CN110531173A - 电磁辐射干扰发生装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁辐射干扰发生装置及试验方法。此装置利用电感的断电所产生的反电动势经过高频变压器的互感耦合放大到几千伏，此高压使得气体放电灯所含气体电离形成电弧放电，电弧放电过程中会向空间传播大量的电磁场能量。利用此特性可以为汽车电子产品的控制单元、汽车传感器等，进行电磁辐射抗干扰试验，为系统可靠性的测试提供了有效的设备。
Description
技术领域
本发明属于电磁辐射领域，具体涉及一种电磁辐射干扰发生装置及试验方法。
背景技术
电磁兼容(EMC)测试,是车载产品所必须进行的测试。其中辐射抗干扰试验是电磁兼容测试所包含的项目之一，主要是考查汽车零部件抗空间电磁能量辐射的能力。
对设计的新产品进行摸底的辐射抗干扰试验，因缺少模拟干扰设备，测试需要去专业的电磁兼容实验室进行测试。这样做存在的缺点：1、摸底测试费用高2、测试排期长，影响产品验证进度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电磁辐射干扰发生装置及试验方法，此测试设备利用电弧放电过程中会向空间传播大量的电磁场能量，能够应用于汽车电子产品的控制单元、汽车传感器等电磁辐射抗干扰试验。
本发明的技术方案是这样实现的：
一、一种电磁辐射干扰发生装置
装置包括单片机U1、高频变压器TR1、降压稳压器U2、金属屏蔽罩F1，单片机U1的XTAL1引脚和XTAL2引脚分别经电容C1、电容C2连通后接地，XTAL1引脚和XTAL2引脚之间并联有晶振X1，单片机U1的RST引脚经电容C3接地，电阻R1的一端连接到RST引脚和电容C3之间，电阻R1的另一端分别连接到降压稳压器U2的VO引脚和LS1蜂鸣器的正极(1号引脚)，LS1蜂鸣器的负极(2号引脚)连接到单片机U1的P1.7引脚，降压稳压器U2的GND引脚接地，降压稳压器U2的VI引脚经按钮开关K1连接到第一电源；单片机U1的P3.4/T0引脚经按钮开关K2接地，单片机U1的P3.7/RD引脚经按钮开关K3接地；单片机U1的P2.5/A13引脚连接MOS管Q1的G端栅极，MOS管Q1的S端源极连接功率地，高频变压器TR1的初级线圈的一端连接到电源，初级线圈的另一端连接到MOS管Q1的D端漏极，高频变压器TR1的次级线圈的一端经二极管D1连接到灯LAMP的一端，灯LAMP的另一端与次级线圈另一端连接，灯LAMP的另一端还连接功率地，金属屏蔽罩F1连接模拟地，单片机U1、晶振X1、电容C1、电容C2、电阻R1、电容C3和降压稳压器U2被笼罩在金属屏蔽罩F1的内部。
装置还包括接插件J1，接插件J1包括1号、2号、3号、4号四个引脚，降压稳压器U2的VI引脚经按钮开关K1连接到接插件J1的1号引脚，接插件J1的1号引脚再连接到电源的正极，接插件J1的2号引脚接地，高频变压器TR1的初级线圈的一端经接插件J1的3号引脚连接到电源的正极，接插件J1的2号引脚连接到电源的负极。
所述的二极管D1(UF4007)为功率整流二极管，MOS管Q1(IRFP460A)为功率MOS管，降压稳压器U2(7805)的输出电压为5V，按钮开关K1为不回位开关，按钮开关K2、K3为回位开关，灯LAMP为气体放电灯。
所述的单片机U1型号为80C51，降压稳压器U2的型号为7805。
二、一种电磁辐射抗干扰试验方法，包括以下步骤：
步骤一：将等待进行抗干扰试验的待测控制器连接到第二电源，再用CAN(差分信号)线将待测控制器与计算机连接；
步骤二：将电磁辐射干扰发生装置放置在距离待测控制器的已知距离处，按下按钮开关K1启动电磁辐射干扰发生装置，通过按钮开关K2设置灯LAMP的触发间隔时间，使得灯LAMP按照触发间隔时间进行点亮，灯LAMP点亮过程中向周围空间释放电磁能量并形成干扰信号，计算机采集待测控制器在受到干扰信号作用下的测试数据；
步骤三：若测试数据与标准数据的误差在预定范围内，则判断该次测试数据正常，进入下一步骤；测试数据包括控制器信号的电位大小、信号的时序延迟等，标准数据是指控制器在不施加干扰信号的环境下所测得的测试数据。否则判断待测控制器未通过抗干扰试验；若待测控制器未通过抗干扰试验，则将示波器与待测控制器相连，通过示波器显示的信号波形确定数据异常点，并根据数据异常点对待测控制器的PCB电路板进行整改，接着对整改后的控制器再次进行干扰试验直至不再出现数据异常点，再进入步骤四；
步骤四：通过改变电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离或高频变压器TR1的匝数比改变干扰信号的强度，再重复步骤二和三直至所有测试数据均正常，则判断待测控制器已通过抗干扰试验。
步骤四中改变干扰信号的强度具体通过以下方式中的一种：一是通过逐步增大高频变压器TR1的初级线圈与次级线圈匝数比，使得干扰信号的强度逐渐增大；二是通过逐步减小电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离，使得干扰信号的强度逐渐增大；三是保持电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离不变，利用干扰检测仪标定匝数比与干扰信号的强度之间的关系，再根据标定关系确定干扰信号的强度；四是保持匝数比不变，利用干扰检测仪标定电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间距离与干扰信号强度之间的关系，再根据标定关系确定干扰信号的强度。
所述步骤二中，连续按1、2、3次按钮开关K2时对应设置的触发间隔时间分别为6s，12s、24s，若设置为24s，再次按下按钮K2，则触发干扰的时间间隔被重新恢复到默认设置6S，此时蜂鸣器鸣叫；最后再按下回位开关K3，此时电磁辐射干扰发生装置开始运行。
所述的待测控制器为汽车电子产品的控制单元或汽车传感器。
本发明的积极效果是：一定程度上解决了产品开发初期，对产品做抗扰试验的需求。相比去专业的电磁兼容实验室进行测试，发明设备的使用减小了大量的时间及费用，并且发明设备自身具有价格低廉，操作和维修简单的特点。
附图说明
图1为一种电磁辐射干扰发生装置电路原理图。
图2为一种电磁辐射干扰发生装置使用连接示意图。
图3为一种电磁辐射干扰发生装置内部电路及壳体结构图。
图4为一种电磁辐射干扰发生装置使用流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，单片机U1(80C51)的19号引脚XTAL1连接12MHz晶振X1(HC-49US)的1号引脚、连接8pF电容C1的2引脚。单片机U1的18号引脚XTAL2连接晶振X1的2号引脚、连接8pF电容C2的2引脚。电容C1及电容C2的1号引脚都接模拟地。单片机U1的9号引脚RST连接10K电阻R1的2号引脚、连接1nF电容C3的2号引脚。电容C3的1号引脚接模拟地，电阻R1的1号引脚连接降压稳压器U2(7805)的1号输出引脚VO、连接LS1蜂鸣器(SPEAKER)的1号引脚。降压稳压器U2(7805)的3号引脚VI连接按钮开关K1的2号引脚。降压稳压器U2(7805)的2号引脚GND连接模拟地。LS1蜂鸣器(SPEAKER)的2号引脚连接U1(80C51)的8号引脚P1.7。按钮开关K1的1号引脚连接到接插口J1的1号引脚。接插口J1的3号引脚连接高频变压器TR1的1号引脚、连接接插口J1的1号引脚在node2点，node2点连接12V电源BATTERY的1号正极引脚。接插口J1的2号引脚模拟地连接接插口J1的4号引脚功率地在node1，node1点连接12V电源BATTERY的2号负极引脚。单片机U1的26号脚P2.5/A13连接MOS管Q1(IRFP460A)的G端栅极。MOS管Q1的D端漏极连接高频变压器TR1的2号引脚。MOS管Q1的S端源极连接功率地。单片机U1的14号脚P3.4/T0连接按钮开关的K2的1号引脚。按钮开关的K2的2号引脚接模拟地。单片机U1的17号脚P3.7/RD连接按钮开关的K3的1号引脚。按钮开关的K3的2号引脚接模拟地。高频变压器TR1的3号引脚连接二极管D1(UF4007)的1号引脚，高频变压器TR1的4号连接功率地。二极管D1的2号引脚连接灯LAMP的1号引脚。灯LAMP的2号引脚连接功率地。F1金属屏蔽罩，并且连接模拟地。所笼罩的器件包含：单片机U1、晶振X1、电容C1、电容C2、电阻R1、电容C3、降压稳压器U2。
当MOS管Q1导通时，电源BATTERY(12V)给变压器TR1的初级线圈供电，此时初级线圈存储能量。当MOS管Q1断开时，初级线圈存储的能量就会以反电动势的形式进行释放，故变压器TR1的感应电压2端电位为正，1端电位为负。同时因为变压器TR1同名端感应的电位相同，则TR1的次级线圈的3端电位为正。又因为设计采用的TR1的匝数比1：10，故可将脉冲高压再放大10倍在3端，形成几千伏高压击穿气体放电管。在此过程中向空间释放大量的电磁能量。当变压器存储能量将释放完时，控制单片机控制MOS管Q1导通，从而继续给变压器TR1的初级线圈充电，使得初级线圈再次存储满能量，接着在断开MOS管Q1开关，释放能量。重复以上过程设备就可进行可控的多次辐射干扰。
K1为非回位开关，按下导通给单片机供电。K2是回位开关，用户按下接地，单片机识别为低电平，故可以检测到用户按下一次。单片机通过按下K2开关的次数来设置循环触发干扰的时间间隔，可选的时间为6s，12s，24s。其中6s为默认触发间隔时间。当设置24s后，在按下按钮K2，则触发干扰的时间间隔被重新恢复到默认设置6S，此时单片机控制蜂鸣器接地，从而蜂鸣器鸣叫告知用户已重新恢复到初始时间设置6s。K3是回位开关，用户按下则接地，单片机识别为低电平，此时干扰发生设备开始运行。
如图3所示，为了防止放电过程对单片机部分进行干扰，所以采用金属接地屏蔽罩F1笼罩单片机部分，从而保证单片机部分运行的可靠性。同时对变压器初级线圈的TR1的1号端的供电，及7805模块(单片机部分供电)，采用了单点接电源及单点接地的处理。接电源及接地点分别在电源BATTERY的正负极处，而不在PCB的J1接插口处。这样做使得强电与弱电模块的供电及接地的导线的耦合长度几乎为零，从而保证单片机部分运行的可靠性。
本发明的具体使用过程如下：如图2及图4所示，一种电磁辐射干扰发生装置，供电线连接电源1(12V)，通过按下干扰发生装置K1开关电源总开关,使得整个系统供电。接着通过K2按键开关设置触发间隔时间为12s。设置完成后按下K3按钮开关，此时系统激活运行，观察气体放电灯，是否按所设置的周期进行点亮。如确认无问题，则进行控制器的数据验证。
通过电脑读取控制器通过CAN线，传出的数据的正确性。若无问题，则按照ISO11452-2的辐射抗扰的布置方式，使得干扰设备与控制器的距离为1m。布置无问题后，进行干扰测试。如果测试中数据无异常，测试通过。若数据异常，此时通过示波器观察PCB电路板上的信号波形是否有异常，对有异常的点进行整改。紧接着对整改后的控制器再次进行干扰试验，循环此过程直到整改在不影响产品性能的情况下，故障不在复现，测试通过。
如图2所示，在探测控制器异常波形点时，为了防止干扰设备的干扰信号被示波器所耦合采集，最终导致对故障信号的误判，影响产品的整改。故对示波器探头线，采用铜箔屏蔽包裹探头线缆，并且对铜箔进行接地，铜箔的接地点为电源2的负极。
Claims (8)
1.一种电磁辐射干扰发生装置，其特征在于：包括单片机U1、高频变压器TR1、降压稳压器U2、金属屏蔽罩F1，单片机U1的XTAL1引脚和XTAL2引脚分别经电容C1、电容C2连通后接地，XTAL1引脚和XTAL2引脚之间并联有晶振X1，单片机U1的RST引脚经电容C3接地，电阻R1的一端连接到RST引脚和电容C3之间，电阻R1的另一端分别连接到降压稳压器U2的VO引脚和LS1蜂鸣器的正极(1号引脚)，LS1蜂鸣器的负极(2号引脚)连接到单片机U1的P1.7引脚，降压稳压器U2的GND引脚接地，降压稳压器U2的VI引脚经按钮开关K1连接到第一电源；单片机U1的P3.4/T0引脚经按钮开关K2接地，单片机U1的P3.7/RD引脚经按钮开关K3接地；单片机U1的P2.5/A13引脚连接MOS管Q1的G端栅极，MOS管Q1的S端源极连接功率地，高频变压器TR1的初级线圈的一端连接到电源，初级线圈的另一端连接到MOS管Q1的D端漏极，高频变压器TR1的次级线圈的一端经二极管D1连接到灯LAMP的一端，灯LAMP的另一端与次级线圈另一端连接，灯LAMP的另一端还连接功率地，金属屏蔽罩F1连接模拟地，单片机U1、晶振X1、电容C1、电容C2、电阻R1、电容C3和降压稳压器U2被笼罩在金属屏蔽罩F1的内部。
2.根据权利要求1所述的一种电磁辐射干扰发生装置，其特征在于：装置还包括接插件J1，接插件J1包括1号、2号、3号、4号四个引脚，降压稳压器U2的VI引脚经按钮开关K1连接到接插件J1的1号引脚，接插件J1的1号引脚再连接到电源的正极，接插件J1的2号引脚接地，高频变压器TR1的初级线圈的一端经接插件J1的3号引脚连接到电源的正极，接插件J1的2号引脚连接到电源的负极。
3.根据权利要求1所述的一种电磁辐射干扰发生装置，其特征在于：所述的二极管D1(UF4007)为功率整流二极管，MOS管Q1(IRFP460A)为功率MOS管，降压稳压器U2(7805)的输出电压为5V，按钮开关K1为不回位开关，按钮开关K2、K3为回位开关，灯LAMP为气体放电灯。
4.根据权利要求1所述的一种电磁辐射干扰发生装置，其特征在于：所述的单片机U1型号为80C51，降压稳压器U2的型号为7805。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种电磁辐射抗干扰试验方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将等待进行抗干扰试验的待测控制器连接到第二电源，再用CAN(差分信号)线将待测控制器与计算机连接；
步骤二：将电磁辐射干扰发生装置放置在距离待测控制器的已知距离处，按下按钮开关K1启动电磁辐射干扰发生装置，通过按钮开关K2设置灯LAMP的触发间隔时间，使得灯LAMP按照触发间隔时间进行点亮，灯LAMP点亮过程中向周围空间释放电磁能量并形成干扰信号，计算机采集待测控制器在受到干扰信号作用下的测试数据；
步骤三：若测试数据与标准数据的误差在预定范围内，则判断该次测试数据正常，进入下一步骤；否则判断待测控制器未通过抗干扰试验；
步骤四：通过改变电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离或高频变压器TR1的匝数比改变干扰信号的强度，再重复步骤二和三直至所有测试数据均正常，则判断待测控制器已通过抗干扰试验。
6.根据权利要求5所述的一种电磁辐射抗干扰试验方法，其特征在于：
步骤四中改变干扰信号的强度具体通过以下方式中的一种：
通过逐步增大高频变压器TR1的初级线圈与次级线圈匝数比，使得干扰信号的强度逐渐增大；
或者通过逐步减小电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离，使得干扰信号的强度逐渐增大；
再或者是保持电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间的距离不变，利用干扰检测仪标定匝数比与干扰信号的强度之间的关系，再根据标定关系确定干扰信号的强度；
再或者是保持匝数比不变，利用干扰检测仪标定电磁辐射干扰发生装置与待测控制器之间距离与干扰信号强度之间的关系，再根据标定关系确定干扰信号的强度。
7.根据权利要求5所述的一种电磁辐射抗干扰试验方法，其特征在于：所述步骤二中，连续按1、2、3次按钮开关K2时对应设置的触发间隔时间分别为6s，12s、24s，若设置为24s，再次按下按钮K2，则触发干扰的时间间隔被重新恢复到默认设置6S，此时蜂鸣器鸣叫；最后再按下回位开关K3，此时电磁辐射干扰发生装置开始运行。
8.根据权利要求5所述的一种电磁辐射抗干扰试验方法，其特征在于：所述的待测控制器为汽车电子产品的控制单元或汽车传感器。
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| CN111289807B (zh) * | 2020-03-31 | 2022-08-23 | 西安微电子技术研究所 | 一种电子产品抗干扰方式选取方法 |
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| CN110531173B (zh) | 2023-11-14 |
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