一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法技术

一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，它是由射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机构成；工业环境下的传导抗扰度测试方法包括测试回路的回路阻抗的测试、传导抗扰度测试回路校正因数的求取以及根据校正因数实现实验室和工业环境下的传导抗扰度测试；本发明专利技术研究了配置有CDN的实验室测试方法和采用电流探头的工业测试方法，并在分析两者的回路阻抗和注入的回路电流的基础上，提取出了一个校正因数CF，用以在实验室测试方法和工业测试方法之间建立联系，从而实现两者的等效替代。

A test equipment for the loop impedance in industrial environment and the test method of conducted immunity

A test device for circuit impedance in an industrial environment, which consists of a radio frequency coupling circuit, a radio frequency signal generator and an electromagnetic interference test receiver. The test method of the conduction disturbance rejection in the industrial environment includes the test of the circuit impedance of the test loop, the calculation of the correction factor of the conduction disturbance rejection test loop and the correction of the correction factor. The positive factor realizes the conduction disturbance rejection test in the laboratory and the industrial environment; the invention has studied the laboratory test method with CDN and the industrial test method using the current probe. Based on the analysis of the loop impedance and the loop current of the injection, a correction factor CF is extracted to test in the laboratory. The relationship between the method and the industrial test method is established so as to achieve the equivalent substitution between them.

【技术实现步骤摘要】
一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法(一)
：本专利技术涉及在线阻抗测量技术和传导抗扰度测试的替代技术，具体是以电力电子系统中常用的开关电源为例，对其在实验室环境和工业环境下进行在线回路阻抗测试，然后根据两种情况下的回路阻抗及回路电流，对实验室环境和工业环境下传导抗扰度测试进行等效替换，这是一种传导抗扰度测试的替代方法，尤其是一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法。(二)
技术介绍
：随着电力电子设备的开关频率和功率密度的不断增大，设备所处的电磁环境愈加恶劣，其电磁兼容问题亦逐渐受到人们重视，故需对其抗扰度进行研究以保证其正常运行。根据标准EN61000-4-6可知，在频段150kHz-80MHz进行的传导抗扰度测试广泛应用于工业和实验室环境中。并且抗扰度的相关标准大多都是为实验室设计的，根据标准EN61000-4-6可知，在实验室进行传导抗扰度测试，常用到CDN(CouplingDecouplingNetwork——耦合去耦网络)。这项测试的主要原理是将干扰信号发生器产生的干扰信号，用共模模式感应到被测设备里，实现对传导抗扰度的测试。但因某些限制，有时在实验室使用耦合去耦网络或电磁钳进行测试是难以实现的。如被测设备太庞大或所需电流太大时，将被测设备送到实验室用CDN进行测试是不太可能的。因此研究在工业环境下的新的传导抗扰度测试方法具有重要的作用。所谓抗扰度，是指装置、设备或系统在电磁干扰的影响下还能正常工作的一种能力。对设备进行抗扰度测试是为了知道设备在什么样的环境下仍然能够正常工作。设备在电磁干扰的影响下的表现可分为以下四级：(1)EUT(EquipmentUnderTest——被测设备)正常工作，即不受干扰影响；(2)EUT工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚扰消失后能够自动恢复；(3)EUT工作指标或功能出现非期望偏离，当骚扰消失后无法自动恢复，必须让操作人员的进行调控，才能够恢复；(4)EUT的元器件损坏、数据丢失、软件故障等。目前，抗扰度测试大多都是将有用试验信号(即正常工作信号)和无用试验信号(即干扰信号)加入到EUT来完成的。常用的抗扰度测试有浪涌抗扰度测试、衰减振荡波抗扰度测试、电快速瞬变脉冲群抗扰度测试、静电放电抗扰度测试以及射频场感应的传导干扰抗扰度测试。随着电磁兼容测试仪器的不断更新升级，电磁兼容的测量结果的精度要求也需越来越准确。目前，对元器件的阻抗测试大多都是利用阻抗分析仪来完成，此测量方法是在被测设备断电停止工作时进行的。但是元器件在通电工作时，其内部电路情况可能会发生变化，进而使其阻抗发生改变，那么用阻抗分析仪在其断电情况下得到的阻抗值可能会与其在通电工作时的实时阻抗有所差异。因此，研究一种在元器件通电工作时进行阻抗测试的方法是很有必要的，这正是本专利技术要解决的技术问题。现有的阻抗测试法有谐振法、插入损耗法等方法，但都存在一些问题。谐振法中选取无源器件的正确值以及协调谐振的过程是很困难和繁琐的。尤其是在高频时，无源器件的寄生效应更为明显，这会影响测量的准确性。用插入损耗法来测量未知阻抗需要满足某些特定条件，比如插入元件阻抗必须足够大或足够小。所以一旦满足不了这些条件，这种方法也就失去其准确性。虽然目前关于传导抗扰度测试的研究还算丰富，但是关于工业环境下的传导抗扰度测试以及其与实验室间的联系的研究很少。(三)
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种工业环境下的回路阻抗的测试设备及传导抗扰度测试方法，它可以解决之前方法中存在的问题，采用双电流探头法来测量未知阻抗，是一种结构简单，操作方便，测量结果准确，且通用性强的抗扰度测试方法及回路阻抗的测试设备。本专利技术的技术方案：一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于它包括射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机；其中，所述射频耦合电路是由注入电流探头、接收电流探头和耦合电容构成；所述射频耦合电路的一侧分别通过注入电流探头和接收电流探头与射频信号发生器和电磁干扰测试接收机连接，另一侧与未知待测电阻连接，即与回路阻抗连接。所述耦合电容可以等效为由电容C、电阻RC和电感LC串联连接的电路结构；所述电阻RC和电感LC是由于耦合电容元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数。所述射频信号发生器的型号为CIT-10；所述注入电流探头的型号为F-16A，频率范围10KHz-100MHz；所述接收电流探头的型号为FLUKEi400s，频率范围20KHz-100MHz；所述电磁干扰测试接收机的型号为ESL3，频率范围9KHz-3GHz。一种工业环境下的传导抗扰度测试方法，其特征在于它包括以下步骤：(2)测试回路的回路阻抗的测试：由两个电流探头和耦合电容构成射频耦合电路，用以测量未知阻抗，即回路阻抗ZX的大小；设置射频耦合电路与两个电流探头接触的一侧为端口I和端口II，与未知阻抗ZX连接的一侧为端口III和端口IV；耦合电容里有等效串联电阻RC和等效串联电感LC，这都是由于元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数；通过端口I和端口II由射频信号发生器注入干扰，由端口III和端口IV接未知阻抗ZX；此时由基尔霍夫电压定律可知：Vs＝(Zs+jωLp)Ip-jωMIw(1)Vw＝jωLwIw-jωMIp(2)其中，Vs和Zs分别为信号发生器的输出电压和输出阻抗，Ip为注入探头上的注入电流，Lp为注入探头的自感，Lw为射频耦合回路上感应导线的自感，Iw为射频耦合回路上感应出的电流，M为注入探头和耦合回路间的互感，Vw为注入探头感应耦合回路上的电压；将公式(1)代入公式(2)，消去Ip可得：Vw＝[-jωM/(Zs+jωLp)]Vs+[jωLw+((ωM)2/Zs+jωLp)]Iw(3)令，VM1＝[-jωM/(Zs+jωLp)]Vs，ZM1＝-[jωLw+((ωM)2/Zs+jωLp)]可得，Vw＝VM1-ZM1Iw(4)由公式(4)可以看出，此时注入电流探头端可以等效成在端口I和端口II之间有一个电压源VM1和一个阻抗ZM1的相互串联；根据电磁波传播公式c＝λf，其中，c为电磁波传播速度，λ为电磁波波长，f电磁波频率，由此可知，整个测试中波长最小值为：λmin＝c/fmax此波长即为电磁波波长的最小值，若该值远大于测试中所使用的的导线的长度，根据传输线理论即可得到“导线长度远小于电磁波波长时，则可以认为导线上的电流是一致的”的结论，即可得：VM1＝(ZM1+ZM2+ZC+ZX)Iw(5)这里，ZC为耦合电容的阻抗，ZM2为接收探头对耦合回路进行感应而产生的阻抗；令ZE＝ZM1+ZM2+ZC，则公式(5)可变成：VM1＝(ZE+ZX)Iw(6)进一步有，其中，Iw为耦合回路的电流，可由接收探头测得，令Vp2为接收探头测得的电压，ZT2为接收探头校正后的转移阻抗，分析可知：将VM1＝[-jωM/(Zs+jωLp)]Vs和公式(8)带入到公式(7)可得：令K＝-jωMZT2/(Zs+jωLp)可得，由此分析可知，当频率不变时，公式(10)的各项均不变，Vp2可由接收电流探头测得，因此若知道KVs和ZE，即可得出未知阻抗ZX；若用一个已知标准阻抗R(R>>|ZE|)来替代ZX，则可得若用一个已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于它包括射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机；其中，所述射频耦合电路是由注入电流探头、接收电流探头和耦合电容构成；所述射频耦合电路的一侧分别通过注入电流探头和接收电流探头与射频信号发生器和电磁干扰测试接收机连接，另一侧与未知待测电阻连接，即与回路阻抗连接。

【技术特征摘要】
1.一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于它包括射频耦合电路、射频信号发生器和电磁干扰测试接收机；其中，所述射频耦合电路是由注入电流探头、接收电流探头和耦合电容构成；所述射频耦合电路的一侧分别通过注入电流探头和接收电流探头与射频信号发生器和电磁干扰测试接收机连接，另一侧与未知待测电阻连接，即与回路阻抗连接。2.根据权利要求1所述一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于所述耦合电容可以等效为由电容C、电阻RC和电感LC串联连接的电路结构；所述电阻RC和电感LC是由于耦合电容元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数。3.根据权利要求1所述一种工业环境下的回路阻抗的测试设备，其特征在于所述射频信号发生器的型号为CIT-10；所述注入电流探头的型号为F-16A，频率范围10KHz-100MHz；所述接收电流探头的型号为FLUKEi400s，频率范围20KHz-100MHz；所述电磁干扰测试接收机的型号为ESL3，频率范围9KHz-3GHz。4.一种工业环境下的传导抗扰度测试方法，其特征在于它包括以下步骤：测试回路的回路阻抗的测试：由两个电流探头和耦合电容构成射频耦合电路，用以测量未知阻抗，即回路阻抗ZX的大小；设置射频耦合电路与两个电流探头接触的一侧为端口I和端口II，与未知阻抗ZX连接的一侧为端口III和端口IV；耦合电容里有等效串联电阻RC和等效串联电感LC，这都是由于元器件内部的寄生效应而产生的寄生参数；通过端口I和端口II由射频信号发生器注入干扰，由端口III和端口IV接未知阻抗ZX；此时由基尔霍夫电压定律可知：(1)(2)其中，Vs和Zs分别为信号发生器的输出电压和输出阻抗，Ip为注入探头上的注入电流，Lp为注入探头的自感，Lw为射频耦合回路上感应导线的自感，Iw为射频耦合回路上感应出的电流，M为注入探头和耦合回路间的互感，Vw为注入探头感应耦合回路上的电压；将公式(1)代入公式(2)，消去Ip可得：(3)令，，可得，(4)由公式(4)可以看出，此时注入电流探头端可以等效成在端口I和端口II之间有一个电压源VM1和一个阻抗ZM1的相互串联；根据电磁波传播公式，其中，为电磁波传播速度，为电磁波波长，电磁波频率，由此可知，整个测试中波长最小值...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜明星，张兴，魏克新，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12