CN106199268B - 一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法，首先对电源线干扰信号发射试验进行定性分析，确定干扰源的阻抗为主要可控影响因素，进一步建立电源线传导发射的阻抗牵引电路模型，得出干扰信号与被试设备内阻的定量关系，然后基于该阻抗牵引电路模型量化计算电源线传导发射幅频特性，并量化评估阻抗牵引调节后的干扰信号大小，证明阻抗牵引对干扰信号抑制的有效性和可行性。

Description

一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法
技术领域
本发明属于电磁兼容测试技术领域，涉及一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法。
背景技术
电子设备内部开关电源等产生的干扰信号会通过电源线缆输出，一方面干扰信号会通过电源线耦合到供电***，破坏供电***性能，另一方面干扰信号在电源线上传播的同时会产生辐射发射，从而导致新的电磁兼容问题产生。因此，电源线干扰信号发射测试是电磁兼容试验必不可少的环节，对电源线上电磁干扰发射进行控制也具有重要意义。
目前，电源线传导发射测试主要依赖相关电磁兼容试验标准进行，比如CE101和CE102分别对25Hz～10kHz和10kHz～10MHz频率的传导干扰测试方法进行了规定。传统的测试方法主要依赖的是集总参数电路理论，但是当电源线的长度可与信号波长相比拟时，集总参数电路已经无法准确分析电源线干扰发射，需要考虑导线的分布参数效应。此外，对电源线传导发射的抑制主要是依靠在被试设备的电源输入端串联滤波器来实现，没有从被试设备自身的阻抗特性对电源线干扰发射进行分析，无法量化评估其电磁干扰发射特性，因而提出的干扰抑制手段不灵活、不彻底。
发明内容
本发明技术解决问题：为对电源线干扰信号的发射进行抑制，提供一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法，能够量化评估被试设备阻抗特性对电源线干扰发射的影响，并以此来对电源线干扰信号实现抑制。
本发明技术解决方案：一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法。首先对电源线干扰信号发射试验进行定性分析，确定干扰源的阻抗为主要可控影响因素，然后建立电源线传导发射的阻抗牵引电路模型，接着基于该阻抗牵引电路模型量化计算电源线传导发射幅频特性，并量化评估阻抗牵引调节后的干扰信号大小，证明阻抗牵引对干扰信号抑制的有效性和可行性。
具体来说，包括如下几个步骤：
步骤一：电源线干扰信号传导发射影响要素分析
电源线传导发射测试中，供电***的输出电源线分别接入线性阻抗稳定网络(LISN)装置后给被试设备(EUT)工作提供纯净电源，EUT工作时会产生各类电磁干扰，部分干扰信号会耦合到电源线上通过传导发射出去。因此，电源线上会存在除了正常电源信号之外的高频电压电流分量。进一步分析可知，电源线上干扰信号的传导发射受到干扰源电压、干扰源内阻、导线特征阻抗、线性阻抗稳定网络和供电***等影响。
其中，导线特征阻抗由导线材料、导线间距、导线离地高度等因素决定，但受限于试验布置，导线特征阻抗是不易更改的；LISN受限于电路结构，其阻抗可调节的范围不大；供电***也是不易更改的。干扰源电压由EUT内部功能和结构决定，也是不可控的；而干扰源内阻相对来说是较易控制的。此处，干扰源是被试设备，干扰源内阻即被试设备内阻。因此，可以通过调整EUT阻抗来电源线干扰信号发射进行抑制。
步骤二：建立电源线干扰发射试验的阻抗牵引电路模型
电源线干扰发射测试中，火线、地线、零线共形成了三对干扰信号传输回路。这三对信号回路可采用频域平行双线传输线理论求解，其中导线上的电压分布为导线上的电流为其中，Vs是干扰源电压，Zs是干扰源内阻，Z0是导线特征阻抗，Γs是源端反射系数，ΓL是终端反射系数，β是传输线的相移系数，e是数学常数(其值约等于2.718)，L是导线长度，l是与干扰源的距离。从而，建立起了电源线上干扰电压和电流与干扰源内阻的解析关系，建立了电源线干扰发射试验的阻抗牵引模型。故可以通过对EUT干扰源内阻进行动态牵引调节，控制电源线上干扰信号传导发射。
步骤三：量化评估电源线干扰信号幅频特性
基于步骤二建立的阻抗牵引电路模型，在给定试验布置参数下可以确定导线特征阻抗，然后由LISN电路结构计算其阻抗，那么电源线上干扰信号分布即可由干扰源电压和干扰源内阻得出。进一步给定一组干扰源电压和干扰源内阻，即可对电源线传导发射信号幅度进行量化计算，并与相应标准CE101和CE102规定的极限值曲线进行比较，确定超标频点及相应幅度。其中，对于25Hz～10kHz测试频率，采用节点电流法进行量化计算分析；对于10kHz～10MHz测试频率，采用耦合电压法进行量化计算分析。
步骤四：调节干扰源内阻实现对电源线干扰信号的抑制
由步骤三可确定超标频点或超标频段，对超标频点或频段采用调节干扰源内阻的方法来抑制干扰信号。首先确定被试设备内阻约束范围，然后采用函数最值法求得干扰信号电流值或电压值的最小值，阻抗调节前后的干扰信号强度即为阻抗牵引的对电源线传导发射抑制的结果。
本发明的优点在于：
(1)本发明建立了电源线传导干扰发射控制的阻抗牵引电路模型，该模型考虑了电源导线的分布参数效应，反映了电源线干扰信号的传输特性，模型精度高，适用性好。
(2)本发明使用牵引调节技术量化评估EUT阻抗对电源线干扰信号发射的影响，对EUT电源线干扰信号发射抑制提出了一种新方法，该方法从被试设备自身阻抗特性出发来抑制电磁干扰，整改手段灵活、彻底。
附图说明
图1是基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法步骤图；
图2是电源线传导发射试验台俯视图；
图3是电源线干扰发射试验的阻抗牵引电路模型；
图4是干扰源内阻调节前后干扰信号幅频特性。
具体实施方式
下面将结合附图和实施实例对本发明作进一步的详细说明。
电源线干扰信号发射测试是电磁兼容试验必不可少的环节，对电源线上电磁干扰发射进行控制具有重要现实意义。为对电源线干扰信号的发射进行抑制，本发明提出了一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法。首先对电源线干扰信号发射试验进行定性分析，确定干扰源的阻抗为主要可控影响因素，然后建立电源线传导发射的阻抗牵引电路模型，接着基于该阻抗牵引电路模型量化计算电源线传导发射幅频特性，并量化评估阻抗牵引调节后的干扰信号大小，证明阻抗牵引对干扰信号抑制的有效性和可行性。
如图1所示，具体来说，包括如下几个步骤：
步骤一：电源线干扰信号传导发射影响要素分析
电源线传导发射试验平台如图2所示，供电***的输出电源线分别接入线性阻抗稳定网络(LISN)装置后给EUT工作提供纯净电源，EUT工作时会产生各类电磁干扰，部分干扰信号会耦合到电源线上通过传导发射出去。因此，电源线上会存在除了正常电源信号之外的高频电压电流分量。进一步分析可知，电源线上干扰信号的传导发射受到干扰源电压、干扰源内阻、导线特征阻抗、线性阻抗稳定网络和供电***等影响。
其中，导线特征阻抗由导线材料、导线间距、导线离地高度等因素决定，但受限于试验布置，导线特征阻抗是不易更改的；LISN受限于电路结构，其阻抗可调节的范围不大；供电***也是不易更改的。干扰源电压由EUT内部功能和结构决定，也是不可控的；而干扰源内阻相对来说是较易控制的。此处，干扰源是被试设备，干扰源内阻即被试设备内阻。因此，可以通过调整EUT阻抗来电源线干扰信号发射进行抑制。
步骤二：建立电源线干扰发射试验的阻抗牵引电路模型
电源线干扰发射测试中，火线、地线、零线共形成了三对干扰信号传输回路。这三对信号回路可采用频域平行双线传输线理论求解，其中导线上的电压分布为导线上的电流为其中，Vs是干扰源电压，Zs是干扰源内阻，Z0是导线特征阻抗，Γs是源端反射系数，ΓL是终端反射系数，β是传输线的相移系数，e是数学常数(其值约等于2.718)，L是导线长度，l是与干扰源的距离。从而，建立起了电源线上干扰电压和电流与干扰源内阻的解析关系，建立了电源线干扰发射试验的阻抗牵引模型，如图3所示。故可以通过对EUT干扰源内阻进行动态牵引调节，控制电源线上干扰信号传导发射。
步骤三：量化评估电源线干扰信号幅频特性
基于步骤二建立的阻抗牵引电路模型，在给定试验布置参数下可以确定导线特征阻抗，然后由LISN电路结构计算其阻抗，那么电源线上干扰信号分布即可由干扰源电压和干扰源内阻得出。进一步给定一组干扰源电压和干扰源内阻，即可对电源线传导发射信号幅度进行量化计算，并与相应标准规定的极限值曲线进行比较，确定超标频点及相应幅度。对于25Hz～10kHz测试频率，采用节点电流法进行量化分析，测试点为距离LISN电源输出端口5cm；对于10kHz～10MHz测试频率，采用耦合电压法进行量化分析，测试点为LISN信号输出端口。
试验布置参数为：导线长度L＝2m，导线离台面高度h＝5cm，导线间距d＝2cm，导线半径2.5mm，EUT产生的干扰电压幅度10mV，EUT阻抗50Ω。以共模干扰为例，量化计算10kHz～10MHz的干扰信号幅频特性，计算结果如图4所示。图4中，横轴为频率范围(单位为Hz)，纵轴为电压幅度(单位为dBuV)，其中“极限值”曲线是标准试验项CE102规定的极限值曲线，“调节前”曲线是在本实例配置参数下的电源线干扰信号幅度，“调节后”曲线将在步骤四中阐述。由图4可知，在10kHz～10MHz测试频段内，超标频段是300kHz～7MHz。
步骤四：调节干扰源内阻实现对电源线干扰信号的抑制
由步骤三可确定超标频点或超标频段，对超标频点或频段采用调节干扰源内阻的方法来抑制干扰信号。首先确定被试设备内阻约束范围，然后采用函数最值法求得干扰信号电流值或电压值的最小值，阻抗调节前后的干扰信号强度即为阻抗牵引的对电源线传导发射抑制的结果。
干扰源内阻由EUT特性决定，本实例计算中给定其阻抗的约束范围为10～600Ω，对步骤三中确定的超标频段进行干扰信号抑制，通过计算得出在该阻抗约束范围内求得干扰信号最小值如图4中“调节后”曲线所示，其中横轴为频率范围(单位为Hz)，纵轴为电压幅度(单位为dBuV)。可以看出阻抗牵引对于干扰抑制具有明显效果。
提供以上实施实例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)对电源线干扰信号发射试验进行分析，确定被试设备内阻为主要可控影响因素；
(2)建立电源线传导发射的阻抗牵引电路模型；
电源线干扰发射测试中，火线、地线、零线共形成了三对干扰信号传输回路，采用频域平行双线传输线理论三对干扰信号传输回路求解，得到电源线上干扰电压分布为电流分布为其中，Vs是干扰源电压，Zs是干扰源内阻，Z0是导线特征阻抗，Γs是源端反射系数，ΓL是终端反射系数，β是传输线的相移系数，e是数学常数，L是导线长度，l是与干扰源的距离，建立起了电源线上干扰电压和电流与干扰源内阻的解析关系，从而建立了电源线干扰发射试验的阻抗牵引电路模型；
(3)基于电源线传导发射的阻抗牵引电路模型，量化计算电源线传导发射幅频特性，确定超标频点或超标频段；
(4)对超标频点或频段采用调节干扰源内阻的方法来抑制干扰信号，从而实现电源线干扰发射的量化控制；
所述步骤(3)量化计算的过程为：根据电源线传导发射的阻抗牵引电路模型，给定一组试验布置参数、干扰源电压、干扰源内阻，对电源线传导发射信号幅度进行量化计算，并与相应标准CE101和CE102规定的极限值曲线进行比较，确定超标频点及相应幅度；其中，对于25Hz～10kHz测试频率，采用节点电流法进行量化计算分析；对于10kHz～10MHz测试频率，采用耦合电压法进行量化计算分析；
所述步骤(4)中具体实现为：对超标频点或频段采用调节干扰源内阻的方法来抑制干扰信号，首先根据被试设备工作特性确定其阻抗约束范围，然后采用函数最值法求得干扰信号电流值或电压值的最小值，阻抗调节前后的干扰信号强度即为阻抗牵引的对电源线传导发射抑制的结果。
2.根据权利要求1所述的基于阻抗牵引的电源线传导发射量化控制方法，其特征在于：所述步骤(2)的阻抗牵引电路模型对供电***、线性阻抗稳定网络、电源线、被试设备组成的电源线传导发射测试进行了定量分析，得出了电源线上的电流分布和电压分布与干扰源内阻的量化关系，并且该阻抗牵引电路模型考虑了电源导线的传输线效应，模型精度高。
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