CN108009308A - 一种传导电磁干扰预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传导电磁干扰预测方法，其通过仿真模型获取输入输出数据，利用最小二乘法对差模干扰耦合通道模型进行辨识。该模型可以较准确描述差模干扰耦合通道特性，可进一步实现对实际电路中电源侧差模干扰的定量预测和功率谱分析，为解决实际电路干扰不易测试提供了一种可行方法。本发明的有益效果是：本方法通过仿真电路获取模型数据，建立耦合通道模型。实际中只需测试干扰输入信号，通过示波器等常规设备就可实现传导电磁干扰预测波形，对于实际电路测试操作性强，而且可得到干扰输出的定量数据和波形，测试快捷准确，简单易行。

Description

一种传导电磁干扰预测方法
技术领域
本发明涉及一种传导电磁干扰预测方法，属于电力电子电磁干扰技术研究领域。
背景技术
目前在对电力变换电路中的传导电磁干扰进行定量预测的方法主要分为三类：一是测试的方法，二是建立电路模型法，三是数值分析的方法。第一类测试干扰的方法需要严格的电磁兼容测试环境以及专业的设备，而且往往只能给出定性的结果和评判；第二类建立电路模型的方法主要通过建立干扰源模型或者无源元件的寄生参数模型，而这两类元件模型的建立也需要复杂的数学分析和精密的网络分析仪等设备；第三类数值分析的方法需要复杂的数学分析和大量的仿真计算，难于满足实际干扰预测简单快速、定量直观的要求。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种简单易行、定量获取干扰信号的传导电磁干扰预测方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种传导电磁干扰预测方法，包括以下步骤：
1）、确认实际电力变换电路中传导电磁干扰产生原因，分析电路的主要干扰源，确认干扰产生位置及元件；建立待测对象的预测模型图；
2）、搭建实际电路的Pspice仿真模型并加入人工电源网络LISN；由步骤1确认最主要的干扰源和元件，以电压源和理想开关串联代替该元件；获取干扰输入信号和输出信号，建立预测模型图对应的系统结构图；
3）、利用最小二乘法由步骤2中的仿真数据推导出系统耦合通道模型；
4）、由步骤1）分析结果，结合耦合通道模型，确定耦合通道模型的阶数；并进一步由步骤2中数据辨识出耦合通道模型的系统参数；
5）、在实际电路中测试干扰输入，利用步骤4确认阶数和系统参数的耦合通道模型预测出传导电磁干扰输出波形；
所述电压源为分段线性电压源，其激励信号设置为伪随机信号，以激励仿真模型电路的所有模态。
作为上述技术方案的改进，所述的步骤1为：分析实际电力变换电路的主要干扰源VDS，确定干扰测试点及元件，并建立待测对象的预测模型图
；
所述的步骤2为：搭建步骤1）实际电路的Pspice仿真模型，并加入测试干扰附件人工电源网络LISN；由步骤1确定的干扰源VDS，在Pspice仿真模型中用电压源VS和理想开关S替代该干扰源VDS的元件，编辑电压源VS的激励文件，设置为伪随机信号序列；
以干扰测试点所测得信号为输出信号z（k），以干扰源VDS信号为输入信号u（k），建立预测模型图对应的系统结构图
，
其中u（k）为输入信号，z（k）为输出信号，e（k）为噪声；
确定该系统结构图的矩阵方程
其中
所述的步骤3为，由最小二乘法，得到系统结构图参数模型
其中L为矩阵HL和ZL的行数，
进一步辨识得出耦合通道模型
；
所述的步骤4为：在Pspice仿真模型中提取电压源和理想开关的串联组合信号作为输入信号u（k），提取由人工电源网络LISN测得的差模信号作为输出信号z（k）；将输入信号u（k）和输出信号z（k）导入步骤3的耦合通道模型对应的参数方程中， 确定耦合通道模型G(z)阶数，从而可以辨识出耦合通道模型G(z)的参数；
所述的步骤5为，在实际电路中测试待测干扰源的波形，利用步骤4所述的确定阶数和参数的耦合通道模型G(z)进行计算，预测出实际传导电磁干扰波形。
本申请的工作原理为：1）采用最小二乘法由仿真数据辨识干扰耦合通道模型，由实测干扰输入数据预测出传导干扰波形；
2）在建立模型时，将主要开关元件的电压VDS作为输入信号，忽略次要的续流管、保护管等的非线性作用，将干扰产生电路简化为上述步骤1）的线性动态系统系统；
3）在获得模型数据的Pspice仿真模型中，以电压源VS和理想开关S替代该干扰源VDS，而电压源为分段线性电压源，其激励信号设置为伪随机信号，以激励电路的所有模态。
本发明通过仿真模型获取输入输出数据，利用最小二乘法对差模干扰耦合通道模型进行辨识。该模型可以较准确描述差模干扰耦合通道特性，可进一步实现对实际电路中电源侧差模干扰的定量预测和功率谱分析，为解决实际电路干扰不易测试提供了一种可行方法。
本发明的有益效果是：本方法通过仿真电路获取模型数据，建立耦合通道模型。实际中只需测试干扰输入信号，通过示波器等常规设备就可实现传导电磁干扰预测波形，对于实际电路测试操作性强，而且可得到干扰输出的定量数据和波形，测试快捷准确，简单易行。
附图说明
图1为本发明的实施例1实际电路图。
图2为本发明的实施例1电压源的激励波形图。
图3为本发明的实施例1的干扰源输入信号u（k）的波形图。
图4为本发明的实施例1的预测输出波形和测试输出波形图。
图5为本发明的方法步骤图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
实施例1
本实施例以电力变换电路中的buck变换器电源侧的传导电磁干扰预测为例。
buck变换器主要由电阻、电感及功率开关元件构成，如图1所示，其输入电压VDC=12V，开关频率f=100kHz，电感L1=1mH，滤波电容C=100μF，输出电阻R=10Ω，MOSFET元件型号为IRFP460，二极管型号为MR501。确定干扰源为MOSFET元件。
如图1图5所示，建立实际电路的Pspice仿真模型，并加入测试干扰附件人工电源网络LISN，并在仿真模型中使用理想开关和电压源替代MOSFET元件，电压源为分段线性源，其激励波形如图 2所示，为一种伪随机信号。
在Pspice仿真模型中提取电压源和理想开关的串联组合信号作为输入信号u（k），提取由人工电源网络LISN测得的差模信号作为输出信号z（k），由数据建立耦合通道模型为
在实际电路中测试待测干扰源MOSFET元件的干扰VDS作为输入信号u（k），其波形如图3所示，由上述的耦合通道模型G（z）,得出如图4所示的传导电磁干扰预测波形，其与图4所示的实际测试的方法所测得的干扰测试波形相对比，吻合度高，并且得到如表1所示的干扰预测波形的主要数据，其中误差最大为0.145V，延迟时间约为0.001s。
本申请在辨识出耦合通道模型G（z），只需测试干扰源的电压信号，不需在实际电路中加入LISN，即可实现预测，操作简单易行。
表1预测波形主要数据
参数 正半周误差最大值（V） 负半周误差最大值(V) 延迟时间(s)
实际测试 0.145 0.158 0.001
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种传导电磁干扰预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、确认实际电力变换电路中传导电磁干扰产生原因，分析电路的主要干扰源，确认干扰产生位置及元件；建立待测对象的预测模型图；
2)、搭建实际电路的Pspice仿真模型并加入人工电源网络LISN；由步骤1确认最主要的干扰源和元件，以电压源和理想开关串联代替该元件；获取干扰输入信号和输出信号，建立预测模型图对应的系统结构图；
3)、利用最小二乘法由步骤2中的仿真数据推导出系统耦合通道模型；
4)、由步骤1)分析结果，结合耦合通道模型，确定耦合通道模型的阶数；并进一步由步骤2中数据辨识出耦合通道模型的系统参数；
5)、在实际电路中测试干扰输入，利用步骤4确认阶数和系统参数的耦合通道模型预测出传导电磁干扰输出波形；
所述电压源为分段线性电压源，其激励信号设置为伪随机信号，以激励仿真模型电路的所有模态。
2.根据权利要求1所述的一种传导电磁干扰预测方法，其特征在于：所述的步骤1为：分析实际电力变换电路的主要干扰源VDS，确定干扰测试点及元件，并建立待测对象的预测模型图；
所述的步骤2为：搭建步骤1)实际电路的Pspice仿真模型，并加入测试干扰附件人工电源网络LISN；由步骤1确定的干扰源VDS，在Pspice仿真模型中用电压源VS和理想开关S替代该干扰源VDS的元件，编辑电压源VS的激励文件，设置为伪随机信号序列；
以干扰测试点所测得信号为输出信号z(k)，以干扰源VDS信号为输入信号u(k)，建立预测模型图对应的系统结构
确定该系统结构图的矩阵方程
zL＝HLθ+EL
其中
zL＝[z(k+1)z(k+2)Λz(k+L)]T
EL＝[e(k+1)e(k+2)Λe(k+L)]T
所述的步骤3为，由最小二乘法，得到系统结构图参数模型
其中L为矩阵HL和ZL的行数，
进一步辨识得出耦合通道模型
所述的步骤4为：在Pspice仿真模型中提取电压源和理想开关的串联组合信号作为输入信号u(k)，提取由人工电源网络LISN测得的差模信号作为输出信号z(k)；将输入信号u(k)和输出信号z(k)导入步骤3的耦合通道模型对应的参数方程θL中，确定耦合通道模型G(z)阶数，从而可以辨识出耦合通道模型G(z)的参数；
所述的步骤5为，在实际电路中测试待测干扰源的波形，利用步骤4所述的确定阶数和参数的耦合通道模型G(z)进行计算，预测出实际传导电磁干扰波形。
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