CN103018596A - 一种直流变换器电磁干扰测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流变流器电磁干扰测试系统及方法。该系统包括电磁干扰模拟装置和接收机；所述电磁干扰模拟装置包括直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器和接地金属板，用于使直流变换器工作并形成电磁干扰；所述接收机与所述电磁干扰模拟装置连接，用于获取所述直流变换器形成的电磁干扰。本发明通过电磁干扰模拟装置和接收机获取直流变换器工作状态下形成的电磁干扰，进而本领域技术人员可根据该电磁干扰的特性，研究抑制或消除直流变换器电磁干扰危害的措施，使直流变换器满足相关的电磁兼容标准。

Description

一种直流变换器电磁干扰测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容技术领域，尤其涉及一种直流变换器电磁干扰测试系统及方法。

背景技术

电动汽车因节能、环保等优点，受到了国内外的广泛重视。发明人在对电动汽车的研究与开发中发现，组成电动汽车动力系统的直流变换器（DC/DC）等动力器件由于工作电压/电流高、功率大、开关工作频率高等因素，工作过程中极易形成严重的电磁干扰（EMI）。电磁波以传导形式沿电缆和底盘传播，影响电动汽车的电气设备和控制系统的正常工作；同时，电磁波向空间辐射电磁能量，使电动汽车难以满足相关的电磁兼容标准。但目前业内尚未制定出针对电动汽车专用器件DC/DC等的电磁兼容测试方法，直流变换器的电磁干扰特性无从得知，电磁干扰带来的上述问题也无法得到解决。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种直流变换器电磁干扰测试系统及方法，以获取直流变换器的电磁干扰。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流变流器电磁干扰测试系统，包括电磁干扰模拟装置和接收机；

所述电磁干扰模拟装置包括直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器和接地金属板，用于使直流变换器工作并形成电磁干扰；其中，所述直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器固定于所述接地金属平板上；所述直流变换器与高压动力电池包、所述直流变换器与人工电源网络、所述人工电源网络与负载模拟器分别连接；

所述接收机与所述电磁干扰模拟装置连接，用于获取所述直流变换器形成的电磁干扰。

优选的，所述直流变换器的工作状态至少包括满负荷状态和典型工况，通过调节所述负载模拟器的有效阻值实现不同工作状态之间的切换；

所述接收机获取的电磁干扰包括所述直流变换器处于满负荷状态时形成的电磁干扰和处于典型工况时形成的电磁干扰。

优选的，所述负载模拟器包括纯阻性功率负载和输出功率选择开关；所述输出功率选择开关与所述纯阻性功率负载串联，用于调节所述负载模拟器的有效阻值。

优选的，所述负载模拟器还包括紧急开关按钮；所述紧急开关按钮与所述纯阻性功率负载和输出功率选择开关串联连接，用于快速断开所述直流变换器和负载模拟器的连接。

优选的，所述纯阻性功率负载包括两台额度电压为14.5V、额定电流为110A的铝壳电阻器；所述输出功率选择开关通过控制与所述人工电源网络连接的所述铝壳电阻器的个数来调节所述负载模拟器的有效阻值。

优选的，所述接收机与所述电磁干扰模拟装置连接，包括所述接收机与所述人工电源网络的传导干扰电压测试端口连接，和所述接收机与获取所述直流变换器的辐射干扰电场的接收天线连接。

一种直流变换器电磁干扰测试方法，包括：

安装电磁干扰模拟装置；其中，

所述电磁干扰模拟装置包括直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器和接地金属板；所述直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器固定于所述接地金属平板上；所述直流变换器与高压动力电池包、所述直流变换器与人工电源网络、所述人工电源网络与负载模拟器之间分别通过连接线连接；

开启所述高压动力电池包，使能所述直流变换器；

当所述直流变换器的工作状态稳定时，利用接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰。

优选的，所述直流变换器的工作状态至少包括满负荷状态和典型工况；

所述当所述直流变换器的工作状态稳定时，利用所述接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰包括：

调节所述负载模拟器的有效阻值，使所述直流变换器稳定在满负荷状态；

利用所述接收机获取所述直流变换器在所述满负荷状态下形成的电磁干扰；

调节所述负载模拟器的有效阻值，使所述直流变换器稳定在典型工况；

利用所述接收机获取所述直流变换器在所述典型工况下形成的电磁干扰。

优选的，所述负载模拟器包括串联连接的纯阻性功率负载和输出功率选择开关；

所述调节所述负载模拟器的有效阻值包括：通过输出功率选择开关调节所述纯阻性功率负载的有效阻值。

优选的，所述利用所述接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰包括：

将接收机与所述人工电源网络的测试端口连接，通过所述接收机获取所述测试端口处的传导干扰电压；

将所述接收机与接收天线连接，通过所述接收机和接收天线获取所述直流变换器的辐射干扰电场。

从上述的技术方案可以看出，本发明通过直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器组成电磁干扰模拟装置，以模拟直流变换器在电动汽车中的工作环境，使其形成同等强度的电磁干扰；再通过接收机获取上述电磁干扰，即获取到了直流变换器工作状态下形成的电磁干扰。进而，本领域技术人员根据本发明实施例获取到的电磁干扰的特性，研究抑制或消除直流变换器电磁干扰危害的措施，使直流变换器满足相关的电磁兼容标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的直流变流器电磁干扰测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的直流变流器电磁干扰测试系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的负载模拟器的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的直流变流器电磁干扰测试系统的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的直流变流器电磁干扰测试方法的流程图；

图6为本发明实施例五提供的直流变流器电磁干扰测试方法的流程图；

图7为本发明实施例六提供的直流变流器电磁干扰测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了直流变换器电磁干扰测试系统及方法，以获取直流变换器的电磁干扰，为研究直流变换器电磁干扰特性提供基础。

参照图1，本发明实施例一提供的直流变换器电磁干扰测试系统，包括电磁干扰模拟装置100和接收机200。其中，电磁干扰模拟装置100包括直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130、负载模拟器140和接地金属板150，用于使直流变换器工作并形成电磁干扰。

其中，高压动力电池包120通过高压连接线缆160与直流变换器110的高压端连接，用于为直流变换器提供工作所需的使能信号；人工电源网络130通过低压连接线缆170与直流变换器110的低压输出端连接，为电磁干扰测试提供测试端口；同时，负载模拟器140作为直流变换器110的工作负载，与人工电源网络130连接。

直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130和负载模拟器140固定于接地金属平板150上。接地金属平板150既为直流变换器110、高压动力电池包120和人工电源网络130提供了接地平面，又为直流变换器110产生的电磁波提供了发射参考面。

接收机200与电磁干扰模拟装置100连接，用于获取直流变换器110形成的电磁干扰。

上述系统的工作原理如下，高压动力电池包120提供使能信号，使直流变换器110以负载模拟器140为工作负载开始工作。直流变换器110工作时形成的电磁噪声等电磁干扰，一方面通过低压连接线缆170传导至人工电源网络130并与之耦合，形成传导电磁干扰；另一方面向空间辐射形成辐射电磁干扰。接收机分别获取上述传导电磁干扰和辐射电磁干扰，即可得到直流变换器的电磁干扰特性。

由上述结构可知，本发明实施例通过直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器组成电磁干扰模拟装置，以模拟直流变换器在电动汽车中的工作环境，使其形成同等强度的电磁干扰；再通过接收机获取上述电磁干扰，即获取到了直流变换器工作状态下形成的电磁干扰。进而，本领域技术人员根据本发明实施例获取到的电磁干扰的特性，研究抑制或消除直流变换器电磁干扰危害的措施，使直流变换器满足相关的电磁兼容标准。

具体的，上述实施例中，接地金属平板150距离地面900±100mm，高压连接线缆160和低压连接线缆170通过绝缘泡沫的支撑，使其与接地金属平板150之间的距离保持在50±5mm。

在本发明的其他实施例中，上述实施例中的直流变换器至少存在满负荷状态和典型工况两种工作状态，并通过调节负载模拟器的有效阻值实现不同工作状态之间的切换。

参见图2，本发明实施例二提供的直流变换器电磁干扰测试系统，包括电磁干扰模拟装置100和接收机200。其中，电磁干扰模拟装置100包括直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130、负载模拟器140和接地金属板150，用于模拟直流变换器工作过程中形成的电磁干扰。直流变换器110与高压动力电池包120、直流变换器110与人工电源网络130、人工电源网络130与负载模拟器140分别通过线缆连接，且直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130和负载模拟器140固定于接地金属平板150上。接收机200与电磁干扰模拟装置100连接，用于获取直流变换器110形成的电磁干扰。

其中，负载模拟器140包括纯阻性功率负载141和输出功率选择开关142；输出功率选择开关142与纯阻性功率负载141串联，用于调节负载模拟器140的有效阻值。

具体的，输出功率选择开关142和纯阻性功率负载141可通过如下串联方式实现调节负载模拟器140的有效阻值：纯阻性功率负载141优选额度电压为14.5V、额定电流为110A的铝壳电阻器。铝壳电阻器与输出功率选择开关142串联构成一个电阻模块，两个电阻模块并联后与人工电源网络130连接。输出功率选择开关142通过控制接入铝壳电阻器的个数来调节负载模拟器140的有效阻值，进而改变直流变换器110的工作状态：当两个电阻器并联接入时，直流变换器110工作在满负荷状态；当接入一个电阻器时，直流变换器110工作在典型工况。

本发明上述实施例，通过输出功率选择开关调节负载模拟器的有效阻值，进而改变直流变换器的工作状态，从而可分别获取每种工作状态下直流变换器的电磁干扰特性。

进一步的，如图3所示，在本发明的其他实施例中，上述实施例的负载模拟器140还包括紧急开关按钮143和金属支撑壳体144。

其中，纯阻性功率负载141、输出功率选择开关142和紧急开关按钮143都安装于金属制成壳体144上。紧急开关按钮143与纯阻性功率负载141和输出功率选择开关142串联连接，当发生紧急情况（如由于直流变换器的输出电流突变或负载模拟器的阻值选择不当，导致纯阻性功率负载过载、温升异常）时，快速断开直流变换器和负载模拟器的连接，起到保护纯阻性功率负载的作用。

参照图4，本发明实施例三提供的直流变换器电磁干扰测试系统，包括电磁干扰模拟装置100、接收机200和接收天线300。其中，电磁干扰模拟装置100包括直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130、负载模拟器140和接地金属板150，用于模拟直流变换器工作过程中形成的电磁干扰。直流变换器110与高压动力电池包120通过高压连接线缆160连接，直流变换器110与人工电源网络130通过低压连接线缆170连接，人工电源网络130与负载模拟器140连接。直流变换器110、高压动力电池包120、人工电源网络130和负载模拟器140均固定于接地金属平板150上。

接收机200与电磁干扰模拟装置100连接，以获取直流变换器110形成的电磁干扰。根据所获取的电磁干扰的类型，接收机200与电磁干扰模拟装置100的具体连接方式至少包括如下两种：

1）直接连接：接收机200与人工电源网络130的测试端口通过同轴电缆400连接。接收机200从测试端口处获取直流变换器110在工作过程中形成的传导干扰电压，从而得到该传导干扰电压随电磁波频率变化的规律，即直流变换器的传导干扰特性。

以此连接方式进行传导干扰测试时，人工电源网络130的匹配端口处统一接定值电阻131，如50Ω电阻，以保证测试的一致性和可比较性。低压连接线缆170的长度不超过200mm。

2）间接连接：接收机200与接收天线300通过同轴电缆400连接，接收天线300对准电磁干扰模拟装置100。接收机200获取直流变换器110工作过程中在接收天线300处形成的辐射干扰电场，从而得到该辐射干扰电场随电磁波频率变化的规律，即直流变换器的辐射干扰特性。

此种连接方式下，低压连接线缆170的长度为1500±75mm。测试时，根据接收机200扫描直流变换器110辐射电磁波时的驻留频率的大小，确定接收天线300的朝向：若驻留频率所述驻留频率小于1GHz，则接收天线300对准低压连接线缆170的中心位置；若驻留频率不小于1GHz，则接收天线300对准直流变换器110的中心位置。

本发明上述实施例通过接收机与电磁干扰模拟装置的直接连接和间接连接两种方式，分别获取直流变换器工作过程中形成的传导电磁干扰和辐射电磁干扰。

需要说明的是，为避免与周围的电气设备或控制系统互相干扰，采用上述任一实施例完成电磁干扰测试的过程中，电磁干扰测试系统中除接收机之外的所有设备（包括电磁干扰模拟装置和接收天线）均置于半电波暗室中。

与上述电磁干扰测试系统相对应的，本发明实施例四还提供了一种直流变换器电磁干扰测试方法。参见图5，该方法包括如下步骤：

S501：安装电磁干扰模拟装置；

具体的，将直流变换器与高压动力电池包、直流变换器与人工电源网络、人工电源网络与负载模拟器分别通过连接线连接；将直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器均安装在接地金属平板上，构成电磁干扰模拟装置，即电磁干扰的形成及测试环境。需要说明的是，为避免与周围的电气设备或控制系统互相干扰，该电磁干扰模拟装置整体置于半电波暗室内。

S502：开启上述高压动力电池包，使能直流变换器；

直流变流器电磁干扰测试系统安装完毕后，打开高压动力电池包的电源开关，为直流变换器提供工作所需的使能信号，即使直流变换器开始工作，并形成与该直流变换器用于电动汽车等场合时相同的电磁干扰。

S503：当直流变换器的工作状态稳定时，利用接收机获取直流变换器形成的电磁干扰。

由上述方法流程可知，本发明实施例通过高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器等与直流变换器共同构成电磁干扰模拟装置，以模拟直流变换器在电动汽车中的工作环境，使其形成同等强度的电磁干扰；并利用接收机获取上述电磁干扰，即获取到了直流变换器工作状态下形成的电磁干扰。进而，本领域技术人员可对本发明实施例获取到的电磁干扰进行分析，得到其电磁干扰特性，从而得到抑制或消除直流变换器电磁干扰的措施，使直流变换器满足相关的电磁兼容标准。

参照图6，本发明实施例五提供的直流变换器电磁干扰测试方法，包括：

S601：安装电磁干扰模拟装置；

具体的，将直流变换器与高压动力电池包、直流变换器与人工电源网络、人工电源网络与负载模拟器分别通过连接线连接；将直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器均安装在接地金属平板上，构成电磁干扰模拟装置，并将该电磁干扰模拟装置整体置于半电波暗室内。

S602：开启高压动力电池包，使能直流变换器；

S603：调节负载模拟器的有效阻值，使直流变换器稳定在满负荷状态；

负载模拟器由纯阻性功率负载和输出功率选择开关构成，并通过该输出功率选择开关实现负载模拟器阻值的调节。负载模拟器的具体结构如本发明实施例二所述，在此不再赘述。

S604：利用接收机获取直流变换器在满负荷状态下形成的电磁干扰；

S605：调节负载模拟器的有效阻值，使直流变换器稳定在典型工况；

S606：利用接收机获取直流变换器在典型工况下形成的电磁干扰。

需要说明的是，本发明实施例涉及的各方法步骤的执行不仅局限于上述顺序，如亦可先获取典型工况下的电磁干扰，再获取满负荷状态下的电磁干扰（即先执行S605~S606，再执行S603~S604）。

本发明上述实施例中，通过调节负载模拟器的有效阻值，使得直流变换器分别处于满负荷状态和典型工况，从而针对每种工作状态分别获取其电磁干扰，从而轻松得到直流变换器每种工作状态下的电磁干扰特性。

参照图7，本发明实施例六提供的直流变换器电磁干扰测试方法，包括：

S701：安装电磁干扰模拟装置；

具体的，将直流变换器与高压动力电池包、直流变换器与人工电源网络、人工电源网络与负载模拟器分别通过连接线连接；将直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器均安装在接地金属平板上，构成电磁干扰模拟装置，并将该电磁干扰模拟装置整体置于半电波暗室内。

S702：开启高压动力电池包，使能直流变换器；

S703：调节负载模拟器的有效阻值，使直流变换器稳定在满负荷状态；

S704：将接收机与人工电源网络的测试端口通过同轴电缆连接，通过接收机获取该测试端口处的传导干扰电压；

此时，人工电源网络的匹配端口处统一接定值电阻，如50Ω电阻，以保证多次测试的一致性和可比较性。连接直流变换器和人工电源网络的低压连接线缆长度不超过200mm。

传导干扰测试的原理为：接收机通过测量并记录一段频率范围内人工电源网络50Ω测试端口处的传导干扰电压的大小，得到传导干扰电压随干扰频率变化的规律，即传导干扰特性。

S705：将接收机与接收天线用同轴电缆连接，通过接收机和接收天线获取直流变换器的辐射干扰电场。

此时，连接直流变换器和人工电源网络的低压连接线缆长度为1500±75mm。测试时，根据接收机扫描直流变换器辐射电磁波时的驻留频率的大小，确定接收天线的朝向：若驻留频率所述驻留频率小于1GHz，则接收天线对准上述低压连接线缆的中心位置；若驻留频率不小于1GHz，则接收天线对准直流变换器的中心位置。

辐射干扰测试的原理为：接收机通过测量并记录一段频率范围内接收天线上所感应出的干扰电压，得到辐射干扰电场强度随干扰频率变化的规律，即辐射干扰特性。

S706：调节负载模拟器的有效阻值，使直流变换器稳定在典型工况；

S707：重复步骤S704~S705，获取典型工况下直流变换器形成的传导干扰电压和辐射干扰电场。

由上述方法流程可知，本发明上述实施例同时实现了满负荷状态和典型工况下的传导干扰测试和辐射干扰测试。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直流变流器电磁干扰测试系统，其特征在于，包括电磁干扰模拟装置和接收机；

所述电磁干扰模拟装置包括直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器和接地金属板，用于使直流变换器工作并形成电磁干扰；其中，所述直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器固定于所述接地金属平板上；所述直流变换器与高压动力电池包、所述直流变换器与人工电源网络、所述人工电源网络与负载模拟器分别连接；

所述接收机与所述电磁干扰模拟装置连接，用于获取所述直流变换器形成的电磁干扰。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直流变换器的工作状态至少包括满负荷状态和典型工况，通过调节所述负载模拟器的有效阻值实现不同工作状态之间的切换；

所述接收机获取的电磁干扰包括所述直流变换器处于满负荷状态时形成的电磁干扰和处于典型工况时形成的电磁干扰。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述负载模拟器包括纯阻性功率负载和输出功率选择开关；所述输出功率选择开关与所述纯阻性功率负载串联，用于调节所述负载模拟器的有效阻值。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述负载模拟器还包括紧急开关按钮；所述紧急开关按钮与所述纯阻性功率负载和输出功率选择开关串联连接，用于快速断开所述直流变换器和负载模拟器的连接。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述纯阻性功率负载包括两台额度电压为14.5V、额定电流为110A的铝壳电阻器；所述输出功率选择开关通过控制与所述人工电源网络连接的所述铝壳电阻器的个数来调节所述负载模拟器的有效阻值。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述接收机与所述电磁干扰模拟装置连接，包括所述接收机与所述人工电源网络的传导干扰电压测试端口连接，和所述接收机与获取所述直流变换器的辐射干扰电场的接收天线连接。

7.一种直流变换器电磁干扰测试方法，其特征在于，包括：

安装电磁干扰模拟装置；其中，

所述电磁干扰模拟装置包括直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络、负载模拟器和接地金属板；所述直流变换器、高压动力电池包、人工电源网络和负载模拟器固定于所述接地金属平板上；所述直流变换器与高压动力电池包、所述直流变换器与人工电源网络、所述人工电源网络与负载模拟器之间分别通过连接线连接；

开启所述高压动力电池包，使能所述直流变换器；

当所述直流变换器的工作状态稳定时，利用接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述直流变换器的工作状态至少包括满负荷状态和典型工况；

所述当所述直流变换器的工作状态稳定时，利用所述接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰包括：

调节所述负载模拟器的有效阻值，使所述直流变换器稳定在满负荷状态；

利用所述接收机获取所述直流变换器在所述满负荷状态下形成的电磁干扰；

调节所述负载模拟器的有效阻值，使所述直流变换器稳定在典型工况；

利用所述接收机获取所述直流变换器在所述典型工况下形成的电磁干扰。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述负载模拟器包括串联连接的纯阻性功率负载和输出功率选择开关；

所述调节所述负载模拟器的有效阻值包括：通过输出功率选择开关调节所述纯阻性功率负载的有效阻值。

10.根据权利要求7~9任一项所述的方法，其特征在于，所述利用所述接收机获取所述直流变换器形成的电磁干扰包括：

将接收机与所述人工电源网络的测试端口连接，通过所述接收机获取所述测试端口处的传导干扰电压；

将所述接收机与接收天线连接，通过所述接收机和接收天线获取所述直流变换器的辐射干扰电场。

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