用于电磁干扰噪音源的隔离差分电压探针制造技术

公开了一种用于提供具有高频分量的差分电压的精确测量的差分电压探针，其进一步被构造为在EMI/EMC应用中准确地识别噪音源。差分电压探针被构造为可以提供如下益处：足够的差分电压测量带宽、电流隔离能力、高CMRR、适应在额定电压、负载效应和所需的频率范围上的各种要求的灵活的设计；和/或易于实现且成本低。差分电压探针能够通过为在差分电压探针电路设计中使用的变压器(多个)中实施独特的绕组来实现这些优化的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种探针，并具体涉及一种用于电磁干扰噪音源的隔离差分电压探针。
技术介绍
对于电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)的应用，包括涉及开关机构的电力电子设备，已经开发出能够通过测量差分电压来识别噪音源的工具。但是，现有的工具不能在多个测量特性下提供最佳性能。例如，现有的工具不能在高频率、电流隔离和高频率共模抑制比下提供准确的差分电压测量。由此得出，本公开一般涉及被构造成提供涉及多个测量特性的优化性能的新型和独特的隔离差分电压探针。
技术实现思路
本文所述的差分电压探针具体被构造为能够在高频率、电流隔离和高频率的足够共模抑制比下提供准确的差分电压测量。示例性的实施例提供了一种差分电压探针，其包含包括磁芯、初级绕组和第一次级绕组的变压器、耦合到初级绕组的第一电容器、以及耦合到初级绕组的第二电容器。第一次级绕组被耦合到被构造为耦合到电压测量单元的连接器上。示例性的实施例还可提供包括一种差分电压探针，其包括第一变压器、耦合到被配置为耦合到电压测量单元上的连接器的第二变压器、旁路变压器、耦合到第一变压器上的第一电容器、和耦合到第一变压器上的第二电容器。本申请是由所附权利要求限定。说明书总结了本公开的实施例的多个方面，并且不应该被用来限制权利要求。其他实施例可以依照本文所描述的技术来设计，如下面的附图和说明书的检查将是显而易见的，并且这样的实施旨在落在本公开的范围之内。附图说明为了更好地理解，可以参考以下附图中示出的实施例。在附图中的部件不一定按规定的比例，并且相关元件可以被省略，以便强调和清楚地说明这里所描述的新颖的特征。此外，系统部件可如本领域中公知的方式被不同地布置。在附图中，除非另有规定，在所有不同的附图中相同的附图标记可以代表相同的部分。图1根据一些实施例示出了第一差分电压探针结构的示例性电路图；图2根据一些实施例示出了变压器的示例性绕组结构，该变压器被包括在图1中所示的第一差分电压探针中；图3根据一些实施例示出了对于图1所示的第一差分电压探针，针对并联共模(DM)噪音注入的频率对电压比的第一曲线图和针对串联共模(CM)噪音注入的频率对电压比的第二曲线图；以及图4根据一些实施例示出了图1所示的第一差分电压探针的频率对共模抑制比(CMRR)(分贝)的曲线图；图5根据一些实施例示出了用于第二差分电压探针的示例性电路图；图6根据一些实施例示出了变压器的示例性绕组结构，该变压器被包括在图5所示的第二差分电压探针中；图7根据一些实施例示出了对于图5所示的第二差分电压探针，针对DM噪音注入的频率对电压比的第一曲线图和针对CM噪音注入的频率对电压比的第二曲线图；图8根据一些实施例示出了图5所示的第二差分电压探针的频率对CMRR(分贝)的曲线图；图9根据一些实施例示出了用于第三差分电压探针的示例性电路图；图10根据一些实施例示出了旁路变压器的示例性绕组结构，该旁路变压器被包括在图9所示的第三差分电压探针中；图11根据一些实施例示出了对于图9所示的第三差分电压探针，针对DM噪音注入的频率对电压比的第一曲线图和针对CM噪音注入的频率对电压比的第二曲线图；和图12根据一些实施例示出了图9所示的第三差分电压探针的频率对CMRR(分贝)的曲线图。具体实施方式一些示例性和非限制性实施例被示于附图中所示并且将在下文进行描述，应当理解的是，本公开应被认为是示例，而并不意在将本文中所描述的特征限制在具体实施例中。不是所有的在本公开中描述的部件都是必需的，但是某些实施方式可以包括本公开中清楚地描述的额外的、不同的或更少的部件。在不脱离本文所述的权利要求的精神或范围的情况下，可对部件的布置和类型的做出变更。被测设备(DUT)的高频部件的差分电压的精确测量是EMI/EMC应用中快速、精确地测定噪音源的重要测量。但是，已知商业差分电压探针具有的缺点会阻碍工程师/技术人员对EMI/EMC的问题进行有效调试。例如，已知的商业差分电压探针可能不能够提供足够的频率响应以测量电力电子设备辐射的全带宽。换句话说，已知的商用差分电压探针无法对高于50兆赫的频率给出精确的结果，这意味着这样的商业差分电压探针不能覆盖EMC区域(例如，FM波段)的所需频率范围中的绝大部分。已知的商业差分电压探针可能也不能够提供电流隔离。已知的商业差分电压探针可能也不能够在高频率下具有足够的共模抑制比(CMRR)。电力电子设备中的开关装置被称为是电源转换器中产生EMI的主要噪音源。为了提供根本原因分析，需要对电力半导体装置的差分电压中的高频分量进行精确地测量。考虑到目前的商业差分电压探针的限制，开发在高频下具有足够的测量带宽和分辨率的差分电压探针是有益的。因此，本专利技术描述了一种差分电压探针，其被构造为可以提供如下有益的功能：足够的差分电压测量带宽(例如，高达300MHz)；电流隔离能力；高CMRR(CMRR在所有测量频率范围都可以高达40分贝)；为了满足对于额定电压、负载效应和所需频率范围的各种需求进行的灵活设计；和/或易于实施并且成本低。本文中所描述的差分电压探针能够通过对用于差分电压探针电路设计中的变压器进行独特的绕组设计来实现这些优化的功能。图1示出了被构造在第一探针结构中的第一差分电压电探针100。第一差分电压探针100包含变压器103、第一电容器(C1)101、第二电容器(C2)102、第一探针尖端106、第二探针尖端107、连接器104和接地节点105。变压器103包括初级绕组103A，和次级绕组103b。根据第一探针结构，第一差分电压探针100被设计成第一电容器101被连接到初级绕组103a的正电压节点。然后第一电容器101将被连接到用来感测被测设备(DUT)的正电压点的第一探针尖端106。根据第一探针结构，第一差分电压探针100也被设计成第二电容器102被连接到初级绕组103a的负电压节点。然后第二电容器102将被连接到用来感测DUT的负电压点的第二探针尖端107。第一探针尖端106和第二探针尖端107被构造成接触DUT，这样可以通过第一差分电压探针测得DUT的差分电压。虽然图1示出了分别在第一端和第二端连接到第一电容器101和第二电容器102上的初级绕组103A，根据一些实施例，第一探针结构可以被构造为仅包括第一电容器101或第二电容器102中的一个。根据第一探针结构，次级绕组130b被构造为连接至连接器104。连接器104被构造为连接到电压测量单元(例如，示波器)，其中，电压测量单元接收来自DUT的、通过第一探针尖端106和第二探针尖端测得的电压信号，并且计算从第一探针尖端106和第二探针尖端107测得的电压信号之间的电压差。连接器104可以是，例如，SMA或BNC型连接器，用于提供连接到电压测量单元的同轴连接器。次级绕组103b上的负电压节点被构造为连接到接地节点105。变压器103的使用有利于提供DUT和电压测量单元之间的电流隔离。围绕变压器103的初级绕组和次级绕组的不同绕组结构带来不同的特性，并且可以用来获得特殊的益处。例如，CMRR高度依赖于绕组间电容和转芯电容(turn-to-corecapacitance)。可检测的频率带宽与变压器103的漏电感特性有关。图2示出了环绕根据第一探针结构构造的第一差分电压探针100的变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分电压探针，包括：变压器，所述变压器包括磁芯、初级绕组和第一次级绕组；电容器，所述电容器耦合到所述初级绕组的第一端上；以及其中所述第一次级绕组耦合到连接器上，所述连接器被构造为耦合到电压测量单元上。

【技术特征摘要】
2015.09.04 US 14/846,5211.一种差分电压探针，包括：变压器，所述变压器包括磁芯、初级绕组和第一次级绕组；电容器，所述电容器耦合到所述初级绕组的第一端上；以及其中所述第一次级绕组耦合到连接器上，所述连接器被构造为耦合到电压测量单元上。2.如权利要求1所述的差分电压探针，其中所述电容器被构造为耦合到第一探针尖端；以及所述初级绕组的第二端被构造为耦合到第二探针尖端上。3.如权利要求1所述的差分电压探针，其中所述初级绕组和所述第一次级绕组围绕所述磁芯缠绕。4.如权利要求3所述的差分电压探针，还包括所述磁芯和所述第一次级绕组之间的至少一个间隙部分。5.如权利要求4所述的差分电压探针，其中所述至少一个间隙部分是空气、胶带或环氧树脂中的一个。6.如权利要求1所述的差分电压探针，其中所述初级绕组和所述第一次级绕组被编织在一起并围绕所述磁芯缠绕。7.如权利要求1所述的差分电压探针，其中所述初级绕组围绕所述磁芯的第一侧缠绕，并且所述第一次级绕组围绕所述磁芯的第二侧缠绕，其中所述磁芯的所述第一侧与所述磁芯的所述第二侧大致相对。8.如权利要求1所述的差分电压探针，还包括耦合到所述初级绕组的第二端上的次级电容器，其中所述次级电容器被构造为耦合到第二探针尖端上。9.如权利要求1所述的差分电压探针，其中所述变压器进一步包含第二次级绕组。10.如权利要求9所述的差分电压探针，其中所述初级绕组、所述第一次级绕组、和所述第二次级绕组围绕所述磁芯缠绕。11.如权利要求10所述的差分电压探针，还包括所述磁芯和所述初级绕组、所述第一次级绕组和所述第二次级绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐竹娴，陈清麒，理查德·威廉·考茨，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US