專利名稱：測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是對傳導性電磁干擾(EMI)噪聲源的內(nèi)阻抗進行測定的裝置，為傳導性EMI噪聲的抑制即EMI濾波器的設計提供前提基礎，屬于電磁兼容設備設計和測量的技術領域。
背景技術：
EMI濾波器是抑制電磁干擾的有效措施，設計EMI濾波器的主要困難在于它需要較為精確地知道噪聲源阻抗和負載阻抗的大小，而EMI濾波器生產(chǎn)廠家只是針對特定的噪聲源阻抗和負載阻抗設計的，用于電力電子裝置時可能完全沒有效果，由于各噪聲源的內(nèi)阻抗并不相同，而干擾源阻抗和濾波器阻抗之間的匹配關系直接影響到濾波器的濾波效果，因此，準確估計噪聲源內(nèi)部阻抗對于電磁干擾的有效抑制有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述電磁兼容中EMI濾波器的阻抗匹配問題，提供一種基于改進的插入損耗法和希爾伯特變換測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，它可以為企業(yè)和產(chǎn)品設計工程師提供完善而經(jīng)濟實用的噪聲源測試解決方案，本發(fā)明既可以滿足噪聲源建模的一般性要求，將實際測試與理論結(jié)果進行對比，同時又可以為下一步EMI濾波器的設計、EMI噪聲的有效抑制提供良好的前提條件。
本發(fā)明測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，由電源、線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測設備構(gòu)成；從電源過來的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)中，通過已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測設備中，構(gòu)成一整條電源回路。
線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)采用國際標準結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，由2個50uH的電感分別串聯(lián)在L和N線上；2個1uF的電容位于電感輸入端(左側(cè))，分別并聯(lián)在L-E和N-E之間；2個0.1uF的電容和2個1KΩ、2個50Ω的電阻位于電感輸出端(右側(cè))，1KΩ和50Ω并聯(lián)后與0.1uF的電容串聯(lián)，而后分別跨接在L-E和N-E之間，LISN的作用是為被測設備提供電源，同時隔離電源側(cè)的噪聲進入測試回路，也隔離開關電源產(chǎn)生的噪聲，防止污染電網(wǎng)，并且為測試回路提供一個50Ω的穩(wěn)定阻抗。
上述已知阻抗特性的濾波元件，在測量共模阻抗時，是一共模扼流圈，串聯(lián)在LISN與被測設備之間；采用串聯(lián)插入損耗的方法估計噪聲源共模模型，在線阻穩(wěn)定網(wǎng)絡與變換器之間串聯(lián)已知阻抗特性的濾波元件，通過濾波器測得LISN端口干擾電壓和電流的變化關系，計算出共模噪聲源的阻抗及噪聲源頻譜。
上述已知阻抗特性的濾波元件，測量差模阻抗時，由電阻和電容串聯(lián)實現(xiàn)，將一電容與電阻串聯(lián)作為一整體，并聯(lián)在LISN與被測設備之間。采用并聯(lián)插入損耗的方法估計噪聲源差模模型，在線阻穩(wěn)定網(wǎng)絡與變換器之間并聯(lián)已知阻抗特性的濾波元件，通過濾波器測得LISN端口干擾電壓和電流的變化關系，計算出差模噪聲源的阻抗及噪聲源頻譜。
差模和共模干擾集中電路模型可簡化為如圖2所示單端口網(wǎng)絡。在以下的分析中ZN在差模時為ZSDM、共模時為ZSCM，VS在差模時為VSDM，在共模時為VSCM，V在差模時為VDM，共模時為VCM。
為了確定被測設備的阻抗ZS和源VS，在LISN和被測設備之間引入已知阻抗特性的濾波元件(串聯(lián)或者并聯(lián))，通過考查在LISN端口干擾電壓和電流的變化關系計算出ZS和VS的數(shù)值。再利用希爾伯特變換測定噪聲源阻抗的相位信息。
本發(fā)明裝置，既可以針對各類噪聲源進行通用內(nèi)阻抗測試，精度較高，且操作簡單，僅通過阻抗儀及濾波器就可以計算出待測噪聲源阻抗曲線及其源的頻譜。通過該測試方法，不但可以確定噪聲源的內(nèi)阻抗值，還可以通過計算得到內(nèi)阻抗的幅值和相位信息，從而可以對內(nèi)阻抗的性質(zhì)進行判斷，得出內(nèi)阻抗是容性的還是感性的，進一步為EMI濾波器的設計提供前提，即在濾波器設計時滿足濾波器的阻抗匹配特性，從而有效的對電磁干擾進行抑制，使之滿足EMC標準。


圖1本發(fā)明被測設備的內(nèi)阻抗測定裝置結(jié)構(gòu)框2差模和共模干擾集中電路模型圖3利用并聯(lián)插入阻抗的方法估計差模模型圖4利用串聯(lián)插入阻抗的方法確定共模模型圖5線性時不變一端口網(wǎng)絡圖6網(wǎng)絡的幅值曲線圖7實際的相位和希爾伯特變換導出的相位圖8半橋式DC-DC變換器和傳導干擾測試設置圖9差模噪聲源阻抗曲線圖10差模噪聲源頻譜圖11共模噪聲源阻抗曲線圖12共模噪聲源頻譜
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1、利用傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的測定裝置測試圖8所示的DC-DC變換器的差模噪聲源及其內(nèi)阻抗。
測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，由電源、線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測設備構(gòu)成；從電源過來的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)中，通過已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測設備中，構(gòu)成一整條電源回路。上述已知阻抗特性的濾波元件，由電阻和電容串聯(lián)實現(xiàn)，將一電容與電阻串聯(lián)作為一整體，并聯(lián)在LISN與被測設備之間如圖1和圖4所示。
首先將變換器浮地可消除共模干擾的影響，由圖3所示，當并聯(lián)上阻抗Zshunt后，在LISN側(cè)等效噪聲負載變?yōu)閆D＝Zshunt//ZN。差模噪聲電壓表示為VDM=ZDgIDM=ZDgVSDMZSDM+ZD---(1)]]>選取一個阻抗Zshunt1，滿足關系式|Zshunt1|？|ZN|，可得ZD1＝Zshunt1//ZN≈ZN(2)則VDM1=ZD1glDM1=ZD1gVSDMZSDM+ZD1≈ZNgVSDMZSDM+ZN≈VSDM---(3)]]>選取另外一個阻抗Zshunt2，滿足關系式|Zshunt2|＝|ZSDM|，那么可得ZD2＝Zshunt2//ZN≈ Zshunt2(4)則IDM2=VSDMZSDM+ZD2≈VSDMZSDM+ZSDM2≈VSDMZSDM---(5)]]>則有
ZSDM=VSDMIDM2---(6)]]>將式(3)代入式(6)得ZSDM=VDM1IDM2---(7)]]>這里，差模噪聲源VSDM可由直接測試的差模噪聲電壓VDM1獲得，差模內(nèi)阻抗ZSDM的數(shù)值則由VDM1除以IDM2得到。
該測試中ZD1由LISN兩個50Ω電阻串聯(lián)(即100Ω)實現(xiàn)，ZD2由1Ω電阻和1μF電容串聯(lián)實現(xiàn)。圖3中所示的噪聲電壓和電流由Tektronix5054直接測試得到。圖9給出了得到的ZSDM以及ZD1和ZD2的幅頻曲線。圖10給出了得到的VSDM的頻譜曲線。
實施例2、利用傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的測定裝置測試圖8所示的DC-DC變換器的共模噪聲源及其內(nèi)阻抗。
測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，由電源、線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測設備構(gòu)成；從電源過來的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)中，通過已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測設備中，構(gòu)成一整條電源回路。上述已知阻抗特性的濾波元件是一共模扼流圈，串聯(lián)在LISN與被測設備之間，如圖1和圖4所示。
考慮圖4所示的電路，在引入阻抗Zseries后，共模等效噪聲負載為Zc＝Zseries+ZN，則可得VCM=ZNgICM=ZNgVSCMZSCM+ZC---(8)]]>選取一個阻抗Zseries1，滿足關系式|Zseries1|？|ZSCM|，則得ZC1＝Zseries1+ZN≈Zseries1(9)由式(8)可得
ICM1=VSCMZSCM+ZC1≈VSCMZSCM+Zserices≈VSCMZseries---(10)]]>由式(10)可得VSCM＝ZseriesgICM1(11)選取另一個阻抗Zseries2，滿足關系式|Zseries2|＝|ZN|，那么可得ZC2＝Zseries2+ZN≈ZN(12)由式(8)得ICM2=VSCMZSCM+ZC2≈VSCMZSCM+ZN≈VSCMZSCN---(13)]]>由式(13)得ZSCM=VSCMICM2---(14)]]>將式(11)代入(14)可得ZSCM=ICM1ICM2gZseriesl---(15)]]>則共模噪聲源和內(nèi)阻抗的信息可由式(11)和(15)分別得到。
該測試中，為了確定ZSCM和VSCM，一個8mH共模扼流圈充當串聯(lián)阻抗ZC1，兩個50Ω電阻并聯(lián)(即25Ω)充當ZC2。圖11給出了得到的ZSCM以及ZC1和ZC2的幅頻曲線，圖12給出了得到的VSCM的頻譜曲線。
利用希爾伯特變換法測定噪聲源阻抗的相位信息從上面可知，Zs的幅值可以得到，但得不到其相位信息。使用希爾伯特變換可測其相位。
∠Zs(ω)=2ωπ∫0∞|Zs(ξ)|-|Zs(ω)|(ξ+ω)(ξ-ω)dξ]]>在相當寬的頻率范圍內(nèi)(0-fmax)，知道幅值函數(shù)|Zs(ω)|，則可準確得到相位函數(shù)＜Zs(ω)，直到達到最大頻率的1/3。
使用如圖5所示線性時不變一端口網(wǎng)絡，假設知道電路輸入阻抗的幅值，僅達20MHz，如圖6所示，其余頻段的幅值曲線如圖中虛線。
使用希爾伯特變換算法可得到相同頻率段的相位見圖7虛線?？梢姡死袑嶋H的和得到的相位很吻合。
當?shù)弥_關電源的共模/差模內(nèi)阻抗后，就可以進行相應的濾波器設計。根據(jù)噪聲源內(nèi)阻抗、負載阻抗(已知)和濾波器結(jié)構(gòu)寫出濾波器的傳遞函數(shù)，其次確定濾波器的截止頻率點、插入損耗、通帶允許的最大差損，最后計算得出濾波器各元器件的值。
由于噪聲源阻抗的大小是濾波器設計的重要依據(jù)，設計時只有當阻抗匹配，濾波器才能最大效率的發(fā)揮其濾波特性。反之，若噪聲源的內(nèi)阻抗未知，進行EMI濾波器設計時，就會將噪聲源的內(nèi)阻抗設為一個通用值(例如50Ω)，而進行一種通用濾波器的設計。由于各噪聲源的類型是多種多樣的，當采用通用的EMI濾波器時，必然會出現(xiàn)阻抗失配的問題，輕則使濾波器插入損耗減小，頻率發(fā)生漂移；重則會使濾波器將噪聲信號放大。所以，對各種不同類型的噪聲源內(nèi)阻抗進行測試，作為相應的濾波器設計基礎，可以極大地提高濾波器的濾波特性，節(jié)約經(jīng)濟成本。
權利要求
1.一種測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，由電源、線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡、已知阻抗特性的濾波元件、被測設備構(gòu)成；其特征是從電源過來的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡中，通過已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測設備中，構(gòu)成一整條電源回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，其特征是所述已知阻抗特性的濾波元件，由電阻和電容串聯(lián)實現(xiàn)，將一電容與電阻串聯(lián)作為一整體，并聯(lián)在線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡與被測設備之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，其特征是所述已知阻抗特性的濾波元件是一共模扼流圈，串聯(lián)在線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡與被測設備之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測定傳導性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置，由電源、線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測設備構(gòu)成；從電源過來的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)中，通過已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測設備中，構(gòu)成一整條電源回路。本發(fā)明裝置精度較高，且操作簡單?？梢詫?nèi)阻抗的性質(zhì)進行判斷，進一步為EMI濾波器的設計提供前提，即在濾波器設計時滿足濾波器的阻抗匹配特性。
文檔編號G01R29/00GK1996030SQ20061016137
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權日2006年12月22日
發(fā)明者趙陽, 尹海平, 李世錦, 顧洲, 沈雪梅 申請人:南京師范大學