CN105842562B - 一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置 - Google Patents

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    • G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing

Abstract

本发明提供一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，该装置与一被测设备电性连接，包括FPGA芯片、直接数字频率合成器、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片、耦合电路、隔离采样电路和转换开关，所述直接数字频率合成器、FPGA芯片、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片和耦合电路依次电性连接，所述转换开关通过隔离采样电路与FPGA芯片电性连接，所述转换开关与耦合电路电性连接。本发明将现有的任意波形发生器、功率放大、耦合等电路整合到一起，通过编制专用软件研制成功专用于0Hz‑150kHz共模传导骚扰抗扰度测试的电路。电路搭建、使用较为方便，信号幅值、频率等指标均满足标准要求，较为显著的提高了测试效率和试验的准确性。

Description

一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置
技术领域
本发明属于电磁兼容性测试领域，特别涉及一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置。
背景技术
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)测试是电气、电子设备的重要评价过程。它由静电放电抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌(冲击)抗扰度试验以及0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度试验等一系列的试验组成。IEC 61000-4-16、GB/T 17626.16等标准对0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度试验的实施方法作了明确的规定。简要来说，在进行该试验时，电源通过隔离装置或去耦合网络向被试设备供电，试验波形发生器通过耦合网络向被试设备施加共模传导骚扰信号。通过观察被试设备的运行状况，来判断其是否通过测试。
试验波形发生器作为测试的主要设备，上述标准同时规定了它应满足的技术指标，如输出波形为正弦，总谐波失真小于1％；开路输出有效值电压范围1V(-10％)至30V(+30％)；阻抗50Ω(±10％)，频率15Hz(-10％)至150kHz(+10％)，且具有1×10-2十倍频程/s或更慢的自动扫描能力，输出电压依据频率可线性变化或恒定不变。
此外，在依据国家标准GB 18499进行家用和类似用途的剩余电流动作保护器(Residual Current Operated Protective Devices，RCD)的0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度试验时，另有规定共模阻抗为150Ω，需用正弦电流信号施加到被试设备上，其电流有效值依据额定剩余动作电流或信号频率的不同从2mA-66mA间变化。
目前，RCD等电气、电子设备在进行0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度试验时，不合格率较高。鉴于RCD在降低触电事故危害、保护人身安全上的重要性，一套符合上述标准要求的波形发生器及配套设备对于该试验的实施是很必要的。但目前专用于实现该试验的设备很少，且需要用到脉宽调制电路、大功率开关器件等，费用昂贵且输出频率受开关器件关断时间的限制，高频时波形较差。通用的波形发生器则存在输出功率不足、电流较难维持恒定、频率与幅值不能同时扫描等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电路搭建使用方便用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，包括FPGA芯片、直接数字频率合成器、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片、耦合电路、隔离采样电路和转换开关，所述直接数字频率合成器、FPGA芯片、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片和耦合电路的输入端依次电性连接，所述转换开关通过隔离采样电路与FPGA芯片电性连接，所述耦合电路的输出端用于与一被测设备电性连接；
所述直接数字频率合成器，用于设置FPGA芯片输出的测试信号的频率及幅值；
所述FPGA芯片，用于在规定时间内持续输出测试信号，并根据隔离采样电路采集的反馈测试信号来调整FPGA芯片输出的测试信号；
所述数模转换芯片，用于将FPGA芯片输出的测试信号转换为模拟测试信号；
所述带通滤波器，用于滤去模拟测试信号中的高频及直流分量，从而输出滤波模拟测试信号；
所述音频功率放大芯片，用于对滤波模拟测试信号进行放大，从而输出放大模拟测试信号；
所述耦合电路，用于放大模拟测试信号耦合至被测设备；
所述隔离采样电路，用于通过转换开关来选择采集耦合电路输出端的放大模拟测试信号和耦合电路输入端的放大模拟测试信号中的一种，并将采集到的放大模拟测试信号通过模数转换为反馈测试信号后传输至FPGA芯片。
优选地，所述音频功率放大芯片的型号为LM3886。
优选地，所述电阻为额定功率大于5W的大功率电阻。
优选地，所述电容为400V以上的高压无极性电容。
优选地，模拟测试信号的电压有效值最高至30V。
优选地，在共模阻抗为150Ω时，模拟测试信号电流的有效值最高为66mA，所述共模阻抗的值为耦合电路输出的模拟测试信号的电压有效值与其电流值的比值。
优选地，所述被测设备为剩余动作电流保护器。
优选地，所述被测设备与一辅助设备电性连接，所述辅助设备为供电电源或者通信设备。
优选地，所述被测设备和辅助设备之间安装有去耦合电路，所述去耦合电路用于消除耦合电路输出的模拟测试信号对辅助设备的干扰。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明将现有的任意波形发生器、功率放大、耦合等电路整合到一起，通过编制专用软件研制成功专用于0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度测试的电路。电路搭建、使用较为方便，信号幅值、频率等指标均满足标准要求，较为显著的提高了测试效率和试验的准确性。
将集成音频功率放大芯片引入本装置中，取得了较好的效果。简化了装置设计、生产与调试的周期，避免了自行设计分立式功率放大电路带来的复杂性与低效率。
附图说明
图1为本发明一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明提供了一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，所述抗扰度测试的装置与一被测设备电性连接，包括FPGA芯片、直接数字频率合成器、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片、耦合电路、隔离采样电路、转换开关和去耦合电路，所述直接数字频率合成器、FPGA芯片、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片和耦合电路的输入端依次电性连接，所述耦合电路的输出端与被测设备电性连接，所述转换开关通过隔离采样电路与FPGA芯片电性连接，所述转换开关与耦合电路电性连接，所述去耦合电路安装在一辅助设备和被测设备之间，所述耦合电路的输出端与一被测设备电性连接，且所述被测设备与一辅助设备电性连接；
所述去耦合电路用于消除耦合电路输出端输出的模拟测试信号对辅助设备的干扰；
所述直接数字频率合成器，用于设置FPGA芯片输出的测试信号的频率及幅值；
所述FPGA芯片，用于在规定时间内持续输出测试信号，并根据隔离采样电路采集的反馈测试信号来调整FPGA芯片输出的测试信号；
所述数模转换芯片，用于将FPGA芯片输出的测试信号转换为模拟测试信号；
所述带通滤波器，用于滤去模拟测试信号中的高频及直流分量，并输出滤波模拟测试信号；
所述音频功率放大芯片，用于对滤波模拟测试信号进行放大，并输出放大模拟测试信号，所述音频功率放大芯片的型号为LM3886。通常的功率放大芯片都很难达到标准要求的输出电压或者输出电流，并且分立式功率放大电路搭建和调试较为复杂，应用不方便，但是本实施例的音频功率放大芯片，可以输出足够高的电压和功率，同时能够满足带宽和共模抑制比等指标要求。
所述耦合电路，用于将经过功率放大后的模拟测试信号耦合至被测设备上，同时将辅助设备高压隔离，耦合电路可以由电阻和电容串联而成，但是应分别选用电阻为额定功率大于5W的大功率电阻和电容为400V以上的高压无极性电容。
所述隔离采样电路，用于通过转换开关来选择采集输入耦合电路的模拟测试信号还是耦合电路输出的模拟测试信号，并将采集到的模拟测试信号通过模数转换为反馈测试信号后传输至FPGA芯片。采样点共有两处，一处是耦合电路输出端用于采集电压，一处是耦合电路输入端用于采集电流。
本发明的工作原理：
本发明依照IEC61000-4-16、GB/T 17626.16等标准对被试设备的0Hz-150kHz共模传导骚扰抗扰度试验来进行测试。本发明主要应用于测试被测设备的状态，在测试的实施过程中辅助设备及去耦合电路启动运行模拟被测设备的实际工作状态。
通过直接数字频率合成器、数模转换模块和FPGA芯片来生成幅值和频率可任意调节的正弦波电压测试信号，并且FPGA芯片在标准时间内持续输出测试信号，并根据隔离采样电路反馈回的电压、电流及频率至来调整测试信号对应的参数以满足标准。
此正弦波测试信号通过带通滤波器滤去高频和直流分量。滤波后的电压信号幅值和带载能力较低，而标准要求输出电压也即是模拟测试信号电压的有效值最高至30V或者在共模阻抗为150Ω时，输出电流有效值最高为66mA，因此便需要对原有的信号进行功率放大。本实施例中使用音频功率放大芯片可以达到要求。耦合电路将经过功率放大后的测试信号施加至被测设备上，并且将辅助设备高压隔离。
在信号采集的过程中，可以通过隔离采样电路，采集电压信号时，通过转换开关将采集点放置耦合电路输出端，将采集到的测试信号进行AD转换后送入到FPGA芯片中，在FPGA芯片中对采集到的测试信号幅值、频率等参数与设置值进行比较，若存在误差，则改变输出的测试信号的对应参数来调节FPGA芯片输出的测试信号。
辅助设备用于模拟被测设备实际工作时与之相连的设备，如供电电源、通信设备等，为避免其受到测试信号的干扰，在其与被试设备之间应加入去耦合电路。但若辅助设备本身是隔离的，则去耦合电路可以省去。
在整个测试的过程中，按照检验标准来设置输出的测试信号的频率及有效值。通过对被测设备的功能丧失或性能降级的情况进行分类，得到测试结果。以下是几种分类情况：在技术要求限制内性能正常；功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复；功能或性能暂时降低或丧失，但需要操作者干预或系统复位；因设备(元件)或软件的损坏，或数据丢失而造成不能恢复至正常状态的功能降低或丧失。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，包括FPGA芯片、直接数字频率合成器、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片、耦合电路、隔离采样电路和转换开关，所述直接数字频率合成器、FPGA芯片、数模转换芯片、带通滤波器、音频功率放大芯片和耦合电路的输入端依次电性连接，所述转换开关通过隔离采样电路与FPGA芯片电性连接，所述耦合电路的输出端用于与一被测设备电性连接；
所述直接数字频率合成器，用于设置FPGA芯片输出的测试信号的频率及幅值；
所述FPGA芯片，用于在规定时间内持续输出测试信号，并根据隔离采样电路采集的反馈测试信号来调整FPGA芯片输出的测试信号；
所述数模转换芯片，用于将FPGA芯片输出的测试信号转换为模拟测试信号；
所述带通滤波器，用于滤去模拟测试信号中的高频及直流分量，从而输出滤波模拟测试信号；
所述音频功率放大芯片，用于对滤波模拟测试信号进行放大，从而输出放大模拟测试信号；
所述耦合电路，用于将放大模拟测试信号耦合至被测设备；
所述隔离采样电路，用于通过转换开关来选择采集耦合电路输入端的放大模拟测试信号和耦合电路输出端的放大模拟测试信号中的一种，并将采集到的放大模拟测试信号通过模数转换为反馈测试信号后传输至FPGA芯片。
2.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述音频功率放大芯片的型号为LM3886。
3.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述耦合电路由电阻和电容串联组成。
4.如权利要求3所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述电阻为额定功率大于5W的大功率电阻。
5.如权利要求3所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述电容为400V以上的高压无极性电容。
6.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，模拟测试信号的电压有效值最高至30V。
7.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，在共模阻抗为150Ω时，模拟测试信号电流的有效值最高为66mA，所述共模阻抗的值为耦合电路输出的模拟测试信号的电压有效值与其电流值的比值。
8.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述被测设备为剩余动作电流保护器。
9.如权利要求1所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述被测设备与一辅助设备电性连接，所述辅助设备为供电电源或者通信设备。
10.如权利要求9所述的用于共模传导骚扰抗扰度测试的装置，其特征在于，所述被测设备和辅助设备之间安装有去耦合电路，所述去耦合电路用于消除耦合电路输出的模拟测试信号对辅助设备的干扰。
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