2. 一次电源与二次电源：母线电压等级、DC-DC变换器选型、EMI滤波器设计要点
好，咱们接着聊。上一章我们把星载计算机电源的整体架构理了一遍，这一章，咱们深入细节，聊聊一次电源和二次电源那些事儿。
说白了，一次电源就是卫星母线直接供给你的电，二次电源则是你板子上自己折腾出来的各种电压轨。这中间的门道，我当年刚入行时可没少踩坑。
2.1 母线电压等级：28V、42V、100V 怎么选？
卫星母线电压，不是拍脑袋定的。它跟卫星的功率等级、传输损耗、甚至跟你的绝缘设计都直接挂钩。
28V 母线：这是最经典的“老黄牛”电压。很多小卫星、微纳卫星都在用。为什么？因为技术成熟，器件好找。我早期做的一个皮纳卫星项目，用的就是28V。当时觉得，嗯，跟地面上的28V航空标准差不多，心里踏实。
- 优点：器件选择多，MOSFET、电容、保险丝，一抓一大把。安全性高，28V属于安全电压范畴，对线缆绝缘要求相对低。
- 缺点：传输同样功率，电流大。电流大了，线缆就粗，I²R损耗也大。对于大功率卫星，比如几百瓦上千瓦的，28V母线会带来巨大的线缆重量和损耗。
42V 母线：这个电压等级，说实话，有点“过渡”的味道。我记得是当年为了兼容一些航空电子设备的标准，同时也想比28V提高点效率。现在新设计的卫星，直接上100V的越来越多了。
- 特点：比28V效率高一点，但器件选择不如28V和100V丰富。我个人觉得，除非有特殊的兼容性要求，否则不如直接选100V。
100V 母线：这是目前中大型卫星的主流选择。为什么？功率传输效率高啊！
- 优点：电流小，线缆细，损耗低。对于几百瓦甚至上千瓦的载荷，100V母线优势明显。
- 缺点：器件耐压要求高。你的MOSFET、电容、DC-DC模块，都得选150V甚至200V耐压的。成本上去了，设计难度也大了。而且，100V已经不是安全电压了，爬电距离、绝缘设计都得格外小心。
我的经验之谈： 选母线电压，先看卫星总功率。功率小于200W，28V是稳妥之选。200W到500W，42V可以考虑。超过500W，别犹豫，上100V。你想想看，100V下10A就能传1kW，28V下得36A，那铜鼻子得多粗？
2.2 DC-DC 变换器选型：隔离与非隔离的抉择
母线电压进来，第一件事就是降压。这就轮到DC-DC变换器登场了。选型时，第一个问题就是：隔离还是不隔离？
隔离型 DC-DC：输入和输出之间没有电气连接，靠变压器传递能量。
- 为什么用？ 安全！防止母线侧的噪声、浪涌串到敏感的负载侧。而且，可以轻松实现多路输出，正负电压、不同地平面，都能搞定。
- 常用拓扑：反激（Flyback，适合小功率<50W）、正激（Forward，适合50W-200W）、半桥/全桥（适合大功率>200W）。
- 我的建议：星载计算机的主供电，我强烈建议用隔离型。我曾经在一个项目中，因为偷懒用了非隔离的降压，结果母线上一阵浪涌，直接把FPGA的内核电压打穿了。从那以后，凡是给核心器件供电，我必用隔离。
非隔离型 DC-DC：输入和输出共地，效率高，体积小，成本低。
- 为什么用？ 效率高，通常能到95%以上。适合在板级做二次降压，比如把5V降到3.3V，或者3.3V降到1.2V。
- 常用拓扑：BUCK（降压）、LDO（低压差线性稳压器）。
- 注意：LDO虽然噪声低，但效率也低，压差大时发热严重。BUCK效率高，但输出纹波大，需要后级滤波。
选型小技巧： 看数据手册时，别光看效率曲线。要重点关注“输入电压范围”、“输出纹波”、“瞬态响应”和“开关频率”。开关频率高了，电感电容能选小，但EMI问题会更突出。这是个权衡。
下面这个表，是我自己总结的，不同功率等级下常用的隔离拓扑，你参考下：
| 功率范围 | 推荐拓扑 | 典型效率 | 我的评价 |
|---|---|---|---|
| < 50W | 反激 (Flyback) | 80% - 85% | 简单、便宜，但纹波大。适合辅助电源。 |
| 50W - 200W | 正激 (Forward) | 85% - 90% | 性能均衡，我用的最多。注意磁复位设计。 |
| 200W - 500W | 半桥 (Half-Bridge) | 90% - 93% | 效率高，适合大电流输出。 |
| > 500W | 全桥 (Full-Bridge) | > 93% | 复杂，但功率密度高。大卫星的母线变换器常用。 |
2.3 EMI 滤波器设计要点：别让噪声坏了事
DC-DC变换器，说白了就是个噪声源。开关管高频通断，会产生大量的电磁干扰（EMI）。这些干扰如果不滤掉，会顺着母线传出去，干扰卫星上的其他设备，比如敏感的通信接收机。
EMI滤波器，就是干这个活的。它通常放在母线入口处，在DC-DC变换器之前。
设计要点，我总结了三条：
- 共模与差模要分清：
- 差模噪声：在两根线（正和地）之间来回窜。用X电容（跨接在正负极之间）和差模电感来抑制。
- 共模噪声：两根线对地（机壳）一起窜。用Y电容（从正/负极对地）和共模扼流圈来抑制。
嗯，这里要注意，Y电容不能太大，否则漏电流会超标，这在航天里是大事。我记得有个标准要求漏电流小于几毫安，设计时得算清楚。
- 谐振点要避开：
LC滤波器本身有谐振频率。如果这个频率恰好落在DC-DC的开关频率或其谐波上，那滤波器不但不滤波，反而会放大噪声！
我建议，滤波器的谐振频率至少要低于开关频率的1/10，或者高于开关频率的10倍。最好用仿真软件扫一下，看看阻抗曲线。
- 布局布线是灵魂：
再好的滤波器，如果布局不对，也是白搭。我曾经吃过这个亏。一个精心设计的π型滤波器，因为输入输出回路靠得太近，高频噪声直接通过空间耦合过去了，效果大打折扣。
记住几个原则：
- 输入输出要远离，最好有地平面隔离。
- 电容要靠近滤波器的引脚，引线越短越好。
- 共模扼流圈下面不要走其他信号线。
避坑指南： 我曾经在一个项目中，为了省空间，把EMI滤波器的电感和电容都选得很小，结果EMI测试死活过不了。后来老老实实按手册推荐的参数来，一次通过。所以，别在EMI滤波器上省钱省空间，它值那个价。
好了，关于一次电源和二次电源的核心要点，就聊这么多。下一章，我们讲讲电源的冗余设计，那可是星载计算机的“保命符”。