆的金屬底座。

?（三）隔離型正激/反激拓撲（Flyback/Forward）

隔離型拓撲的優勢在于輸入與輸出電氣隔離，可實現不同母線電壓側的電壓轉換并且具備較強的抗干擾能力，但鐵芯變壓器與耦合電感將成為EMI輻射源，設計難度高。常見EMC優化策略包括：

1. 高頻變壓器設計：變壓器需要采用低損耗、高飽和電流密度的磁芯材料，如Amidon的43或3C90鐵粉芯，并保證繞組間隔充分減少寄生電容；次級繞組與初級繞組之間應加設雙面聚酰亞胺薄膜隔離墊，降低共模耦合，減少對地漏流。

2. 隔離柵極驅動：在隔離開關管（如鉗位開關或半橋/全橋結構）上使用光耦隔離或基于SiC/GaN的高頻隔離驅動（例如Texas Instruments ISO5451），保證驅動信號源與功率級隔離并抑制共模噪聲回流。

3. 輸入與輸出雙重濾波：針對隔離拓撲，輸入通常安排差模和共模濾波器組合（如TDK ACT45B-XH共模電感與Vishay IHLP2525C-01S差模電感），輸出側也需再配以π型輸出濾波，確保漏感與繞組耦合噪聲不外泄。

4. 屏蔽隔離罩：飛行器級隔離變壓器可加裝鋁合金屏蔽罩并與模塊殼體直接焊接，通過專用導電膠與接地平面接觸，降低變壓器高頻輻射。內部刷涂吸收材料（Laird 25RPTK44）實現雙重屏蔽。

5. 共模電感布置：將初級與次級繞組的回流地線配合共模電感布置于變壓器外殼附近，通過合理路由減小共模環路面積，將共模噪聲直接繞組至接地層。

?（四）半橋／全橋拓撲

對于高功率需求的航天器DC-DC模塊，往往采用半橋或全橋拓撲配合多級譜軟開關（SVPWM或零電流開關ZCS）技術，以提高效率并降低EMI。在EMC設計中需重點關注以下幾點：

1. 橋臂開關同步控制：應用數字控制器（如TI C2000系列數字信號控制器帶內置PWM模塊）對橋臂開關進行精確同步控制，保證正反橋臂不會出現交越導通，從而在切換瞬間減小電壓尖峰與振鈴。

2. DC鏈路電容布置：在橋臂兩端的DC鏈路電容（一般選擇多個Murata GRM32ER61H226KE19L 22μF/100V陶瓷電容并聯）需要分布在靠近開關管的PCB層面，以提供充足的瞬態電流并抑制環路寄生電感。

3. 星形布局與大功率地線層：PCB采用至少4層以上結構，將橋臂開關、功率電感及二極管或同步MOSFET集中在一層，將地回流層作為鋪銅大面積，形成等電位回流，降低共模電流的干擾路徑。

4. 軟開關諧振網絡：在橋臂與功率變壓器之間添加諧振電容與串聯電感，構成LLC諧振架構，實現零電壓或零電流切換，有效將高頻諧振能量限制在特定頻帶，減少高頻噪聲輻射。

5. 多級EMI濾波：橋臂輸出側需加設R-C吸收網絡（如Vishay RH12＋AVX 4224G104MQEAT2A）并配合多級磁性濾波器（Coilcraft XEL6030共模電感 + Vishay IHLP2525C差模電感），形成從低頻至高頻的全譜濾波覆 蓋。

五、EMC仿真與驗證手段

航天器DC-DC模塊的EMC驗證分為仿真仿真與實驗測試兩大部分。針對仿真，需利用PCB電磁仿真工具（如ANSYS HFSS、CST Microwave Studio、Cadence Sigrity）對以下關鍵環節進行建模與仿真分析，以優化設計并縮短研制周期。

?（一）PCB電源回路仿真

采用電路EMI仿真工具（例如Cadence Sigrity PowerSI）對整個電源回路進行時域與頻域仿真，重點提取開關環路的等效寄生參數（寄生電感、寄生電容、互感）并計算回流電流路徑。通過時域仿真獲取開關過程中的電壓電流波形、尖峰幅度與dv/dt值，結合導體紋波電流進行頻域快速傅里葉變換，得到EMI譜分布。若發現高頻諧波分量超過目標抑制值，則需在關鍵節點添加RC/RCD電路或優化布局。

?（二）3D電磁場仿真

利用HFSS或CST對含有金屬屏蔽罩的模塊進行3D電磁仿真建模，模擬實際殼體、PCB結構與連接器，獲取主要輻射源位置及輻射泄漏路徑。重點環節包括：

1. 屏蔽罩縫隙耦合分析：仿真罩體接縫處的場分布與泄露電流，評估縫隙距離與接觸壓力對屏蔽效能的影響，必要時加入EMI屏蔽膠帶或增大蓋合力。

2. 共模電流分布仿真：將模塊與外殼接地及機箱地面進行耦合，分析共模電流沿外殼與母線回路的分布情況，確定最優接地點以減小地環路感應電壓。

3. 變壓器與導體干涉：對變壓器鐵芯與附近銅箔、信號線間的耦合場進行仿真，分析高頻磁場在鐵芯外輻射范圍。若輻射量超標，可在變壓器周圍增加吸波材料或調整繞組方向降低寄生耦合。

?（三）時域有限差分（FDTD）仿真

對于射頻段高達數GHz的干擾信號，可利用FDTD仿真工具（如XFdtd）對模塊進行高頻時域諧射仿真，分析在開關管開關瞬態時產生的尖峰電場/磁場如何在模塊內部傳播與輻射。結合輻射天線模式仿真，評估模塊整體的天線特性，確定關鍵消除方向。

?（四）諧振與雜散振動分析

采用SPICE模型或Matlab/Simulink對開關環路進行諧振頻率分析，識別潛在的二次諧振或多余諧振模式。通過調整電感與電容參數、組合串聯電阻等方式，將諧振頻率移至系統非敏感頻帶或進行阻尼處理，有助于降低實測EMI水平。

六、PCB布局與接地設計

PCB布局與接地對EMC性能有著至關重要的影響，尤其在高頻開關場景中，任何過長或過彎曲的參量路徑都可能成為EMI發射源。以下總結模塊級PCB布線與接地關鍵策略：

?（一）多層板設計與堆疊順序

建議采用至少四層板結構，層序可參考以下示例：頂層（T1）為器件與信號層，T2為內層接地層（Plane GND），T3為內層電源層（Plane VCC），底層（B1）為信號與接地混合層。這樣布局可實現：開關回路之上擁有完整的地層，形成低阻抗回流路徑；電源層靠近地層實現電源旁路與回流耦合；關鍵信號走線位于地平面之上，保證良好阻抗控制并降低環路感應長度。

?（二）關鍵回路面積最小化

開關管（VISHAY Si7828DP）與二極管或同步MOSFET之間、開關節點至功率電感間的連接走線應盡可能短且寬，以減小串聯寄生電感；輸入旁路電容（Murata GRM21BD80J106ME84L）要緊貼輸入電源管腳布設，輸出旁路電容（Vishay T498X927M006ATE050）需靠近負載反饋點。回流電流產生的磁場與輻射與路徑面積呈正相關，故關鍵環路面積要小于1mm2為佳。

?（三）分割模擬與數字回路

將模擬控制信號（如PWM采樣、參考基準）與大電流開關回路分區布置，通過接地隔離或屏蔽措施避免數字切換噪聲直耦合至模擬前端。對于含集中式ADC測量、環路補償等板載控制器，布局時需遵循“近輸入、遠輸出、分離地回流”原則，并在地層設置隔離隔斷，將數字系統與功率系統的接地隔離區域明確分開。

?（四）接地策略與鉚接要求

在航天應用中，通常采取“單點——多點混合接地”方式。關鍵功率元器件（開關管、二極管、功率電感等）所產生的參量回流電流匯集于一個最優接地點（通常位于電源引入母線端），然后通過厚銅箔直接過渡到結構底板或機箱殼體；其他零星數字/模擬小信號地通過短而寬的走線匯集到地平面，經單一點或適當多點分區接地。需注意焊盤與螺栓連接處的金屬表面需進行鍍金或鎳處理，保證接觸電阻＜1mΩ，以減少接觸噪聲。地平面應鋪滿整塊PCB底層，以減小對地阻抗，并確保與金屬屏蔽罩有充分焊接觸點。

七、濾波與屏蔽方案

為了更高效地抑制開關噪聲對外界的影響，需要在DC-DC模塊中實施多級濾波與屏蔽措施，具體如下：

?（一）輸入端濾波

輸入端濾波應從傳導干擾的源頭開始。根據MIL-STD-461G CS101/CS114/CS115/CS116等標準，航天器內部母線通常是28V或120V DC母線，需要對輸入側的低頻（幾十kHz）與高頻（MHz～GHz）干擾分別進行濾波。典型濾波方案為：

1. 一級差模濾波：選用TDK或Vishay差模電感（如Vishay IHLP2525C-01S）和低ESR陶瓷電容（Murata GRM31CR60J106KE19L），形成LC差模濾波，抑制開關工作頻率及其諧波。

2. 二級共模濾波：采用TDK ACT45B-XH共模電感與兩個對稱電容構成CM-LC濾波，可在100kHz至30MHz范圍提供≥40dB衰減，對母線共模噪聲有效消減。

3. 三級磁珠/RC吸收：在輸入電源線與地之間并聯Murata BLM21BD102SN1D磁珠，吸收中高頻噪聲；并在MOSFET源極與開關節點加設RCD緩沖（R：Vishay RH12系列，C：AVX 4224G104MQEAT2A），吸收開關尖峰。

?（二）輸出端濾波

輸出端濾波主要針對負載方的EMI傳導及終端紋波要求。設計時需考慮負載類型（數字邏輯、射頻通信、姿控舵機等）對電源紋波與噪聲敏感度，典型方案如下：

1. 二級LC濾波：輸出端首先并聯一組鉭固態電容（Vishay T498X927M006ATE050，100μF/6.3V）用于中低頻濾波，再并聯多個陶瓷電容（Murata GRM21BD80J106ME84L）以處理高頻分量，配合差模電感（如Vishay IHLP2525C-01S）形成LC濾波網絡。

2. 終端RC濾波：靠近敏感模塊的電源輸入處可加裝一個小電阻（120mΩ～1Ω）與陶瓷電容（1μF～10μF）組成局部RC濾波，進一步降低對敏感負載的瞬態沖擊。

3. 輸出共模濾波：若輸出線長或負載在距離模塊一定距離處，應增設共模電感（如TDK ACT4514-201-2P）與兩個對稱電容構成CM-LC濾波，防止地線回路泄露共模噪聲。

?（三）模塊屏蔽策略

在整體電磁兼容方案中，屏蔽罩與吸收材料是關鍵環節。具體措施包括：

1. 全覆蓋金屬屏蔽罩：采用MuRata ESPI-0302-60-AU金屬屏蔽罩覆蓋整個DC-DC模塊，當內部元器件經電鍍或抑振涂層處理后，與罩壁實現牢固接觸，可實現50dB以上@1GHz的輻射隔離。

2. 內部局部吸收層：在屏蔽罩內部四周貼敷Laird 25RPTK44 EMI吸收材料，可在100MHz～5GHz范圍內有效吸收輻射能量，減少內部反射。

3. 變壓器雙重屏蔽：對于隔離型拓撲，如Flyback或Forward變壓器，在繞組外部增加銅箔或鎳鈷合金箔纏繞半包制程，并在外層罩上接地層，減少繞組之間的寄生成環路，避免高頻漏磁輻射。

4. 接口處金屬拉環與扣具：在DC-DC模塊連接器側（Micro-D D38999 Series III）配備金屬屏蔽拉環，通過整體金屬外殼與機箱地面一體化，避免接口縫隙泄漏并提供穩定接地。

八、熱管理與EMC協同設計

在高功率密度的航天DC-DC模塊中，熱管理與EMC設計常常互相關聯。過高的器件溫度不僅會影響元件寄生參數（如ESR、R_DS(on)）而加劇EMI問題，也會降低器件可靠性。因此，需要在設計中綜合考慮熱散與EMC性能：

?（一）散熱器與熱墊設計

為了實現良好的散熱，可在功率開關器件及磁性元件處加裝輻射散熱片或導熱墊。常用材料有航空級石墨片（如Phase Change Thermal Interface Material）和聚合物填充鋁基板（AMG熱基板）。在安裝熱墊時必須確保其與金屬屏蔽罩或機箱殼體形成穩定導熱路徑，并不會破壞屏蔽罩與PCB接地的連續性。

?（二）PCB熱銅鋪設

在PCB布局時，針對大功率發熱元件，如MOSFET、同步整流管、磁性元件等區域應加大多層銅鋪設，利用內層銅層作為散熱層，同時將熱點區域借助過孔（Thermal Via）與底層鋁基板或機箱散熱殼體連接。這樣一方面保證熱阻下降，另一方面也保持地平面完整，減少電磁噪聲漏散。

?（三）熱—EMI仿真聯合優化

利用CFD（Computational Fluid Dynamics）與電磁仿真集成軟件（如ANSYS Icepak + HFSS聯合仿真）評估模塊在典型工作負載（25°C環境下輸出額定功率的80%）時的溫度分布與EMI輻射水平。若溫升過高會導致電容容量衰減或磁性元件飽和，從而引發諧振及EMI峰值；在仿真結果基礎上可適當調整風道導流結構或增加導熱過孔數量，維持EMI與熱性能之間的平衡。

九、EMC實驗測試與驗證方法

在設計階段完成后，必須進行一系列基于航天標準的EMI/EMS測試，以驗證DC-DC模塊在實際環境中的兼容性能。主要測試項目及對應標準如下：

?（一）傳導發射測試（Conducted Emissions）

依據MIL-STD-461G CS101（低頻傳導發射，10kHz～10MHz）與CS114（高頻傳導發射，10kHz～200MHz）要求進行測量。測試環境需在帶通或帶阻網絡的接地平面上，以負載接收終端為受測對象，采用頻譜分析儀或EMI接收機測量傳導噪聲幅度，并與限值曲線進行比較。常見優化手段：調整輸入濾波共模感量、輸出濾波二階LC濾波、增加磁珠吸收等。

?（二）輻射發射測試（Radiated Emissions）

依據MIL-STD-461G RE102（30MHz～1GHz）與RE103（1GHz～40GHz）標準進行。將DC-DC模塊在電纜長度不超過80cm無源負載條件下，放置于消聲室8m或10m標準測量距離，采用雙極化天線測量空間輻射信號，確認是否滿足限值曲線要求。若發現某一頻段輻射超標，應結合EMI定位探頭與示波器進行源識別，補充或優化屏蔽、增加內部吸波材料、或對PCB走線進行局部重布線。

?（三）電快速瞬變（EFT）與浪涌抗擾度測試

根據MIL-STD-461G CS116（EFT，5kHz～100kHz脈沖串）與CS118（浪涌，正負脈沖）測試要求，在輸入端施加典型±2kV EFT脈沖或±1kV浪涌，評估DC-DC模塊在遭受擾動時的輸出穩態、保護電路響應能力以及可能產生的失步、鎖定或保護觸發。若模塊不能通過測試，可考慮在輸入端增加更高能量吸收能力的TVS二極管（如ON Semiconductor SM8S33A）、或在關鍵線纜端口加裝濾波器。

?（四）靜電放電（ESD）抗擾度測試

依據ISO 10605或MIL-STD-3015-7，對模塊外殼、接口處施加人體模型（HBM）或接觸模型靜電脈沖（±8kV～±15kV）測試，評估對模塊控制邏輯及輸出紋波的影響。若出現死機或輸出紊亂，可在接口端增加TBU（Transient Blocking Unit）或插片式ESD保護器（如Semtech ESDA6V1Eq），并在鏈路中使用Murata BLM18EG221SN1D等大電流磁珠實現分段抑制。

十、結論與展望

本方案深入探討了航天器DC-DC模塊EMC設計的各個要素，涵蓋從整體EMC設計思路、典型拓撲EMC優化、關鍵器件選型及型號推薦、PCB布局與接地策略、熱管理協同設計、仿真驗證方法到實驗測試依據的全流程。通過多層次、多手段的手段實現“源頭抑制、傳輸隔離、末端濾波、屏蔽圍堵”的設計原則，以滿足航天級DC-DC模塊在嚴苛電磁環境下的可靠性與低干擾需求。優選器件如VISHAY Si7828DP輻射硬化MOSFET、CREE CGH60R065D SiC MOSFET、Coilcraft XEL8030電源變壓器、TDK ACT45B-XH共模電感、Murata GRM21BD80J106ME84L陶瓷電容、Vishay T498X927M006ATE050固態鉭電容、Murata BLM21BD102SN1D磁珠等，都具備低寄生參數、耐輻射、耐高溫特性，是航天EMC設計不可或缺的核心元器件。

在未來，高效能、高密度、小體積和更高可靠性要求繼續推動DC-DC模塊技術革新，如GaN/SiC器件在航天開關電源中的應用將更加廣泛；結合更先進的磁性材料與柔性電路技術，進一步降低寄生參數；同時，射頻隔離技術（如光電隔離、數字隔離器）有望在敏感領域中實現更完善的EMC控制。通過持續的仿真模型更新、實驗平臺升級和標準迭代，航天器DC-DC模塊的EMC設計將不斷向更高性能、更強穩定性和更低成本的方向演進，為航天電子系統提供堅實的電磁兼容保障。