CN105425074B - 一种多功能耦合去耦合网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能耦合去耦合网络，包括耦合电路和去耦合电路，耦合电路中设置有多路耦合高端线路以及耦合低端线路，每路耦合高端线路中串联设置一个包括多个不同阻值的可切换式限流电阻阵列以及一个包含多种类型耦合元件的可切换式耦合器件阵列；试验时，根据输入波形、耦合路径与耦合方式的不同，灵活组合耦合器件、限流电阻及耦合路径，可实现包括浪涌波、振铃波、阻尼振荡波等在内的多种试验波形信号端口的非屏蔽对称和不对称试验。具有一体化程度高、成本低、操作便捷、应用范围广等特点。

Description

一种多功能耦合去耦合网络

【技术领域】

本发明属于电磁兼容(EMC)测试领域，具体涉及一种耦合去耦合网络。

【背景技术】

电子电器技术的不断发展，电子设备所处的电磁环境日益复杂，为了检验设备在实际运行过程中的抗干扰能力，可通过波形发生器将诸如浪涌波1.2/50μs(8/20μs)、10/700μs(5/320μs)、振铃波、阻尼振荡波等类型的干扰波通过传导介质(如信号线等)注入受试设备以评价电气设备对输入波形的抗扰度水平。

耦合去耦合网络的作用是将干扰波形耦合到连接受试设备的电缆上，同时避免对辅助设备产生不利的影响。耦合去耦合网络由耦合单元和去耦合单元组成，其中耦合单元将发生器的波形信号传输到受试设备上，同时限制从受试设备电缆注入到发生器的电流，以免对发生器本体造成破坏，并减小对发生器输出波形的影响；去耦合单元则用来防止施加在受试设备上的干扰信号进入辅助设备，以免辅助设备受干扰信号的影响，确保测试的重复性。发生器的输出波形可通过不同耦合路径以及耦合方式耦合到受试设备中，耦合路径根据受试设备的信号端类型可分为非屏蔽不对称线和非屏蔽对称线：其中非屏蔽不对称线包括共模模式(线对地)和差模模式(线对线)；非屏蔽对称线根据耦合线的对数又分为1对线、2对线以及多对线耦合等(均为线对地模式)，耦合方式通常采用气体放电管、电容或雪崩二极管耦合。

目前，市场上受试设备信号端的浪涌波1.2/50μs(8/20μs)、10/700μs(5/320μs)、振铃波、阻尼振荡波抗扰度测试时都需针对不同输入波形、不同信号端类型采取不同的耦合去耦合网络。仅以浪涌波1.2/50μs(8/20μs)为例，非屏蔽对称线和不对称线的耦合去耦合网络分别如图1、2所示(其中R_c为限流电阻，CD(coupling device)为耦合器件)。由于现有的耦合去耦合网络仅能针对一种输入波形的一种耦合路径(如不对称或对称)实现耦合去耦合，这不可避免的使得用户在对同一试验波形进行不同类型耦合路径试验或是对不同试验波形进行同类型或不同类型耦合路径试验时，需根据每次的试验波形以及所需耦合路径和耦合方式分别一一选择耦合去耦合网络以满足试验要求，不仅增加了用户的成本，而且给用户的使用造成了极大的不便。

【发明内容】

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种多功能、一体化程度高的耦合去耦合网络，通过耦合路径和耦合方式的灵活切换组合，能同时实现包括1.2/50μs(8/20μs)、10/700μs(5/320μs)浪涌波、100kHz振铃波、100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波等在内的信号端口抗扰 度测试。

本发明可通过以下技术方案实现：一种多功能信号线耦合去耦合网络，包括耦合电路和去耦合电路，所述耦合电路包括由n路并联连接的线路组成的耦合高端线路，其中n≥1；所述去耦合电路中具有n路与耦合高端线路对应连接的去耦合线路；其特征在于，每路耦合高端线路包括串联连接的一个限流电阻阵列和一个高端耦合器件阵列，限流电阻阵列由一个及以上的电阻并联组成，高端耦合器件阵列具有一个及以上以可切换方式并联连接的耦合元件；该耦合电路中还包括控制耦合路径的耦合低端线路，所述耦合低端线路由n+1路并联连接的线路构成，其中一路接地，其余n路线路分别与n路耦合高端线路一一连接。

本发明的耦合高端线路包括一路及以上并联连接的线路，其中耦合高端线路的公共端与波形发生器高端连接，每路耦合高端线路通过串联连接的一个限流电阻阵列和一个可切换式的高端耦合器件阵列分别连接到去耦合电路和受试设备的对应接口；去耦合电路中每路线路的一端与对应的耦合高端线路连接，其另一端与辅助设备接口对应连接。耦合低端线路由一条接地线路和与耦合高端线路路数对应的线路并联构成，耦合低端线路的公共端与波形发生器低端连接，除接地线路外，其余线路均与耦合高端线路一一连接。

以包含有四路耦合高端线路的耦合去耦合网络为例，四路耦合高端线路分别为A、B、C、D，耦合低端线路中则对应有四路线路(A'、B'、C'、D')和一条接地线路PE，其中A'耦合低端线路与A耦合高端线路连接，B'耦合低端线路与B耦合高端线路连接，其余的线路同上述方法类似连接。去耦合线路的路数与耦合高端线路的路数相同，即去耦合线路中有A”、B”、C”、D”，其中A”去耦合线路与A耦合高端线路连接，B”去耦合线路与B耦合高端线路连接，其余的线路同上述方法类似连接。

传统的耦合去耦合网络线路只能针对一种输入波形实现一种耦合路径，本发明通过对传统非屏蔽不对称线和非屏蔽对称线试验线路的整合和改造，将多种耦合路径集成于一个耦合去耦合网络中，通过对可切换式的耦合器件阵列、限流电阻阵列以及耦合低端线路的灵活组合，仅需一个耦合去耦合网络即可实现浪涌波1.2/50μs(8/20μs)、10/700μs(5/320μs)、100kHz振铃波、100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波等多种干扰波形的非屏蔽不对称线和非屏蔽对称线的耦合去耦合功能，具有成本低、一体化程度高、操作便捷等特点。

本发明的技术方案可通过以下技术方案进一步限定：

作为一种技术方案，所述每路耦合低端线路均以可切换的方式与耦合高端线路连接，每路耦合低端线路与其对应的耦合高端线路的结点位于耦合高端线路限流电阻阵列与高端耦合器件阵列之间。此方案中通过切换所需耦合低端线路实现不同耦合路径，耦合器件此时全部位于高端耦合线路中。

作为另一种技术方案，所述耦合低端线路中一路以可切换的方式接地，其余n路线路中的每路线路通过可切换的低端耦合器件阵列分别与n路耦合高端线路一一连接；每路低端耦合线路与其对应的高端耦合线路的结点位于耦合高端线路高端耦合器件阵列与去耦合线路之间。本技术方案相当于将前述技术方案高端耦合器件阵列中的一部分耦合元件设置到耦合低端线路中，以上两种耦合低端线路的设置方式配合不同的耦合器件设置位置均可实现所需的耦合去耦合功能。

以上两种耦合去耦合网络结构均可以通过以下技术方案进一步限定和完善：

作为一种技术方案，当高端耦合线路路数n≥2时，该耦合去耦合网络中相邻的去耦合线路两两设置在同一磁芯内。前述的包含四路去耦合线路中，去耦合线路A”线路和B”线路设置在同一磁芯内，C”线路与D”线路设置在同一磁芯内，设置在同一磁芯内的两条线路可实现非屏蔽对称线的信号端口抗扰度试验；对未设置在同一磁芯的两路线路可实现非屏蔽不对称线的信号端口抗扰度试验。

作为一种技术方案，所述限流电阻阵列以可切换方式与高端耦合器件阵列连接；所述可切换限流电阻阵列、可切换高端耦合器件阵列与可切换耦合低端线路或可切换低端耦合器件阵列共同动作以实现耦合路径、耦合方式的改变。针对不同的试验波形，所需限流电阻的阻值、所需耦合器件的类型，以及耦合路径(线-线或线-地连接方式)都应根据IEC61000-4-5、IEC61000-4-12、IEC61000-4-18中的相关规定做相应调整，利用可切换的方式使得用户可在使用时灵活地应对各种试验波形。

作为优选，所述可切换的方式可通过包括但不限于继电器、普通开关或者插拔的方式实现。本发明可通过在每路线路中设置切换装置以起到将对应线路接通的作用。以可切换的限流电阻阵列的切换为例，可将限流电阻阵列中每个限流电阻串联一个普通开关，用以将该限流电阻接入电路；还或者每个限流电阻阵列中设置一个多触点式继电器开关，通过控制继电器开关的触点连接位置以将所需限流电阻接入电路中；同理，可切换的高端耦合器件阵列以及可切换的耦合低端线路和可切换的低端耦合器件均可采用同样的设置方式。需要指出的是，上述通过继电器或普通开关来切换限流电阻阵列和或耦合器件阵列不同器件的方案在一定程度上可能导致仪器的体积过大，因为它要求仪器中必须包含多个限流电阻和多种耦合器件。因此保证可对多种试验波形的信号端实施抗扰度试验的前提下，为进一步优化仪器体积，还可采用如器件可插拔的方式来实现将不同器件接入电路的目的。譬如，根据试验需要，将所需限流电阻或耦合器件以插入块的方式接入电路，试验类型改变时，只需将其拨出更换成所需器件即可，而无需在电路中配备多个限流电阻或多种耦合器件，这种做法可有效减小仪器体积，便于仪器的携带。

作为一种技术方案，所述每路耦合高端线路的等效电阻值包括但不限于0Ω、25Ω和40Ω，所述限流电阻阵列包括至少一个与等效电阻值相等的限流电阻。等效电阻阻值根据试验波形的不同而有所区别，根据IEC61000-4-5标准中的规定：1.2/50μs(8/20μs)的浪涌组合波的等效电阻为40Ω，10/700μs(5/320μs)的浪涌组合波的等效电阻为25Ω；根据IEC61000-4-12的标准，100kHz振铃波和100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波的等效电阻为0Ω；限流电阻阵列应至少包括一个与等效电阻值相等的限流电阻以实现对至少一种试验波形的耦合去耦合。

作为优选，所述限流电阻阵列中还包括阻值等于每路耦合高端线路的等效电阻值与实际参与耦合的线路路数乘积的限流电阻，其中所述等效电阻阻值为40Ω。对于试验波形为1.2/50μs(8/20μs)的浪涌组合波，其限流电阻阵列中所需的限流电阻R_c的阻值应根据参与耦合的线路路数(1对线、2对线等)的不同选择对应的包括但不限于80Ω、160Ω的限流电阻。

作为一种技术方案，所述高端耦合器件阵列和或低端耦合器件阵列中耦合元件的类型包括但不限于气体放电管、电容和雪崩二极管；所述电容包括但不限于0.5μF和3μF。根据IEC61000-4系列的相关标准，常用的耦合器件类型为电容，也可采用气体放电管或雪崩二极管代替电容，以上两种技术方案均可采用上述耦合元件作为耦合器件。对于1.2/50μs(8/20μs)浪涌组合波的差模试验而言，高端耦合元件可为气体放电管或0.5μF的电容；对于振铃波试验，其高端耦合元件可为气体放电管或3μF电容；

作为一种技术方案，所述高端耦合器件阵列中和/或低端耦合器件阵列中还包括一个用于导通所在电路的电阻，该电阻阻值为0Ω。例如1.2/50μs浪涌组合波的差模试验，以D线对B线耦合为例，需将B线耦合高端线路以及B'耦合低端线路接通，由于此时B线路中无需耦合器件参与，因此利用一个0Ω电阻作为导通元件将所在线路接通，而不会导致所在线路短接。对于振铃波的差模试验也需采用同样的做法。对于耦合低端线路中设有低端耦合器件阵列的技术方案中，该0Ω电阻设置在低端耦合器件阵列中；对于耦合低端线路均以可切换方式与耦合高端线路连接的技术方案中，该0Ω电阻设置在高端耦合器件阵列中。

综上所述，本发明通过对传统浪涌非屏蔽不对称线和非屏蔽对称线试验线路的整合和改造，将多种耦合路径、方式集于一个耦合去耦合网络中，通过耦合器件、限流电阻、耦合方式的灵活组合、更换，仅需一个网络，即可实现包括1.2/50μs(8/20μs)、10/700μs(5/320μs)浪涌组合波、100kHz振铃波、100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波等在内的多种试验波形信号端口的对称和非对称测试。具有结构合理紧凑、成本低、操作便捷、应用范围广等特点。

【附图说明】

附图1是IEC 61000-4-5:2014中雷击非屏蔽对称线试验示意图；

附图2是IEC 61000-4-5:2014中雷击非屏蔽不对称线试验示意图；

附图3是实施例1中耦合去耦合网络的结构示意图；

附图4是实施例1中1.2/50us非屏蔽对称线(1对线)试验示意图；

附图5是实施例1中10/700us非屏蔽对称线(1对线)试验示意图；

附图6是实施例1中100kHz振铃波以及100k/1MHz阻尼振荡波非屏蔽对称线(1对线)试验示意图；

附图7是实施例1中1.2/50us非屏蔽线不对称线(B线-地)试验示意图；

附图8是实施例1中1.2/50us非屏蔽线不对称线(D线-B线)试验示意图；

附图9是实施例1中100kHz振铃波非屏蔽线不对称线(B线-地)试验示意图；

附图10是实施例1中100kHz振铃波非屏蔽线不对称线(D线-B线)试验示意图；

附图11是实施例1中100kHz/1MHz阻尼振荡波非屏蔽线不对称线(D线-B线)试验示意图；

附图12是实施例2中耦合去耦合网络的结构示意图；

附图13、14是实施例3中耦合去耦合网络的结构示意图。

表1是实施例1中各试验波形限流电阻与耦合器件对照表。

表2是实施例3中各试验波形限流电阻与耦合器件对照表。

1-耦合电路；11-耦合高端线路；12-耦合低端线路；2-去耦合电路。

【具体实施方式】

实施例1

本实施例公开了一种耦合去耦合网络结构示意图，如图3所示，包括耦合电路1和去耦合电路2；耦合电路1由耦合高端线路11和耦合低端线路12构成，耦合高端线路11包括四路并联连接的线路，记为A、B、C、D，其公共端与波形发生器高端连接，每路耦合高端线路11通过串联连接的一个限流电阻阵列和一个高端耦合器件阵列分别连接到去耦合电路2和受试设备的对应接口；去耦合电路2中包含四路线路，记为A”、B”、C”、D”，每路去耦合线路的一端与对应的耦合高端线路11连接(A”线路与A线路连接，B”线路与B线路连接，其余线路类似连接)，其另一端与辅助设备接口对应连接；耦合低端线路12由五路并联连接的线路构成，记为A'、B'、C'、D'和PE，其公共端与波形发生器低端连接，其中一路PE的另一端接地，其余四路线路各通过一个普通开关S₁分别与四路耦合高端线路11一一对应连接(A线路与A'线路对应，B线路与B'线路对应，其余线路类似连接)，每路低端耦合线路12 与其对应的高端耦合线路11的结点位于限流电阻阵列以及高端耦合器件阵列之间；去耦合电路2中相邻去耦合线路(A”和B”、C”和D”)两两设置在同一磁芯内。

本实施例中每个限流电阻阵列中包括四个限流电阻R_C1、R_C2、R_C3和R_C4，其阻值分别为80Ω、25Ω、40Ω和0Ω，每个独立的限流电阻均与一个普通开关S₂串联后与本阵列中其他限流电阻并联后再与一个高端耦合器件阵列串联；每个高端耦合器件阵列中包括并联连接的一个0.5μF的电容C、一个气体放电管GDT和一个0Ω电阻R₅，其中每个独立的元件均与一个普通开关S₃串联后与本阵列中其他元件并联后再与去耦合电路2连接；每路耦合低端线路12中均设置有一个用于导通和断开各自所在线路的普通开关S₁。

本实施例通过切换灵活组合所需的限流电阻、耦合器件以及耦合路径，可实现包括浪涌波、振铃波以及慢速阻尼振荡波非屏蔽不对称线和对称线试验。对应的耦合去耦合网络耦合路径、耦合方式的选择方式详述如下：

对于非屏蔽对称线试验，以1对线(A线和B线)试验的线路接线方式为例：首先将接地线路PE中普通开关S₁闭合，通过闭合普通开关S₃分别将A、B线路中的气体放电管接入电路中作为耦合器件，受试设备的信号端与耦合电路A线和B线的端口相连接，辅助设备的信号端口与去耦合电路中的A”线和B”线的端口相连接，接着根据输入波形的不同，将不同限流电阻接入电路中。对于输入波形为1.2/50μs的情况，通过普通开关S₂分别将线路A和B中80Ω的限流电阻R_C1接通，具体的连接线路如图4所示；输入波形为10/7000μs时，通过普通开关S₂分别将线路A和B中的25Ω的限流电阻R_C2接通，具体线路如图5所示；当输入波形为100kHz的振铃波以及100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波时，通过普通开关S₂分别将线路A和B中0Ω的限流电阻R_C4接通，具体线路如图6所示；以上为1对线试验的接线方式，2对线或多对线试验可参照上述方法和表1选择合适的限流电阻和耦合器件。

对于非屏蔽不对称线试验，试验又可分为线-地试验和线对线试验。其中线-地试验时，均需将接地线路PE中普通开关S₁闭合，以耦合B线-地为例，试验波形为浪涌组合波1.2/50μs时，通过普通开关S₂和普通开关S₃分别将B线路中的40Ω的限流电阻R_C3和气体放电管接入电路中，受试设备的信号端与耦合电路A线和B线的端口相连接，辅助设备的信号端口与去耦合电路中的A”线和B”线的端口连接，具体的连接方式如图7所示；线-线试验时，以耦合D-B线为例，通过普通开关S₂和普通开关S₃分别将D线路中的40Ω的限流电阻R_C3和气体放电管接入电路中，通过普通开关S₃将B线路中的0Ω电阻R₅接入电路中，通过普通开关S₁将B'线路导通，受试设备的信号端与耦合电路B线和D线的端口相连接，辅助设备的信号端口与去耦合电路中的B”线和D”线的端口连接，具体的连线方式如图8所示。试验波形为100kHz振铃波的线-地试验时，如B线-地，将接地线路PE中普通开关S₁闭合，通过普通开 关S₂和普通开关S₃分别将B线路中的0Ω的限流电阻R_C3和气体放电管接入电路中，具体连线方式如图9所示；线-线试验，如D线-B线，通过普通开关S₂和普通开关S₃分别将D线路中的0Ω的限流电阻R_C3和气体放电管接入电路中，闭合B线路中普通开关S₃将0Ω电阻接入电路中，通过普通开关S₁将B'线路导通，具体的连线方式如图10所示。试验波形为100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波的线-线试验时，通过普通开关S₂和普通开关S₃分别将D线路中的0Ω的限流电阻R_C3和气体放电管接入电路中，闭合B线路中普通开关S₃将气体放电管接入电路中，通过普通开关S₁将B'线路导通，具体的连线方式如图11所示。

针对试验波形以及耦合路径的不同，参照上述方法和表1选择合适的限流电阻和耦合器件，本实施例可完成包括10/700μs(5/320μs)、1.2/50μs(8/20μs)、100kHz振铃波、100kHz/1MHz慢速阻尼振荡波在内的信号端口测试，具有应用范围广，操作简便等特点。

表1

实施例2

如图12所示，与实施例1不同的是，本实施例中的限流电阻阵列、高端耦合器件阵列以及耦合低端线路的切换均采用多触点式继电器开关实现，在耦合低端线路12中设置一个多触点继电器开关S₁，每个限流电阻阵列和高端耦合器件阵列分别设置一个多触点继电器开关S₂和多触点继电器开关S₃。具体试验的连接方式可参照实施例1和表1。

实施例3

如图13和图14所示，与实施例1和2均不同的是，本实施例中耦合低端线路12中除接地线路PE以外，每路线路均通过一个低端耦合器件阵列分别与n路耦合高端线路一一连接；每路低端耦合线路与其对应的高端耦合线路的结点位于耦合高端线路11高端耦合器件阵列与去耦合线路之间。

耦合低端线路12中的低端耦合器件阵列由并联连接的一个气体放电管以及一个0Ω电阻组成。其中图13中的可切换方式通过普通开关实现，图14中的可切换方式通过多触点继电器实现。具体试验的连接方式可参照实施例1和表2，表2中“高端”指高端耦合器件，“低端”指低端耦合器件。

表2

Claims (10)

1.一种多功能信号线耦合去耦合网络，包括耦合电路(1)和去耦合电路(2)，所述耦合电路(1)包括由n路并联连接的线路组成的耦合高端线路(11)，其中n≥1；所述去耦合电路(2)中具有n路与耦合高端线路(11)对应连接的去耦合线路；其特征在于，每路耦合高端线路(11)包括串联连接的一个限流电阻阵列和一个高端耦合器件阵列，限流电阻阵列由一个及以上的电阻并联组成，高端耦合器件阵列具有一个及以上以可切换方式并联连接的耦合元件；该耦合电路(1)中还包括控制耦合路径的耦合低端线路(12)，所述耦合低端线路(12)由n+1路并联连接的线路构成，其中一路接地，其余n路线路分别与n路耦合高端线路(11)一一连接。

2.如权利要求1所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述每路耦合低端线路(12)均以可切换的方式与耦合高端线路(11)连接，每路耦合低端线路(12)与其对应的耦合高端线路(11)的结点位于耦合高端线路(11)限流电阻阵列与高端耦合器件阵列之间。

3.如权利要求1所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述耦合低端线路(12)中一路以可切换的方式接地，其余n路线路中的每路线路通过可切换的低端耦合器件阵列分别与n路耦合高端线路(11)一一连接；每路耦合低端线路(12)与其对应的耦合高端线路(11)的结点位于耦合高端线路(11)高端耦合器件阵列与去耦合线路之间。

4.如权利要求1至3任一项所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述耦合高端线路(11)路数n≥2时，相邻去耦合线路两两设置在同一磁芯内。

5.如权利要求1至3任一项所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述限流电阻阵列以可切换方式与高端耦合器件阵列连接；所述可切换限流电阻阵列、可切换高端耦合器件阵列与可切换耦合低端线路(12)或可切换低端耦合器件阵列共同动作以实现耦合路径、耦合方式的改变。

6.如权利要求1至3任一项所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述可切换的方式可通过包括继电器、普通开关或者插拔的方式实现。

7.如权利要求1至3任一项所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述每路耦合高端线路(11)的等效电阻值包括0Ω、25Ω和40Ω，所述限流电阻阵列包括至少一个与等效电阻值相等的限流电阻。

8.如权利要求7所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述限流电阻阵列中还包括阻值等于每路耦合高端线路(11)的等效电阻值与实际参与耦合的线路路数乘积的限流电阻，其中所述等效电阻阻值为40Ω。

9.如权利要求1至3任一项所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述高端耦合器件阵列和/或低端耦合器件阵列中耦合元件的类型包括气体放电管、电容和雪崩二极管；其中所述电容包括0.5μF和3μF。

10.如权利要求9所述的耦合去耦合网络，其特征在于，所述高端耦合器件阵列中和/或低端耦合器件阵列中还包括一个用于导通所在电路的电阻，该电阻的阻值为0Ω。