专利名称:测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是对传导性电磁干扰(EMI)噪声源的内阻抗进行测定的装置，为传导性EMI噪声的抑制即EMI滤波器的设计提供前提基础，属于电磁兼容设备设计和测量的技术领域：
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背景技术：
EMI滤波器是抑制电磁干扰的有效措施，设计EMI滤波器的主要困难在于它需要较为精确地知道噪声源阻抗和负载阻抗的大小，而EMI滤波器生产厂家只是针对特定的噪声源阻抗和负载阻抗设计的，用于电力电子装置时可能完全没有效果，由于各噪声源的内阻抗并不相同，而干扰源阻抗和滤波器阻抗之间的匹配关系直接影响到滤波器的滤波效果，因此，准确估计噪声源内部阻抗对于电磁干扰的有效抑制有着重要意义。
发明内容本发明的目的是针对上述电磁兼容中EMI滤波器的阻抗匹配问题，提供一种基于改进的插入损耗法和希尔伯特变换测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，它可以为企业和产品设计工程师提供完善而经济实用的噪声源测试解决方案，本发明既可以满足噪声源建模的一般性要求，将实际测试与理论结果进行对比，同时又可以为下一步EMI滤波器的设计、EMI噪声的有效抑制提供良好的前提条件。
本发明测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，由电源、线阻抗稳定网络(LISN)、已知阻抗特性的滤波元件、被测设备构成；从电源过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络(LISN)中，通过已知阻抗特性的滤波元件，而后输入到被测设备中，构成一整条电源回路。
线阻抗稳定网络(LISN)采用国际标准结构(如图1所示)，由2个50uH的电感分别串联在L和N线上；2个1uF的电容位于电感输入端(左侧)，分别并联在L-E和N-E之间；2个0.1uF的电容和2个1KΩ、2个50Ω的电阻位于电感输出端(右侧)，1KΩ和50Ω并联后与0.1uF的电容串联，而后分别跨接在L-E和N-E之间，LISN的作用是为被测设备提供电源，同时隔离电源侧的噪声进入测试回路，也隔离开关电源产生的噪声，防止污染电网，并且为测试回路提供一个50Ω的稳定阻抗。
上述已知阻抗特性的滤波元件，在测量共模阻抗时，是一共模扼流圈，串联在LISN与被测设备之间；采用串联插入损耗的方法估计噪声源共模模型，在线阻稳定网络与变换器之间串联已知阻抗特性的滤波元件，通过滤波器测得LISN端口干扰电压和电流的变化关系，计算出共模噪声源的阻抗及噪声源频谱。
上述已知阻抗特性的滤波元件，测量差模阻抗时，由电阻和电容串联实现，将一电容与电阻串联作为一整体，并联在LISN与被测设备之间。采用并联插入损耗的方法估计噪声源差模模型，在线阻稳定网络与变换器之间并联已知阻抗特性的滤波元件，通过滤波器测得LISN端口干扰电压和电流的变化关系，计算出差模噪声源的阻抗及噪声源频谱。
差模和共模干扰集中电路模型可简化为如图2所示单端口网络。在以下的分析中ZN在差模时为ZSDM、共模时为ZSCM，VS在差模时为VSDM，在共模时为VSCM，V在差模时为VDM，共模时为VCM。
为了确定被测设备的阻抗ZS和源VS，在LISN和被测设备之间引入已知阻抗特性的滤波元件(串联或者并联)，通过考查在LISN端口干扰电压和电流的变化关系计算出ZS和VS的数值。再利用希尔伯特变换测定噪声源阻抗的相位信息。
本发明装置，既可以针对各类噪声源进行通用内阻抗测试，精度较高，且操作简单，仅通过阻抗仪及滤波器就可以计算出待测噪声源阻抗曲线及其源的频谱。通过该测试方法，不但可以确定噪声源的内阻抗值，还可以通过计算得到内阻抗的幅值和相位信息，从而可以对内阻抗的性质进行判断，得出内阻抗是容性的还是感性的，进一步为EMI滤波器的设计提供前提，即在滤波器设计时满足滤波器的阻抗匹配特性，从而有效的对电磁干扰进行抑制，使之满足EMC标准。
图1本发明被测设备的内阻抗测定装置结构框图图2差模和共模干扰集中电路模型图3利用并联插入阻抗的方法估计差模模型图4利用串联插入阻抗的方法确定共模模型图5线性时不变一端口网络图6网络的幅值曲线图7实际的相位和希尔伯特变换导出的相位图8半桥式DC-DC变换器和传导干扰测试设置图9差模噪声源阻抗曲线图10差模噪声源频谱图11共模噪声源阻抗曲线图12共模噪声源频谱
具体实施方式下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
实施例1、利用传导性电磁干扰噪声源内阻抗的测定装置测试图8所示的DC-DC变换器的差模噪声源及其内阻抗。
测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，由电源、线阻抗稳定网络(LISN)、已知阻抗特性的滤波元件、被测设备构成；从电源过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络(LISN)中，通过已知阻抗特性的滤波元件，而后输入到被测设备中，构成一整条电源回路。上述已知阻抗特性的滤波元件，由电阻和电容串联实现，将一电容与电阻串联作为一整体，并联在LISN与被测设备之间如图1和图4所示。
首先将变换器浮地可消除共模干扰的影响，由图3所示，当并联上阻抗Zshunt后，在LISN侧等效噪声负载变为ZD＝Zshunt//ZN。差模噪声电压表示为VDM=ZDgIDM=ZDgVSDMZSDM+ZD---(1)]]>选取一个阻抗Zshunt1，满足关系式|Zshunt1|？|ZN|，可得ZD1＝Zshunt1//ZN≈ZN(2)则VDM1=ZD1glDM1=ZD1gVSDMZSDM+ZD1≈ZNgVSDMZSDM+ZN≈VSDM---(3)]]>选取另外一个阻抗Zshunt2，满足关系式|Zshunt2|＝|ZSDM|，那么可得ZD2＝Zshunt2//ZN≈ Zshunt2(4)则IDM2=VSDMZSDM+ZD2≈VSDMZSDM+ZSDM2≈VSDMZSDM---(5)]]>则有
ZSDM=VSDMIDM2---(6)]]>将式(3)代入式(6)得ZSDM=VDM1IDM2---(7)]]>这里，差模噪声源VSDM可由直接测试的差模噪声电压VDM1获得，差模内阻抗ZSDM的数值则由VDM1除以IDM2得到。
该测试中ZD1由LISN两个50Ω电阻串联(即100Ω)实现，ZD2由1Ω电阻和1μF电容串联实现。图3中所示的噪声电压和电流由Tektronix5054直接测试得到。图9给出了得到的ZSDM以及ZD1和ZD2的幅频曲线。图10给出了得到的VSDM的频谱曲线。
实施例2、利用传导性电磁干扰噪声源内阻抗的测定装置测试图8所示的DC-DC变换器的共模噪声源及其内阻抗。
测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，由电源、线阻抗稳定网络(LISN)、已知阻抗特性的滤波元件、被测设备构成；从电源过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络(LISN)中，通过已知阻抗特性的滤波元件，而后输入到被测设备中，构成一整条电源回路。上述已知阻抗特性的滤波元件是一共模扼流圈，串联在LISN与被测设备之间，如图1和图4所示。
考虑图4所示的电路，在引入阻抗Zseries后，共模等效噪声负载为Zc＝Zseries+ZN，则可得VCM=ZNgICM=ZNgVSCMZSCM+ZC---(8)]]>选取一个阻抗Zseries1，满足关系式|Zseries1|？|ZSCM|，则得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)选取另一个阻抗Zseries2，满足关系式|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)]]>将式(11)代入(14)可得ZSCM=ICM1ICM2gZseriesl---(15)]]>则共模噪声源和内阻抗的信息可由式(11)和(15)分别得到。
该测试中，为了确定ZSCM和VSCM，一个8mH共模扼流圈充当串联阻抗ZC1，两个50Ω电阻并联(即25Ω)充当ZC2。图11给出了得到的ZSCM以及ZC1和ZC2的幅频曲线，图12给出了得到的VSCM的频谱曲线。
利用希尔伯特变换法测定噪声源阻抗的相位信息从上面可知，Zs的幅值可以得到，但得不到其相位信息。使用希尔伯特变换可测其相位。
∠Zs(ω)=2ωπ∫0∞|Zs(ξ)|-|Zs(ω)|(ξ+ω)(ξ-ω)dξ]]>在相当宽的频率范围内(0-fmax)，知道幅值函数|Zs(ω)|，则可准确得到相位函数＜Zs(ω)，直到达到最大频率的1/3。
使用如图5所示线性时不变一端口网络，假设知道电路输入阻抗的幅值，仅达20MHz，如图6所示，其余频段的幅值曲线如图中虚线。
使用希尔伯特变换算法可得到相同频率段的相位见图7虚线。可见，此例中实际的和得到的相位很吻合。
当得知开关电源的共模/差模内阻抗后，就可以进行相应的滤波器设计。根据噪声源内阻抗、负载阻抗(已知)和滤波器结构写出滤波器的传递函数，其次确定滤波器的截止频率点、插入损耗、通带允许的最大差损，最后计算得出滤波器各元器件的值。
由于噪声源阻抗的大小是滤波器设计的重要依据，设计时只有当阻抗匹配，滤波器才能最大效率的发挥其滤波特性。反之，若噪声源的内阻抗未知，进行EMI滤波器设计时，就会将噪声源的内阻抗设为一个通用值(例如50Ω)，而进行一种通用滤波器的设计。由于各噪声源的类型是多种多样的，当采用通用的EMI滤波器时，必然会出现阻抗失配的问题，轻则使滤波器插入损耗减小，频率发生漂移；重则会使滤波器将噪声信号放大。所以，对各种不同类型的噪声源内阻抗进行测试，作为相应的滤波器设计基础，可以极大地提高滤波器的滤波特性，节约经济成本。
权利要求
1.一种测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，由电源、线阻抗稳定网络、已知阻抗特性的滤波元件、被测设备构成；其特征是从电源过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络中，通过已知阻抗特性的滤波元件，而后输入到被测设备中，构成一整条电源回路。
2.根据权利要求
1所述的测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，其特征是所述已知阻抗特性的滤波元件，由电阻和电容串联实现，将一电容与电阻串联作为一整体，并联在线阻抗稳定网络与被测设备之间。
3.根据权利要求
2所述的测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，其特征是所述已知阻抗特性的滤波元件是一共模扼流圈，串联在线阻抗稳定网络与被测设备之间。
专利摘要
本发明公开了一种测定传导性电磁干扰噪声源内阻抗的装置，由电源、线阻抗稳定网络(LISN)、已知阻抗特性的滤波元件、被测设备构成；从电源过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络(LISN)中，通过已知阻抗特性的滤波元件，而后输入到被测设备中，构成一整条电源回路。本发明装置精度较高，且操作简单。可以对内阻抗的性质进行判断，进一步为EMI滤波器的设计提供前提，即在滤波器设计时满足滤波器的阻抗匹配特性。
文档编号G01R29/00GK1996030SQ200610161372
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月22日
发明者赵阳, 尹海平, 李世锦, 顾洲, 沈雪梅 申请人:南京师范大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan