DE9318216U1 - Interference generator for EMC measuring arrangements - Google Patents
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Description
Dipl.-Ing. Gunter Langer; Rosentitzer Str. 3g, 01728 BannewitzDipl.-Ing. Gunter Langer; Rosentitzer Str. 3g, 01728 Bannewitz
Störgenerator für EMV-MeßanordnungenInterference generator for EMC measuring arrangements
Die Erfindung bezieht sich auf einen Störgenerator, der in Meßschaltungen oder Schaltungsmodellen zur Erfassung und Bewertung des EMV-Verhaltens eines elektrischen Gerätes oder einer elektronischen Schaltung eingesetzt werden soll.The invention relates to an interference generator which is to be used in measuring circuits or circuit models for detecting and evaluating the EMC behavior of an electrical device or an electronic circuit.
Unter EMV-Verhalten soll dabei die geräteinterne Wandlung einer elektromagnetischen Störgröße in einen Funktionsfehler verstanden werden.EMC behavior is understood to mean the device-internal conversion of an electromagnetic disturbance into a functional error.
Der Störgenerator soll die Realisierung des Impulsdichteverfahrens für EMV-Messungen ermöglichen. Mit dem Impulsdichteverfahren ist die unkomplizierte Erfassung von Vei— träglichkeitsänderungen in einer Meßzeit von nur etwa 1 Sekunde möglich.The interference generator is intended to enable the implementation of the pulse density method for EMC measurements. The pulse density method enables the uncomplicated recording of compatibility changes in a measurement time of only about 1 second.
Im Mittelpunkt der Meßanordnung steht dabei der Störgenerator. Er muß eine Folge unterschiedlich hoher Störimpulse mit definierter Anstiegszeit erzeugen. Die Häufigkeitsverteilung unterschiedlicher Störimpulsamplituden muß über die Meßzeit möglichst gleichmäßig sein. Der Störgenerator vereinigt die für das Impulsdichteverfahren notwendigen drei Funktionen Burstgenerator, Optischer Empfänger und Frequenzzähler.The interference generator is at the heart of the measuring arrangement. It must generate a sequence of interference pulses of varying magnitudes with a defined rise time. The frequency distribution of different interference pulse amplitudes must be as uniform as possible over the measuring time. The interference generator combines the three functions required for the pulse density method: burst generator, optical receiver and frequency counter.
Ein Killerkreis übernimmt bisher die Funktion des Burstgenerators. Dabei ist jedoch eine Reproduzierbarkeit der Eigenschaften von Gerät zu Gerät nicht gegeben. Des weiteren lassen sich die Parameter der Einzelimpulse, wie Anstiegszeit und Rückenhalbwertzeit nicht gezielt beeinflus-A killer circuit has so far taken over the function of the burst generator. However, the properties cannot be reproduced from device to device. Furthermore, the parameters of the individual pulses, such as rise time and half-life, cannot be specifically influenced.
Andere bekannt gewordene Störgeneratoren haben bei komfortablen, programmgesteuerten Ausführungen die Möglichkeit, die Störimpulsamplitude nach einer Hüllkurve, z.B. einer Rampenfunktion, zu verfahren. Für diesen Prozeß werden jedoch mehrere Sekunden benötigt, was einen Einsatz zur Realisierung des Impulsdichteverfahrens aufgrund ihrer Trägheit ausschließt. Des weiteren fehlt die Möglichkeit der Synchronisation mit einem Frequenzzähler. Weitere Nachteile sind ein hoher Preis sowie großes Volumen und Gewicht.Other known interference generators have the option of moving the interference pulse amplitude according to an envelope curve, e.g. a ramp function, in convenient, program-controlled versions. However, this process takes several seconds, which rules out their use for implementing the pulse density method due to their inertia. Furthermore, there is no option for synchronization with a frequency counter. Other disadvantages are a high price as well as large volume and weight.
Abgeleitet aus diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für die dem Impulsdichteverfahren entsprechende Meßzeit von etwa 1 Sekunde eine Störimpulsfolge zu erzeugen, die eine ausreichend gleichmäßige Häufigkeitsverteilung der Störimpulsamplitude besitzt.Derived from this prior art, it is the object of the invention to generate an interference pulse sequence for the measurement time of approximately 1 second corresponding to the pulse density method, which has a sufficiently uniform frequency distribution of the interference pulse amplitude.
Der diese Störimpulsfolge generierende neue Burst- bzw. Störgenerator soll bei Verwendung kostengünstiger Bauelemente einen einfachen Aufbau haben und im Vergleich zu bisher üblichen Generatoren nur geringe Größe und Gewicht besitzen.The new burst or interference generator that generates this interference pulse sequence should have a simple structure using inexpensive components and be small and light in comparison to conventional generators.
Eine Verstellbarkeit der Störimpulsform insbesondere hinsichtlich ihrer Steilheit soll möglich sein, über die vorgegebene Meßzeit von 1 Sekunde sollen die Impulse quasi statistisch verteilt sein, um ohne Synchronisationseinrichtung auszukommen.It should be possible to adjust the shape of the interference pulse, particularly with regard to its steepness. The pulses should be distributed statistically over the specified measurement time of 1 second in order to manage without a synchronization device.
Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.A solution to this problem is specified in claim 1, further developments of the invention are characterized in the subclaims.
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Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip besteht darin, daß ein Kondensator C mit einem Hochspannungsimpuls der Frequenz fi periodisch aufgeladen wird. Parallel zum Kondensator C befindet sich eine in ihrer Schlagweite s mit der Frequenz f2 veränderliche Funkenstrecke. Diese Funkenstrecke verändert ihre Schlagweite nach einer bestimmten Zeitfunktion, die vorzugsweise einen linearen Verlauf besitzt, beispielsweise s = k * t.The functional principle according to the invention consists in that a capacitor C is periodically charged with a high-voltage pulse of frequency fi. Parallel to the capacitor C there is a spark gap whose spark gap width s varies with the frequency f2. This spark gap changes its spark gap according to a certain time function, which preferably has a linear progression, for example s = k * t.
Im angestrebten Idealfall öffnet und schließt sich die Funkenstrecke kontinuierlich mit der Frequenz f2. Jeder Hochspannungsimpuls bewirkt beim Erreichen der der Durchschlagspannung der Funkenstrecke entsprechenden Spannung am Kondensator C einen Durchschlag der Funkenstrecke und jeder Hochspannungsimpuls erzeugt mindestens einen Durchschlag. Der Kondensator wird dadurch schlagartig entladen.In the ideal case, the spark gap opens and closes continuously with the frequency f2. When the voltage corresponding to the breakdown voltage of the spark gap is reached, each high-voltage pulse causes the spark gap to break down, and each high-voltage pulse produces at least one breakdown. The capacitor is thereby discharged suddenly.
Die Funkenstrecke begrenzt also abhängig von der aktuellen Schlagweite das Anwachsen der Spannung.The spark gap therefore limits the increase in voltage depending on the current spark gap.
Die Entladung der Funkenstrecke erfolgt über das Netzwerk R, das im einfachsten Fall aus einer R-L-Kombination oder auch nur aus einem Widerstand besteht. Mit diesem Netzwerk kann die Impulsform der Entladung beeinflußt werden. Die Entladung selbst wird als Störimpuls am Ausgang des Generators ausgekoppelt. Die Auskopplung erfolgt dabei am Netzwerk R oder am Kondensator C.The discharge of the spark gap takes place via the network R, which in the simplest case consists of an R-L combination or just a resistor. The pulse shape of the discharge can be influenced with this network. The discharge itself is coupled out as a disturbance pulse at the output of the generator. The coupling out takes place at the network R or at the capacitor C.
Der als Störimpuls ausgekoppelte Durchschlagsimpuls ergibt sich aus der Rückflanke des Hochspannungsimpulses.The breakdown pulse coupled out as a disturbance pulse results from the trailing edge of the high-voltage pulse.
Die Spannungsimpulserzeugung und die periodische Schlagweitenveränderung erfolgen vorzugsweise mit unterschiedlicher Frequenz. Generell kann jedoch die Funkenstrecke mit ihrer Frequenz f2 synchron oder asynchron zu den Hoch-The voltage pulse generation and the periodic change in the spark gap preferably take place at different frequencies. In general, however, the spark gap with its frequency f2 can be synchronous or asynchronous to the high-
spannungsimpulsen der Frequenz fi schwingen. Ein asynchrones Schwingen bewirkt jedoch eine größere Amplitudenvielfalt. voltage pulses of frequency fi. However, asynchronous oscillation results in a greater variety of amplitudes.
Wenn die Pulsfrequenz fi der Hochspannung und die Frequenz f2 der Schlagweitenveränderung der Funkenstrecke unterschiedlich sind, wird der Kondensator C beim jeweils nächsten Ladezyklus soweit aufgeladen, wie es die aktuelle Schlagweite s zuläßt, d.h. jeder folgende Hochspannungsimpuls trifft immer auf eine andere Schlagweite. Auf diese Weise entstehen Störimpulse unterschiedlicher Amplitude.If the pulse frequency fi of the high voltage and the frequency f2 of the change in the spark gap's discharge distance are different, the capacitor C is charged during the next charging cycle as far as the current discharge distance s allows, i.e. each subsequent high voltage pulse always hits a different discharge distance. In this way, interference pulses of different amplitudes are created.
Vorzugsweise ist die Frequenz der Funkenstrecke geringer als die Frequenz der Hochspannungsimpulse. Der Vorgang kann im Grenzfall aus einem einmaligen Bewegungszyklus der Funkenstrecke bestehen (eine Periode). In dieser Periode muß eine ausreichend große Zahl von Hochspannungsimpulsen erzeugt werden. Nachteilig bei einer derartigen Verfahrensweise ist, daß der Zähler synchronisiert werden muß. Das kann prozessorgesteuert für ein geschlossenes Auswertesystem erfolgen. Das Meßsystem beinhaltet hier einen Computer, der einen Störgenerator und einen Zähler steuert.Preferably, the frequency of the spark gap is lower than the frequency of the high-voltage pulses. In the limiting case, the process can consist of a single movement cycle of the spark gap (one period). In this period, a sufficiently large number of high-voltage pulses must be generated. The disadvantage of such a procedure is that the counter must be synchronized. This can be done using a processor for a closed evaluation system. The measuring system here includes a computer that controls an interference generator and a counter.
Der Vorgang besteht im Normalfall aus mehreren Perioden eines pendelnden öffnens und Schließens der Funkenstrecke. Dieses pendelnde öffnen und Schließen kann durch ein schwingendes mechanisches System erzeugt werden, das hohe Schaltgeschwindigkeiten erreicht.The process normally consists of several periods of oscillating opening and closing of the spark gap. This oscillating opening and closing can be generated by an oscillating mechanical system that achieves high switching speeds.
Der einzelne Impuls zündet dabei in das schwingende Kontaktsystem der Funkenstrecke hinein und findet hier eine jeweils unterschiedliche Schlagweite s(t) vor. Diese unterschiedliche Schlagweite führt wiederum zu der ge-The individual pulse ignites into the oscillating contact system of the spark gap and finds a different spark gap s(t) here. This different spark gap in turn leads to the
wünschten unterschiedlichen Durchschlagspannung und damit zur Generierung einer für die Meßaufgabe erforderlichen Störamplitudenfolge.desired different breakdown voltage and thus to generate a disturbance amplitude sequence required for the measurement task.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments.
The accompanying drawing shows:
Fig. 1 Meßstrategie und Meßanordnung zum Impulsdichteverfahren, Fig. 1 Measuring strategy and measuring arrangement for the pulse density method,
Fig. 2 die Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Störgenerators,Fig. 2 shows the principle of the interference generator according to the invention,
Fig. 3 die Zeitverläufe der Hochspannungsimpulse, der Veränderung der Schlagweite und der ausgekoppelten Störimpulse,Fig. 3 the time courses of the high voltage pulses, the change in the strike distance and the coupled interference pulses,
Fig. 4 eine Schaltungsvariante des neuen Störgenerators.Fig. 4 shows a circuit variant of the new interference generator.
Fig. 1 zeigt die dem erfindungsgemäßen Störgenerator zugrunde liegende Meßstrategie und Meßanordnung zur Realisierung des Impulsdichteverfahrens. Für dieses Verfahren ist ein spezieller Störgenerator 7 erforderlich. Er muß kontinuierlich Burstimpulse liefern deren Amplituden eine unterschiedliche Höhe besitzen, s. Fig. 1.1, Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens verschiedener Störimpulsamplituden muß möglichst gleichmäßig verteilt sein, s. Fig. 1.2. Praktisch wird das bei einem speziellen Störgenerator 7 zwischen einem kleinst- und größtmöglichen Amplitudenwert mehr oder weniger gleichmäßig realisierbar sein.Fig. 1 shows the measurement strategy and measurement arrangement underlying the interference generator according to the invention for implementing the pulse density method. A special interference generator 7 is required for this method. It must continuously deliver burst pulses the amplitudes of which have different levels, see Fig. 1.1. The probability of the occurrence of different interference pulse amplitudes must be distributed as evenly as possible, see Fig. 1.2. In practice, this can be achieved more or less evenly with a special interference generator 7 between the smallest and largest possible amplitude value.
• · I· I
Je nachdem, welche Höhe die Störschwelle hat, wird pro Zeitintervall eine bestimmte Impulszahl vom Sensor registriert und an den Empfänger EMV-El weitergeleitet. Wenn der Empfänger auf den Eingang eines Zahlfrequenzmessers 8 aufgesteckt wird, s, Fig. 1.3, ist die Impulszahl pro Zeiteinheit (z.B. 1 see) sofort ablesbar, s.Fig. 1.4. Wenn die Störschwelle niedrig liegt, wird eine große, wenn sie hoch liegt, eine kleine Impulszahl pro Zeiteinheit ein Wert für die Verträglichkeit des Meßobjekts. Eine durch Manipulieren am Meßobjekt bzw. Meßmodell entstandene Verträglichkeitsänderung kann sofort nach einer kurzen Meßzeit am Frequenzzähler abgelesen werden. Als Stör- bzw. Burstgeneratoren zur Erzeugung einer Störspannung U8t werden Killerkreise, beispielsweise nach Fig. 1.5 verwendet. Depending on the level of the interference threshold, a certain number of pulses per time interval is registered by the sensor and passed on to the EMC-El receiver. If the receiver is plugged into the input of a frequency meter 8, see Fig. 1.3, the number of pulses per unit of time (e.g. 1 see) can be read immediately, see Fig. 1.4. If the interference threshold is low, a large number of pulses per unit of time is a value for the compatibility of the measuring object, and if it is high, a small number of pulses per unit of time. A change in compatibility caused by manipulation of the measuring object or measuring model can be read off the frequency counter immediately after a short measuring time. Killer circuits, for example as shown in Fig. 1.5, are used as interference or burst generators to generate an interference voltage U 8 t.
Fig. 2 veranschaulicht den prinzipiellen" Aufbau des erfindungsgemäßen Störgenerators. Parallel zu einem mit Hochspannungsimpulsen 1 der Frequenz fi aufgeladener Kondensator 2 ist eine in ihrer Schlagweite s nach der Frequenz f2 veränderliche Funkenstrecke 3 angeordnet. Die Auskopplung der Störimpulse 5 erfolgt entweder am Kondensator 2 mittels der Auskoppelkondensatoren Ca oder über den Widerstand bzw. das Netzwerk 4.Fig. 2 illustrates the basic structure of the interference generator according to the invention. A spark gap 3 whose spark gap s varies according to the frequency f2 is arranged parallel to a capacitor 2 charged with high-voltage pulses 1 of frequency fi. The interference pulses 5 are coupled out either at the capacitor 2 by means of the coupling-out capacitors Ca or via the resistor or the network 4.
Die Zeitverläufe der Hochspannungsimpulse und der Spannung Uc am Kondensator 2 sind in Fig. 3.1 dargestellt. Die eingezeichnete Hüllkurve 9 kennzeichnet dabei die Durchschlagspannung der Funkenstrecke 3. Die Periodendauer Ti ergibt sich aus der BeziehnungThe time profiles of the high-voltage pulses and the voltage Uc on the capacitor 2 are shown in Fig. 3.1. The envelope curve 9 indicates the breakdown voltage of the spark gap 3. The period duration Ti results from the relationship
T1 = 1/fi .
Aus dem analogen Zeitverlauf nach Fig. 3.2 ist die Verän-T 1 = 1/fi .
From the analog time course according to Fig. 3.2, the change
• *• *
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derung der Schlagweite s über die Periodendauer T2 der Funkenstrecke 3 zu entnehmen.change in the spark gap s over the period T2 of the spark gap 3.
Die zeitliche Entwicklung der Schlagweite folgt dabei der Funktion s = k * t .The temporal development of the striking distance follows the function s = k * t .
Bei einem nichtlinear schwingenden Funkenstreckensystem kann die Frequenz des Hochspannungsimpulses während einer Schwingungsperiode der Funkenstrecke so verändert werden, daß sie den nichtlinearen Verlauf der Veränderung der Schlagweite der Funkenstrecke kompensiert. Diese Frequenzänderung entspricht dabei einer Funktion des Phasenwinkels der Funkenstreckenfrequenz.In a non-linearly oscillating spark gap system, the frequency of the high-voltage pulse can be changed during an oscillation period of the spark gap so that it compensates for the non-linear course of the change in the spark gap's arcing distance. This frequency change corresponds to a function of the phase angle of the spark gap frequency.
Die Periodendauer der Funkenstrecke 3 ergibt sich aus der GleichungThe period of the spark gap 3 is given by the equation
T2 = l/f2 .T 2 = l/f2 .
Im Zeitverlauf nach Fig. 3.3 sind die im Ergebnis der Zeitverläufe nach Fig. 3.1 und 3.2 ausgekoppelten Störimpulse 5 eingezeichnet.The interference pulses 5 which are coupled out as a result of the time courses according to Fig. 3.1 and 3.2 are shown in the time course according to Fig. 3.3.
Die Zeitverläufe nach Fig. 3 basieren auf der Voraussetzung unterschiedlicher Frequenzen der Hochspannungsimpulse (fi) und der Funkenstrecke (f2).The time courses according to Fig. 3 are based on the assumption of different frequencies of the high-voltage pulses (fi) and the spark gap (f2).
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante für die Schaltung des neuen Störgenerators. Bei der Zündschaltung für die Erzeugung der Hochspannungsimpulse wird der Transistorunterbrecher 10 von einem Frequenzgenerator 11 mit der Frequenz fi angesteuert. Der Transistorunterbrecher 10 unterbricht einen Gleichstrom in der Primärwicklung des Transformators 12, wodurch ein Spannungsimpuls auf der Sekundärseite des Trafos 12 induziert wird. Dieser Spannungsimpuls lädt über die Drosseln 13 den Kondensator 2 auf. Wenn die Spannung am Kondensator C derFig. 4 shows a variant of the circuit of the new interference generator. In the ignition circuit for the generation of the high-voltage pulses, the transistor interrupter 10 is controlled by a frequency generator 11 with the frequency fi. The transistor interrupter 10 interrupts a direct current in the primary winding of the transformer 12, whereby a voltage pulse is induced on the secondary side of the transformer 12. This voltage pulse charges the capacitor 2 via the chokes 13. When the voltage on the capacitor C of the
Durchschlagspannung der Funkenstrecke 3 entspricht, wird durch ein Durchschlagen der Funkenstrecke der Kondensator C schlagartig entladen. Mit den Drosseln 13 wird der Vorgang vom Trafo 12 entkoppelt. Die Steilheit des Entladevorganges von C wird vom Netzwerk 4, hier ein Widerstand R, bestimmt. Diese steile Spannungsflanke wird als Störimpuls aus der Schaltung ausgekoppelt. Die Auskopplung 5 kann über die Auskoppelkondensatoren Ca am Kondensator C erfolgen oder direkt am Widerstand R.The breakdown voltage of the spark gap 3 corresponds to the capacitor C is suddenly discharged by a breakdown of the spark gap. The process is decoupled from the transformer 12 using the chokes 13. The steepness of the discharge process of C is determined by the network 4, here a resistor R. This steep voltage edge is decoupled from the circuit as an interference pulse. The decoupling 5 can take place via the decoupling capacitors Ca on the capacitor C or directly on the resistor R.
Um die für die Anwendung des Impulsdichteverfahrens erforderliche homogene Verteilung der Störimpulsamplituden zu erreichen, wird die Schlagweite der Funkenstrecke s kontinuierlich mit der Frequenz f2 vergrößert bzw. verringert. Dazu wird ein mechanisch pendelndes bzw. schwingendes System verwendet, was im einfachsten Fall durch das Kontaktsystem eines Relais realisierbar ist. Das Relais wird vom Frequenzgenerator 6 mit der Frequenz f2 periodisch erregt.In order to achieve the homogeneous distribution of the interference pulse amplitudes required for the application of the pulse density method, the spark gap s is continuously increased or reduced with the frequency f2. For this purpose, a mechanically oscillating or oscillating system is used, which in the simplest case can be implemented using the contact system of a relay. The relay is periodically excited by the frequency generator 6 with the frequency f2.
Die Frequenz fi des Generators 11 ist höher als die Frequenz f2 des Generators 6 eingestellt.The frequency fi of generator 11 is set higher than the frequency f2 of generator 6.
Beide Generatoren 11, 6 laufen asynchron, so daß die Amplituden der Impulsfolgen quasi statistisch verteilt sind.Both generators 11, 6 run asynchronously, so that the amplitudes of the pulse sequences are quasi statistically distributed.
Claims (7)
dadurch gekennzeichnet, daß als pendelndes bzw. schwingendes System der Kontakte einer Funkenstrecke (3) das Kontaktsystem eines Relais vorgesehen ist, wobei das Relais von einem Frequenzgenerator (6) mit der Frequenz beaufschlagt ist.7. Interference generator according to claim 6,
characterized in that the contact system of a relay is provided as the oscillating or oscillating system of the contacts of a spark gap (3), the relay being supplied with the frequency by a frequency generator (6).
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