DC-DC转换器的开关动作可能会引起不良的共模和差模噪声，在频谱的许多点上创建不可接受的干扰。前端（或电力线）滤波器旨在在DC-DC转换器之前使用，以减轻电磁干扰(EMI)。
现成货的前端滤波器还必须考虑其他电气(例如电压尖峰、纹波)、机械(例如振动、冲击)和环境(例如高海拔)设计限制，才能满足军用设备的需求。本文讨论了前端滤波器的设计考虑因素和军用设备DC电源模块的测试要求。
什么是前端滤波器？
这个输入滤波器的设计对于符合电磁兼容(EMC)标准和目标至关重要。前端或输入滤波器用于多种目的:
■抑制可能进入电源第一阶段的噪声和突波
■降低基频(即开关频率)及其谐波的发射噪声
各种电压调节器的噪声源
DC/DC降压变换器的输入端具有快速开关器件的快速开启和关闭，导致电容器上的电流出现锐利的上升和下降沿(高di/dt)的间断电流。这将导致基频和几个谐波(通常是低阶谐波)不符合标准。在连续导电模式(CCM)下运行的升压变换器将在其输出端经历EMI。纹波将创建一个变化的信号，通过共同接触的导体传导到系统的其他部分。
EMI: 辐射和传导的发射
通常，传导的发射与30MHz以下的频率相关，而辐射的发射通常落在30MHz以上的频率范围内(通常是50到300MHz)。然而，传导和辐射的发射仍有重叠。在开关电源中，电压突波(高dV/dt)通常是辐射噪声的来源。如前所述，传导EMI通常源自间断电流(高di/dt)，可以分解为共模(CM)和差模(DM)噪声。
差模和共模噪声
DM电流通常由di/dt主导，将在电源线和回路之间流动；DM噪声主导较低频率。通常很难改变di/dt的行为，而不会从根本上改变电路。通过使用被动低通EMI滤波器(例如R-C阻尼器、L-C、Pi节、T节等)来抑制间断电流引起的振荡，可以降低di/dt。
CM电流通常是dV/dt的函数，将在每个电源线和地面之间流动。当CM电流耦合到长导体或电缆中时，电缆可以作为天线，使CM噪声在高频率下更为突出。根据电缆长度和导体之间的距离以及参考地面平面，意外回路的环路面积可能非常大。有效的布局设计可以大大抑制CM，例如将导体移动到参考地面平面更近的位置，谨慎部署安全电容器，屏蔽连接的电缆束，或在CM电流路径中放置CM电感线圈。CM电感线圈还提供了一个高阻抗串联路径，允许CM电流通过Y电容器形成EMI地面的分流路径流出转换器。
DM和CM都将对EMI做出贡献，往往需要在设计EMI滤波器之前量化DM和CM噪声成分以符合行业EMC标准。输入EMI通常使用线路阻抗稳定网络(LISN)在待测设备(DUT)的输入端以及频谱分析仪进行量化。
前端滤波器的设计考虑因素
滤波器抑制噪声成分的能力随着频率的升高而增加，因此，在基频和低阶谐波处减轻噪声是一个突出的设计挑战。采用的技术取决于SMPS的独特噪声特征以及设计成本、大小和监管限制。还有额外的设计考虑因素，SMPS的预测瞬变特性。
军用设备将有一系列电气、机械和环境设计考虑因素，这些考虑因素会使制造商从基础开始仔细设计电源电子设备——必须满足材料筛选和电气、机械和恶劣环境性能要求。
电源的常见军用标准
MIL-STD-461为电气设备设置了传导和辐射发射限制，指导正确测量EMI。MIL-STD-461的各种要求及其描述可在表1中找到。符合MIL-STD-461的电子设备通常会列出满足特定CE、CS和RE要求的详细信息。
MIL-STD-1275E标准提供了要应用于28V电气电源系统输入的测试条件，以及预期的该设备的性能参数。这些系统预期将用于军用地面车辆、民用越野车辆以及军用和民用重型设备。
其他军用标准——例如MIL-STD 704F关于飞机电力特性和DO-160G关于机载设备的标准——将规定环境条件和测试程序，以充分模拟各种电压条件。MIL-STD-810标准包括设备将经历机械冲击、振动和高海拔的测试条件和要求。P-Duke提供了一系列MCF军规前端滤波器，可与选择的DC/DC转换器匹配，以满足所有这些规格要求。
P-DUKE MCF系列
MCF系列提供EMI滤波和瞬态保护，以符合MIL-STD-461G标准中的传导发射、传导感受和辐射发射要求，众多军事标准中的浪涌/尖峰要求，以及MIL-STD-810（表2）中的高度/冲击/振动要求。
该系列具有主动输入过压保护功能，可将最高持续时间为50ms的过压限制在40V以下，吸收+/-250V的尖峰电压，并配备内部保护电路（图1）。
如图2所示，该系列包括其他主动保护功能，例如远程开/关控制、过载保护、输出短路保护、反极性保护、开机电流限制等。
在图3中可以看到EMI性能得到了显著改善。在应用MCF滤波器之前和之后测试了200W HAE200 DC/DC转换器的EMI性能。这大大降低了定制EMI滤波器和外围电路的成本和设计工作量。MCF前端滤波器的额定功率高达250W，可用于广泛的军用设备。
MCF滤波器可简化集成到军用系统中
EMI滤波器不能仅仅是随意选择，这在军用设备中尤为如此，军用车辆和飞机中的机载子系统由24V电池或28V发电机供电，对多个方面有严格要求，P-DUKE提供15W到250W的DC-DC转换器，与相关的MCF前端滤波器配对，可满足军事要求的EMC和浪涌抑制。
