專利名稱:測(cè)定傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是對(duì)傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲源的內(nèi)阻抗進(jìn)行測(cè)定的裝置，為傳導(dǎo)性EMI噪聲的抑制即EMI濾波器的設(shè)計(jì)提供前提基礎(chǔ)，屬于電磁兼容設(shè)備設(shè)計(jì)和測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
EMI濾波器是抑制電磁干擾的有效措施，設(shè)計(jì)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(fù)載阻抗的大小，而EMI濾波器生產(chǎn)廠家只是針對(duì)特定的噪聲源阻抗和負(fù)載阻抗設(shè)計(jì)的，用于電力電子裝置時(shí)可能完全沒(méi)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(guān)系直接影響到濾波器的濾波效果，因此，準(zhǔn)確估計(jì)噪聲源內(nèi)部阻抗對(duì)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(duì)上述電磁兼容中EMI濾波器的阻抗匹配問(wèn)題，提供一種基于改進(jìn)的插入損耗法和希爾伯特變換測(cè)定傳導(dǎo)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(shè)計(jì)工程師提供完善而經(jīng)濟(jì)實(shí)用的噪聲源測(cè)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(shí)際測(cè)試與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)又可以為下一步EMI濾波器的設(shè)計(jì)、EMI噪聲的有效抑制提供良好的前提條件。
本發(fā)明測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測(cè)設(shè)備構(gòu)成；從電源過(guò)來(lái)的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)中，通過(guò)已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測(cè)設(shè)備中，構(gòu)成一整條電源回路。
線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，由2個(gè)50uH的電感分別串聯(lián)在L和N線上；2個(gè)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(gè)0.1uF的電容和2個(gè)1KΩ、2個(gè)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(cè)設(shè)備提供電源，同時(shí)隔離電源側(cè)的噪聲進(jìn)入測(cè)試回路，也隔離開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲，防止污染電網(wǎng)，并且為測(cè)試回路提供一個(gè)50Ω的穩(wěn)定阻抗。
上述已知阻抗特性的濾波元件，在測(cè)量共模阻抗時(shí)，是一共模扼流圈，串聯(lián)在LISN與被測(cè)設(shè)備之間；采用串聯(lián)插入損耗的方法估計(jì)噪聲源共模模型，在線阻穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)與變換器之間串聯(lián)已知阻抗特性的濾波元件，通過(guò)濾波器測(cè)得LISN端口干擾電壓和電流的變化關(guān)系，計(jì)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(cè)量差模阻抗時(shí)，由電阻和電容串聯(lián)實(shí)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(cè)設(shè)備之間。采用并聯(lián)插入損耗的方法估計(jì)噪聲源差模模型，在線阻穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)與變換器之間并聯(lián)已知阻抗特性的濾波元件，通過(guò)濾波器測(cè)得LISN端口干擾電壓和電流的變化關(guān)系，計(jì)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(jiǎn)化為如圖2所示單端口網(wǎng)絡(luò)。在以下的分析中ZN在差模時(shí)為ZSDM、共模時(shí)為ZSCM，VS在差模時(shí)為VSDM，在共模時(shí)為VSCM，V在差模時(shí)為VDM，共模時(shí)為VCM。
為了確定被測(cè)設(shè)備的阻抗ZS和源VS，在LISN和被測(cè)設(shè)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(guò)考查在LISN端口干擾電壓和電流的變化關(guān)系計(jì)算出ZS和VS的數(shù)值。再利用希爾伯特變換測(cè)定噪聲源阻抗的相位信息。
本發(fā)明裝置，既可以針對(duì)各類噪聲源進(jìn)行通用內(nèi)阻抗測(cè)試，精度較高，且操作簡(jiǎn)單，僅通過(guò)阻抗儀及濾波器就可以計(jì)算出待測(cè)噪聲源阻抗曲線及其源的頻譜。通過(guò)該測(cè)試方法，不但可以確定噪聲源的內(nèi)阻抗值，還可以通過(guò)計(jì)算得到內(nèi)阻抗的幅值和相位信息，從而可以對(duì)內(nèi)阻抗的性質(zhì)進(jìn)行判斷，得出內(nèi)阻抗是容性的還是感性的，進(jìn)一步為EMI濾波器的設(shè)計(jì)提供前提，即在濾波器設(shè)計(jì)時(shí)滿足濾波器的阻抗匹配特性，從而有效的對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制，使之滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)。
圖1本發(fā)明被測(cè)設(shè)備的內(nèi)阻抗測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)框圖圖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(jì)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(shí)不變一端口網(wǎng)絡(luò)圖6網(wǎng)絡(luò)的幅值曲線圖7實(shí)際的相位和希爾伯特變換導(dǎo)出的相位圖8半橋式DC-DC變換器和傳導(dǎo)干擾測(cè)試設(shè)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(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1、利用傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的測(cè)定裝置測(cè)試圖8所示的DC-DC變換器的差模噪聲源及其內(nèi)阻抗。
測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測(cè)設(shè)備構(gòu)成；從電源過(guò)來(lái)的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)中，通過(guò)已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測(cè)設(shè)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(shí)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(cè)設(shè)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(dāng)并聯(lián)上阻抗Zshunt后，在LISN側(cè)等效噪聲負(fù)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(gè)阻抗Zshunt1，滿足關(guān)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(gè)阻抗Zshunt2，滿足關(guān)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(cè)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(cè)試中ZD1由LISN兩個(gè)50Ω電阻串聯(lián)(即100Ω)實(shí)現(xiàn)，ZD2由1Ω電阻和1μF電容串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。圖3中所示的噪聲電壓和電流由Tektronix5054直接測(cè)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(shí)施例2、利用傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲源內(nèi)阻抗的測(cè)定裝置測(cè)試圖8所示的DC-DC變換器的共模噪聲源及其內(nèi)阻抗。
測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測(cè)設(shè)備構(gòu)成；從電源過(guò)來(lái)的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)中，通過(guò)已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測(cè)設(shè)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(cè)設(shè)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(fù)載為Zc＝Zseries+ZN，則可得VCM=ZNgICM=ZNgVSCMZSCM+ZC---(8)]]>選取一個(gè)阻抗Zseries1，滿足關(guān)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(gè)阻抗Zseries2，滿足關(guān)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(cè)試中，為了確定ZSCM和VSCM，一個(gè)8mH共模扼流圈充當(dāng)串聯(lián)阻抗ZC1，兩個(gè)50Ω電阻并聯(lián)(即25Ω)充當(dāng)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(cè)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(cè)其相位。
∠Zs(ω)=2ωπ∫0∞|Zs(ξ)|-|Zs(ω)|(ξ+ω)(ξ-ω)dξ]]>在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)(0-fmax)，知道幅值函數(shù)|Zs(ω)|，則可準(zhǔn)確得到相位函數(shù)＜Zs(ω)，直到達(dá)到最大頻率的1/3。
使用如圖5所示線性時(shí)不變一端口網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)知道電路輸入阻抗的幅值，僅達(dá)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(jiàn)圖7虛線。可見(jiàn)，此例中實(shí)際的和得到的相位很吻合。
當(dāng)?shù)弥_(kāi)關(guān)電源的共模/差模內(nèi)阻抗后，就可以進(jìn)行相應(yīng)的濾波器設(shè)計(jì)。根據(jù)噪聲源內(nèi)阻抗、負(fù)載阻抗(已知)和濾波器結(jié)構(gòu)寫(xiě)出濾波器的傳遞函數(shù)，其次確定濾波器的截止頻率點(diǎn)、插入損耗、通帶允許的最大差損，最后計(jì)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(shè)計(jì)的重要依據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)只有當(dāng)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(jìn)行EMI濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)將噪聲源的內(nèi)阻抗設(shè)為一個(gè)通用值(例如50Ω)，而進(jìn)行一種通用濾波器的設(shè)計(jì)。由于各噪聲源的類型是多種多樣的，當(dāng)采用通用的EMI濾波器時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)阻抗失配的問(wèn)題，輕則使濾波器插入損耗減小，頻率發(fā)生漂移；重則會(huì)使濾波器將噪聲信號(hào)放大。所以，對(duì)各種不同類型的噪聲源內(nèi)阻抗進(jìn)行測(cè)試，作為相應(yīng)的濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，可以極大地提高濾波器的濾波特性，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)、已知阻抗特性的濾波元件、被測(cè)設(shè)備構(gòu)成；其特征是從電源過(guò)來(lái)的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測(cè)設(shè)備中，構(gòu)成一整條電源回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的測(cè)定傳導(dǎo)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(shí)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(luò)與被測(cè)設(shè)備之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)與被測(cè)設(shè)備之間。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)定傳導(dǎo)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(luò)(LISN)、已知阻抗特性的濾波元件、被測(cè)設(shè)備構(gòu)成；從電源過(guò)來(lái)的電源線直接輸入到線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)中，通過(guò)已知阻抗特性的濾波元件，而后輸入到被測(cè)設(shè)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(jiǎn)單?？梢詫?duì)內(nèi)阻抗的性質(zhì)進(jìn)行判斷，進(jìn)一步為EMI濾波器的設(shè)計(jì)提供前提，即在濾波器設(shè)計(jì)時(shí)滿足濾波器的阻抗匹配特性。
文檔編號(hào)G01R29/00GK1996030SQ200610161372
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月22日
發(fā)明者趙陽(yáng), 尹海平, 李世錦, 顧洲, 沈雪梅 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan