CN113325258A - 一种传导电磁干扰测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种传导电磁干扰测试方法及系统，传导电磁干扰测试方法包括：时域波形采集步骤：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；干扰分量计算步骤：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；频域转换步骤：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。本发明未隔离电源端和负载端的传导电磁干扰，测试结果真实地反映了被测端口的总的传导电磁干扰水平，适用于绝大多数实际应用现场的测试要求，具有较高的普适性。

Description

一种传导电磁干扰测试方法及系统
技术领域
本申请涉及测试技术领域，尤其涉及一种传导电磁干扰测试方法及系统。
背景技术
目前，车载变流器产生的传导电磁干扰的测试，一般是在电磁兼容暗室测试环境中进行的。测试设备包括线性阻抗稳定网络(LISN)和EMI接收机。测试连接如图2所示，LISN与车载变流器被测端口相连，EMI接收机与LISN相连。LISN的作用是隔离电源端和负载端对车载变流器的传导干扰，使得所测传导干扰均来自于变流器本身，并保持被测端口的输入阻抗一定；EMI接收机的作用是在频率范围内显示传导电磁干扰的噪声幅值。上述这种传导电磁干扰的测试方法，仅适用于电磁兼容标准测试。若应用在现场测试中，仍存在着如下几点局限：必须在电磁兼容暗室中进行，对试验场地和试验条件要求苛刻；EMI接收机显示的是传导电磁干扰的噪声幅值信息，无法获得相位信息，不利于进一步的计算分析；EMI接收机显示的是频域结果，无法显示时域结果；传导电磁干扰的表征形式为电压量(dBuV)，不表征电流量；隔离了电源端和负载端的传导电磁干扰，不符合实际现场应用情况；无法区分传导电磁干扰中的差模和共模分量，不利于现场整改。
发明内容
本申请实施例提供了一种传导电磁干扰测试方法及系统，解决了在电磁兼容暗室中进行车载变流器传导电磁干扰测试所存在的若干不足与局限，有利于现场电磁兼容整改等问题。
本发明提供了一种传导电磁干扰测试方法，包括：
时域波形采集步骤：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算步骤：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换步骤：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
上述的传导电磁干扰测试方法，所述时域波形采集步骤包括，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
上述的传导电磁干扰测试方法，所述干扰分量计算步骤包括，通过所述被测端口的所述电压与所述电流计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
上述的传导电磁干扰测试方法，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
上述的传导电磁干扰测试方法，所述频域转换步骤包括，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
本发明还提供一种传导电磁干扰测试系统，其中，适用于上述所述的传导电磁干扰测试方法，所述传导电磁干扰测试系统包括：
时域波形采集单元：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算单元：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换单元：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
上述的传导电磁干扰测试系统，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并通过所述时域波形采集单元采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
上述的传导电磁干扰测试系统，根据所述被测端口的所述电压与所述电流，通过所述干扰分量计算单元计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
上述的传导电磁干扰测试系统，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
上述的传导电磁干扰测试系统，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，通过所述频域转换单元使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
相比于相关技术，本发明弥补了在电磁兼容暗室中进行车载变流器传导电磁干扰测试所存在的若干不足与局限，有利于现场电磁兼容整改。新的现场测试方法对试验场地和试验条件无特殊要求；可以计算分析出共模干扰分量和差模干扰分量；既可以显示时域波形，又可以获取频域频谱；既可以测试电压量，也可以测试电流量；既可以获得干扰噪声的幅值信息，也能获得相位信息。本发明提出的新的现场测试方法未隔离车载变流器电源端和负载端的传导电磁干扰，符合实际现场应用情况，测试结果真实地反映了被测端口的总的传导电磁干扰水平，适用于绝大多数实际应用现场的测试要求，具有较高的普适性。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的传导电磁干扰测试方法流程图；
图2是现有技术车载变流器传导电磁干扰测试的连接示意图；
图3是车载变流器的共模干扰和差模干扰图；
图4是示波器示意图；
图5是高压差分电压探头示意图；
图6是铁氧体电流探头；
图7是车载变流器传导电磁干扰的现场测试方法连接图；
图8是车载变流器传导电磁干扰的现场测试流程图；
图9是车载变流器在台架试验区的传导电磁干扰现场测试图；
图10是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流的时域波形图；
图11是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流幅值的频域波形图；
图12是车载变流器输入1500V端口差模干扰电流幅值的频域波形图；
图13是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流相位的频域波形图；
图14为本发明的传导电磁干扰测试系统的结构示意图。
其中，附图标记为：
时域波形采集单元：51；
干扰分量计算单元：52；
频域转换单元：53。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
车载变流器是安装在轨道车辆上、用于交流电和直流电相互转换的关键设备，包括牵引逆变器和辅助变流器。车载变流器的变流过程需要IGBT等开关器件的快速开通与关断来实现，在此过程中，IGTB开关器件会产生传导电磁干扰，沿着变流器的端口，对变流器输入侧的电源系统和变流器输出侧的负载系统的稳定运行构成了威胁。车载变流器的传导电磁干扰，分为共模干扰和差模干扰，共模干扰定义为载流线与参考地之间的干扰，差模干扰定义为两条载流线之间的干扰，因此，车载变流器被测端口的传导电磁干扰，可由共模电压、共模电流、差模电压、差模电流等物理量表示，具体如图3所示。其中，UP—被测端口的正线对地电压；UN—被测端口的负线对地电压；UDM—被测端口的差模电压；UCM—被测端口的共模电压；IP—被测端口的正线电流；IN—被测端口的负线电流；IDM—被测端口的差模电流；ICM—被测端口的共模电流。
本发明未隔离电源端和负载端的传导电磁干扰，测试结果真实地反映了被测端口的总的传导电磁干扰水平，对试验场地和试验条件无特殊要求，因此适用于绝大多数实际应用现场的测试要求，具有较高的普适性。
下面将传导电磁干扰测试为例对本申请实施例进行说明。
实施例一
本实施例提供了传导电磁干扰测试方法。请参照图1至图13，图1是本发明的传导电磁干扰测试方法流程图；图2是现有技术车载变流器传导电磁干扰测试的连接示意图；图3是车载变流器的共模干扰和差模干扰图；图4是示波器示意图；图5是高压差分电压探头示意图；图6是铁氧体电流探头；图7是车载变流器传导电磁干扰的现场测试方法连接图；图8是车载变流器传导电磁干扰的现场测试流程图；
图9是车载变流器在台架试验区的传导电磁干扰现场测试图；图10是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流的时域波形图；图11是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流幅值的频域波形图；图12是车载变流器输入1500V端口差模干扰电流幅值的频域波形图；图13是车载变流器输入1500V端口共模干扰电流相位的频域波形图，如图所示，传导电磁干扰测试方法包括如下步骤：
时域波形采集步骤S1：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算步骤S2：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换步骤S3：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
所述时域波形采集步骤S1包括，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
具体实施中，对车载变流器传导电磁干扰的现场测试，需要准备示波器、高压差分电压探头、铁氧体电流探头。示波器显示测试结果的时域波形，示波器的位数越高越好，位数越高，底噪越低，测试结果越精确。高压差分电压探头用于测试两点之间的电压。应保证电压探头的最大差模输入电压大于被测端口的电压等级；其次，应注意探头的带宽范围，保证带宽范围应至少大于30MHz，尽可能地选用带宽大的电压探头。铁氧体电流探头用于测试载流线上的电流。应保证电流探头的最大输入电流大于被测端口的电流等级；其次，应注意探头的带宽范围，保证带宽范围应至少大于30MHz，尽可能地选用带宽大的电流探头。测试设备准备就绪后，需要连接测试设备，测试设备连接图如图7、图9所示，其中，使用两个高压差分电压探头和两个铁氧体电流探头，同时测试UP、UN、IP、IN，示波器采集UP、UN、IP、IN的时域波形。
进一步地，所述干扰分量计算步骤S2包括，通过所述被测端口的所述电压与所述电流计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
进一步地，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
具体实施中，根据共模干扰和差模干扰的定义，被测端口的共模干扰分量和差模干扰分量可由下列公式计算分析得到：
共模电压UCM＝(UP+UN)/2
差模电压UDM＝UP-UN
共模电流ICM＝IP+IN
差模电流IDM＝(IP-IN)/2。
更进一步地，所述频域转换步骤S3包括，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
具体实施中，示波器采集到的电压、电流信号均是时域信号，而传导电磁干扰的测试结果需在频域中显示。因此需要将时域波形转换成频域频谱，这可以通过Matlab中的傅里叶变换函数FFT去实现。经过FFT变换后得到的频域频谱，可以从中方便地获取幅值信息和相位信息。以车载变流器输入1500V端口的共模干扰电流为例，只需一次测试，即可同时获得干扰噪声的时域波形和频域频谱，如图10和图11所示；以车载变流器的输入1500V端口干扰电流为例，通过对已测IP、IN的计算分析，可提取出共模干扰电流和差模干扰电流，如图11和图12所示；以车载变流器的输入1500V端口共模电流为例，利用Matlab中傅里叶变换函数FFT，可获取出共模干扰电流的幅值信息和相位信息，如图11和图13所示。
本发明弥补了在电磁兼容暗室中进行车载变流器传导电磁干扰测试所存在的若干不足与局限，有利于现场电磁兼容整改。新的现场测试方法对试验场地和试验条件无特殊要求；可以计算分析出共模干扰分量和差模干扰分量；既可以显示时域波形，又可以获取频域频谱；既可以测试电压量，也可以测试电流量；既可以获得干扰噪声的幅值信息，也能获得相位信息。
实施例二
请参照图14，图14为本发明的传导电磁干扰测试系统的结构示意图，如图14所示，发明的传导电磁干扰测试系统，适用于上述的传导电磁干扰测试方法，传导电磁干扰测试系统包括：
时域波形采集单元51：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算单元52：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换单元53：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
本实施例中，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并通过所述时域波形采集单元51采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
本实施例中，根据所述被测端口的所述电压与所述电流，通过所述干扰分量计算单元52计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
本实施例中，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
本实施例中，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，通过所述频域转换单元53使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
综上所述，本发明通过使用示波器、高压差分电压探头、铁氧体电流探头，可以测试得到传导电磁干扰的电压量和电流量的时域波形，经过对时域波形的分析计算，可以提取出传导电磁干扰的差模和共模分量，使用Matlab中的傅里叶变换函数FFT得到干扰噪声在频域中对应的幅值信息和相位信息。该测试方法未隔离电源端和负载端的传导电磁干扰，测试结果真实地反映了被测端口的总的传导电磁干扰水平，适用于绝大多数实际应用现场的测试要求，具有较高的普适性。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种传导电磁干扰测试方法，其特征在于，包括：
时域波形采集步骤：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算步骤：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换步骤：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
2.根据权利要求1所述的传导电磁干扰测试方法，其特征在于，所述时域波形采集步骤包括，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
3.根据权利要求1所述的传导电磁干扰测试方法，其特征在于，所述干扰分量计算步骤包括，通过所述被测端口的所述电压与所述电流计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
4.根据权利要求3所述的传导电磁干扰测试方法，其特征在于，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
5.根据权利要求1所述的传导电磁干扰测试方法，其特征在于，所述频域转换步骤包括，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
6.一种传导电磁干扰测试系统，其特征在于，适用于上述权利要求1至5中任一项所述的传导电磁干扰测试方法，所述传导电磁干扰测试系统包括：
时域波形采集单元：测试被测端口的电流与电压，并采集所述电流与所述电压的时域波形；
干扰分量计算单元：通过所述电流与所述电压计算共模干扰分量与差模干扰分量；
频域转换单元：根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，将所述电流与所述电压的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的频域频谱。
7.根据权利要求6所述的传导电磁干扰测试系统，其特征在于，在同一时刻下测试所述被测端口的所述电压与所述电流，并通过所述时域波形采集单元采集所述被测端口的所述电压与所述电流的所述时域波形。
8.根据权利要求7所述的传导电磁干扰测试系统，其特征在于，根据所述被测端口的所述电压与所述电流，通过所述干扰分量计算单元计算所述共模干扰分量与所述差模干扰分量。
9.根据权利要求8所述的传导电磁干扰测试系统，其特征在于，所述共模干扰分量包括共模电压与共模电流，所述差模干扰分量包括差模电压与差模电流。
10.根据权利要求9所述的传导电磁干扰测试系统，其特征在于，根据所述共模干扰分量与所述差模干扰分量，通过所述频域转换单元使用傅里叶变换函数FFT将所述电压与所述电流的所述时域波形转换成所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的所述频域频谱后，通过所述频域频谱获取所述共模干扰分量与所述差模干扰分量的幅值信息与相位信息。
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