一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法技术

本发明专利技术涉及一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，首先采用传导电磁干扰测试的电流法分离差共模噪声，得到差模噪声电流和共模噪声电流；然后将已知阻抗连接在被测电子设备与线性稳定阻抗之间；接着通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程；最后根据求解方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位。本发明专利技术使用的测量仪器少，操作简单，可以在线测量，并且精度较高。

An on-line method for measuring the internal impedance of EMI noise source

【技术实现步骤摘要】
一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法
本专利技术涉及电力电子
，特别是一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法。
技术介绍
功率变换器的小型化、高频化发展趋势，带来了严重的电磁兼容问题。电磁兼容是指：设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并且不对该环境中的其它的电气设备构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁干扰分为辐射干扰和传导干扰，根据国家EMC标准GB9254规定，传导干扰噪声测试频段为150kHz-30MHz，辐射干扰噪声测试频段为30MHz-5GHz。电力电子设备的噪声主要由开关器件的快速通断引起，传导干扰比较严重，所以在开关电源中主要关注传导干扰的抑制。根据国家电磁兼容标准的要求，应当使用线性稳定阻抗网络(LISN)来测量传导干扰幅值，以确保测量结果的一致性。传导EMI噪声按形成特性可以分为共模EMI和差模EMI，由于差共模传导噪声的形成特性不同，抑制措施也各不相同。在对传导EMI噪声进行评估时需将差共模噪声分离，并针对各自的特点采取相应的措施。在传导频段150kHz-30MHz范围内，开关电源的传导EMI噪声幅值均应低于规定的标准。目前最常用的传导EMI噪声抑制方法是添加EMI滤波器，绝大部分的开关功率变换器要通过电磁干扰的标准均需借助于EMI滤波器的滤波功能。无源EMI滤波器的设计一般基于阻抗失配原则。在无源滤波器的设计过程中，需要先测出电力电子设备噪声源内阻抗的特性，根据内阻抗特性合理设计滤波器。现有的噪声源内阻抗参数提取方法主要有，谐振法、插入损耗法、双电流探头法和散射参数法。谐振法实验原理简单，但是因为不知道内阻抗的大小，谐振点难以确定。插入损耗法操作简单，但噪声源内阻抗推导过程中存在约束条件，测量精度不高，而且只能测出内阻抗大小，无法得到内阻抗的相位。双电流探头法利用两个电流探头作为信号注入探头和信号检测探头，测量时需要校准测试电路等效阻抗的大小，校准过程存在误差且操作复杂，但可以得到噪声源内阻抗的幅值和相位。散射参数法与双电流探头法类似，同样需要校准测试电路，通过网络分析仪测量S参数，从而得到内阻抗的幅值和相位。但是，在线式测量时存在损坏网络分析仪的风险。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，使用的测量仪器少，操作简单，可以在线测量，并且精度较高。本专利技术采用以下方案实现：本专利技术基于EMI接收机、线性稳定阻抗网络(LISN)、电流探头等设备实现一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，具体包括以下步骤：采用传导电磁干扰测试的电流法分离差共模噪声，得到差模噪声电流和共模噪声电流；将已知阻抗连接在被测电子设备与线性稳定阻抗之间；通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程；根据求解方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位。进一步地，所述通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程具体为：通过多次测量得到的噪声电流频谱，获得插入不同阻抗的插入损耗数值，并列写出关于被测设备噪声源内阻抗的二元二次方程组；具体的，插入已知阻抗Zstd1，测量原始差模噪声电流iDM1和共模噪声电流iCM1，可以得到：插入已知阻抗Zstd2，测量差模噪声电流iDM2和共模噪声电流iCM2，可以得到：插入已知阻抗Zstd3，测量差模噪声电流iDM3和共模噪声电流iCM3，可以得到：其中，Vs表示等效噪声源电压幅值，在频率固定的时候为复常数。对上面三次测量的公式中差共模噪声电流两侧取模，可以将其简化为，差模与共模形式：式中，Zstd1、Zstd2与Zstd3分别表示三次插入的已知阻抗，IDM1、IDM2与IDM3分别表示三次插入不同的已知阻抗后分别得到的三次差模噪声电流，ICM1、ICM2与ICM3分别表示三次插入不同的已知阻抗后分别得到的三次共模噪声电流，RLISN表示线性稳定阻抗，Zx表示被测噪声源的内阻抗。进一步地，所述根据求解方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位具体为：将被测噪声源内阻抗Zx表示为Zx＝ax+jbx；将插入的已知阻抗Zstd表示为Zstd＝atd+jbtd，RLISN＝50Ω，由于受到线路的寄生参数影响及一些不可控的干扰，导致在很多频率点处方程组无解，分别把内阻抗Zx的实部ax和虚部bx当作自变量和因变量，将二元二次方程组构造成两个函数，得到：差模噪声源内阻抗求解方程：共模噪声源内阻抗求解方程；通过判断两个函数图像是否存在交点，筛选出方程组有解的频率点。通过求解上述方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位，即能够得到被测差共模噪声源内阻抗Zx在全频段内的幅值和相位。进一步地，利用快速矢量匹配法对噪声源内阻抗的幅值和相位进行拟合，得到内阻抗等效的电路模型。进一步地，所述已知阻抗为无源元器件或者无源元器件组合。较佳的，本专利技术还可以通过插入幅值和相位已知的阻抗Zstd4，利用求出的噪声源内阻抗和Zstd4计算EMI噪声的频谱，验证测量方法的正确性。较佳的，本专利技术还可以利用获得的噪声源内阻抗等效电路模型，在电路仿真软件中进行电路仿真，验证内阻抗等效电路模型的正确性。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术通过几次简单的测量，使用数学方法精确地求解出噪声源内阻抗，而不需要额外的校准测量电路。然后，对求解的噪声源内阻抗值进行优化处理，利用快速矢量匹配法拟合出噪声源内阻抗曲线，得到内阻抗电路等效模型。本专利技术提出的噪声源内阻抗测量方法，使用的测量仪器少，操作简单，可以在线测量，并且精度较高。附图说明图1为本专利技术实施例的差共模电流流向示意图。图2为本专利技术实施例的差模噪声源内阻抗测量等效电路图。图3为本专利技术实施例的共模噪声源内阻抗测量等效电路图。图4为本专利技术实施例的噪声源内阻抗求解函数图像。图5为本专利技术实施例的矢量匹配法等效电路形式。图6为本专利技术实施例的差模噪声源内阻抗幅值。图7为本专利技术实施例的差模噪声源内阻抗相位。图8为本专利技术实施例的共模噪声源内阻抗幅值。图9为本专利技术实施例的共模噪声源内阻抗相位。图10为本专利技术实施例的差共模噪声源内阻抗等效电路模型。图11为本专利技术实施例的差模噪声源内阻抗求解验证。图12为本专利技术实施例的共模噪声源内阻抗求解验证。图13为本专利技术实施例的差模噪声源内阻抗电路模型仿真验证。图14为本专利技术实施例的共模噪声源内阻抗电路模型仿真验证。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采用传导电磁干扰测试的电流法分离差共模噪声，得到差模噪声电流和共模噪声电流；/n将已知阻抗连接在被测电子设备与线性稳定阻抗之间；/n通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程；/n根据求解方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位。/n

【技术特征摘要】
1.一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用传导电磁干扰测试的电流法分离差共模噪声，得到差模噪声电流和共模噪声电流；
将已知阻抗连接在被测电子设备与线性稳定阻抗之间；
通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程；
根据求解方程分别得到差模噪声和共模噪声源内阻抗的幅值和相位。


2.根据权利要求1所述的一种在线式测量EMI噪声源内阻抗的方法，其特征在于，所述通过EMI接收机测量差共模噪声电流频谱，分别得到共模和差模噪声源内阻抗的求解方程具体为：通过多次测量得到的噪声电流频谱，获得插入不同阻抗的插入损耗数值，并列写出关于被测设备噪声源内阻抗的二元二次方程组，分差模与共模形式：






式中，Zstd1、Zstd2与Zstd3分别表示三次插入的已知阻抗，IDM1、IDM2与IDM3分别表示三次插入不同的已知阻抗后分别得到的三次差模噪声电流，ICM1、ICM2与ICM3分别表示三次插入不同的已知阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：林苏斌，周云，吴钦伟，陆文韬，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35