CN114814425B - 一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，根据未开启同心度测量装置时和开启同心度测量装置时功率吸收钳测得的辐射功率曲线获取同心度测量补偿曲线，拖动功率吸收钳在测试导轨上沿着待测电源线缆匀速滑动，功率吸收钳测试出所述待测线缆的不同位置的骚扰功率，根据同心度测量补偿曲线对所述不同位置的骚扰功率进行补偿，提高了测试的准确性和可靠性。

Description

一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法

技术领域

本发明涉及电源测试领域，尤其涉及一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法。

背景技术

电磁兼容的英文简写是EMC(Electro Magnetic Compatibility)，它是指功能类型各异的各种设备能在同一电磁环境下的共同存在的一种方式。也就是说在运行中产生的辐射要有一定的限制，还必须有一定的抗干扰的作用，包括敏感体和耦合通路以及干扰源这三个基本的组成，这可以说是设备的研究探索电磁兼容这个问题解决的关键。

开关电源广泛应用于工业环境中，可以将220V交流电转化成12V或者5V的直流电，具有输出电压稳定，功耗小，重量轻，效率高，稳压范围宽等优点，这些优点是线性电源所不具备的，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。因而在智能设备、铁路、仪器设备、LED照明等行业得到诸多应用，例如各种各样的电源适配器、充电器等等。

但开关电源同样存在设计电路复杂、瞬态响应差、输出纹波电压较高等缺点，开关电源工作时，功率管的通断导致电路的电压和电流快速变化，引起较大电压变化率du/dt和电流变化率di/dt，进而产生强烈的电磁骚扰，并且由于开关电源所处的复杂的工作环境，所以电磁的各种兼容性的问题就相应的较多。比如电场耦合和线间的耦合还有磁场耦合等等几种情况是从整机在有关电磁性能方面上产生的问题。线间的耦合是指各种产生干扰的电压和对应的电流的各种功能的导线因为两条线路或者多条并行同步所以产出了相互的耦合；电场耦合指因各种电位差而使对应的感应电场受到了干扰体的一定的影响，最终产生的一种场耦合；关于磁场耦合指的是在大电流的各种脉冲的电源线周围，从而引起低频磁场面对干扰体所产生的一种耦合。开关电源中，因为开关电压和电流都无限类似方波的形式，因此富含高次谐波。而且，因为开关各种器材像变压器还有电容以及其他的器件都可能处于一种不理想的状态中，所以在高频情况下进行开或者关时，经常会出现处于尖峰状态的高次状态下的谐波振荡，这个谐波可以经过散热器和开关管之间存在的不同功能的电容传入系统的内部的各种电路，也可能通过其他相关器件往空间进行辐射。另外导致有关高频干扰其他重要原因是开关二极管处于整流和续流过程中产出。二极管的各式引线可以保存电感，还有结电容所产生的影响，因为不断变化的电压电流，易激起高频形式下的自激振荡，激起的高频干扰可以经过输出线轻松的往外传。这些状况有可能使电容器本身的特性参数发生变化，最终产生电磁干扰现象。此外，还有各种不同种功能特性线路的布局不合理，CPU和测定电路的各种不合理设计，都可能使系统产生电磁干扰问题，不能处于正常的工作状态。

开关电源电磁兼容性测试技术，主要包括传导干扰测试、辐射干扰测试和功率吸收钳测试技术。功率吸收钳测试技术主要是利用功率吸收钳对不同频段的电器或者类似电子器具所产生的干扰功率进行测量。在频率范围30-1000MHz时，辐射干扰主要来自设备本身；然而当设备自身的外形尺寸接近所测量的频率1/4波长时，辐射干扰还可以来自设备外壳；此外，当电子设备带有电源线时，其外部电源线则近似于辐射天线，可以产生很强的辐射干扰，其干扰强度通常可以用电源线所提供的功率来进行估计。当吸收式功率钳安装在被测的电源线上时，其吸收装置能够吸收到的最大辐射功率等效于电源线所产生的干扰信号功率，基于此原理，吸收式功率钳技术成为了测量不同频率范围的传导发射功率的有效手段之一。

使用吸收钳测量时，被测设备置于高度为0.8m的非金属台上，距其他金属物体或人体至少0.8m，被测线缆应在非金属台上平直展开，其长度要足够放置吸收钳和必要时调整吸收钳的位置以获取最大辐射值。将吸收钳套在被测馈线上，其电流变换器一端应朝向被测设备，以便测量馈线上的骚扰功率。骚扰功率的测量原理图如图1所示，测试时干扰信号的传输路径为：首先吸收钳将捕获的干扰转换成电流形式，再通过同轴线缆传输到测量接收机，然后依次用吸收钳测量长度超过25cm的屏蔽或非屏蔽连接线，这些连接线是连接至被测设备的各自独立单元上，最后滑动吸收钳，依次寻找每条线缆上吸收功率最大的位置，该位置的读数即为这条线缆的最大骚扰电平。

然而，在使用功率吸收钳测量电源线缆的辐射能量时，由于功率吸收钳测套设在待测线缆外侧，因此待测线缆和功率吸收钳相对位置关系是否规范对测量的结果是否准确具有重要的影响。然而现有技术中，并未考虑待测线缆和功率吸收钳相对位置这些因素，造成测量的结果不够准确。同时现有技术中，也没有方便检测待测电源线缆与延长线阻抗是否匹配的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，包括：

将待测电源模块的电源线缆穿过所述功率吸收钳后布置在非金属台的测试导轨上；

根据未开启同心度测量装置时所述功率吸收钳测得的辐射功率曲线和开启所述同心度测量装置时所述功率吸收钳测得的辐射功率曲线获取同心度测量补偿曲线；

拖动所述功率吸收钳在所述测试导轨上沿着所述待测电源线缆匀速滑动，所述功率吸收钳测试出所述待测线缆的不同位置的骚扰功率；

在所述功率吸收钳滑动的同时，同心度测量装置实时测量所述功率吸收钳和所述待测电源线缆的同心度，根据测得的同心度值实时调整所述待测电源线缆，使所述功率吸收钳和所述待测电源线缆同心设置；

根据所述同心度测量补偿曲线对所述不同位置的骚扰功率进行补偿。

优选的，所述同心度测量补偿曲线的获取步骤为：

把所述待测电源线缆穿过所述功率吸收钳，采用固定的速度滑动所述功率吸收钳，得到不同位置的辐射功率曲线C1；

保持所述待测电源线缆位置不变，开启所述同心度测量装置，在实时进行同心度测量的同时，采用固定的速度滑动所述功率吸收钳，得到不同位置的辐射功率曲线C2；

曲线C2减去曲线C1，得到补偿曲线Cc。

优选的，采用三维激光扫描仪实现同心度测量装置，得到所述待测电源线缆和所述功率吸收钳的三维点云数据，滤波处理后得到所述待测电源线缆的轮廓和所述功率吸收钳的轮廓；

根据所述待测电源线缆的轮廓，提取出所述待测电源线缆的轴线lp，根据所述功率吸收钳的轮廓，提取所述功率吸收钳的轴线la，根据轴线lp和轴线la，计算所述待测电源线缆与所述功率吸收钳的同心度。

优选的，测试导轨的末端设置有线缆固定拉绳，在所述线缆固定拉绳中设置有拉力传感器，在完成所述待测电源线缆在所述测试导轨上的定位之后，读取所述拉力传感器的拉力值，当所述拉力值处于拉力阈值范围内时开始测试。

优选的，根据所述待测电源线缆的轮廓提取出不同位置处的截面轮廓，若存在两种明显不同尺寸的截面轮廓，则判断所述待测电源线缆和添加的延长线材质不同，对测试人员进行提示。

本发明的有益效果是：

1、在采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能时候，测量功率吸收钳和待测电源线缆的同心度并进行实时调整，提高了测试的准确性和可靠性。

2、在正常测试之前，测得了非接触式同心度测量装置对测试影响的补偿曲线，消除了非接触式同心度测量装置对测试的干扰，进一步提高了测试的准确性和可靠性。

3、根据点云横截面的点云数据进行圆拟合，根据圆得到圆心，按照相同的方法得到一系列横截面的圆心，并根据一系列横截面的圆心采用最小二乘法拟合得到待测电源线缆的轴线lp和功率吸收钳的轴线la。

4、在线缆固定拉绳中设置有拉力传感器，实时测量待测电源线缆所承受的拉力，不会出现线缆弯曲的情况，也不会把待测的电源线缆拉坏，保证待测电源线缆处于正常的伸展状态，保证电源模块电测兼容测试的准确性。

5、通过测量待测电源线缆和延长线的粗细是否一致，或者截面形状是否一致来实现二者的材质是否一致的判断，保证两侧待测电源线缆和延长线阻抗的一致性，保证了测试的准确性。

附图说明

图1表示功率吸收钳的测量示意图；

图2表示待测线缆与功率吸收钳的正确的位置关系图；

图3表示待测线缆与功率吸收钳的轴线不平行的位置关系图；

图4表示待测线缆与功率吸收钳的轴线不同心的位置关系图；

图5表示待测线缆弯曲时与功率吸收钳的位置关系图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

具体的，功率吸收钳的具体结构包括由条形的下壳和上壳相对连接形成的壳体、设置在壳体内的铁氧体电流互感器和用于吸收功率的铁氧体环。壳体的两端设有供测试线缆通过的通孔，铁氧体环的内孔与通孔相对，测试线缆从通孔和铁氧体环穿过。铁氧体环的作用是吸收功率，并起到阻抗稳定器的作用。在测试时，待测的电源线缆布置在高0.8m、长6m的非金属台的测试导轨上，测试线缆穿过功率吸收钳，拖动功率吸收钳在测试导轨上沿着待测电源线缆匀速滑动，测试时在电缆上会有反射波,分别在近端和远端放置功率吸收钳和铁氧体吸收器,使用功率吸收钳和铁氧体吸收器中的铁氧体环来吸收电缆终端反射波，进而通过功率吸收钳内的铁氧体环来吸收功率，从而测试出待测线缆的骚扰功率。

为了解决现有技术中待测电源线缆与功率吸收钳相对位置关系对测试造成的影响的问题，提高电磁兼容测试的准确性，本实施例提出一种通过测量功率吸收钳与待测电源线缆同心度来保证测试准确性的技术方案。

具体的，待测电源线缆与功率吸收钳的正确相对位置关系应如图2所示，待测电源线缆与功率吸收钳应该是轴线平行设置并同圆心设置的，只有在这样的情况下，功率吸收钳才能够吸收到稳定可靠的辐射功率，得到准确的电磁兼容测试结果。

但是，当待测电源线缆与功率吸收钳的相对位置关系如图3所示，二者的轴线不平行，或如图4所示，二者轴线平行但是不同心，或者如图5所示，待测的电源线缆未被充分拉直，在功率吸收钳内出现了一定程度的弯曲，出现上述的这些情况都会导致功率吸收钳测试得到的功率与正常情况下测试得到的功率不同，导致测试结果不够准确，出现一定的误差，不能够真实反馈出电源模块的真实电磁辐射结果。

因此，为了提高功率吸收钳对电源模块电磁兼容测试的准确性，在测量的前和测量过程中，需要对待测电源线缆与功率吸收钳的相对位置进行实时的测量和调整，以得到准确的电磁兼容测试结果。

在现有技术中，同心度测量主要有接触式测量和非接触式两种测量方式，其中接触式测量一般采用机械相关的结构实现测量，例如采用百分表、量具、检具等方式，这些接触式测量方式的测量速度相对较慢，并且由于测量设备在测量时候会接触待测物，对待测物具有一定的触碰或损伤等方面的影响，测量的精度不够高，但是由于采用了机械方式的测量，不涉及光、电或磁等相关的信号，同心度测量装置不会对电磁兼容的测试产生电磁干扰，进而影响测试结果。

相对应于接触时测试方式，采用非接触式测量时，一般是采用光、电、磁的方式测量，例如采用激光、图像处理、电涡流等方式测量，这些测量方式测量速度比较快，但是都需要采用相应的电路对信号进行采集、转换和处理，同心度测量装置会对电磁兼容的测试产生一定的电磁干扰，进而影响电源模块电测兼容测试的准确性。

因此，为了解决该技术问题，在本实施例中采用非接触式方式测量待测电源线缆与功率吸收钳的同心度，并采用补偿曲线对测试结果进行补偿，将同心度测量装置对电磁兼容的测试产生电磁干扰进行补偿和抵消，保证了测试的准确性。

具体的，在进行补偿时，首先需要获取补偿曲线Cc。获取补偿曲线Cc的过程具体如下：

先把待测电源线缆穿过功率吸收钳，并使功率吸收钳在测量时的滑动过程中不与待测电源线缆产生接触或干涉，采用固定的速度滑动功率吸收钳进行测试，得到功率吸收钳在不同位置待测电源线缆吸收到的辐射功率的曲线C1；

然后在待测电源线缆位置保持不变的情况下，开启非接触式同心度测量装置，对待测电源线缆与功率吸收钳的相对位置，既同心度进行实时测量，在同心度测量的同时，采用同样的速度滑动功率吸收钳进行测试，得到功率吸收钳在不同位置待测电源线缆吸收到的辐射功率的曲线C2；

得到曲线C1和C2之后，使曲线C2减去曲线C1，即得到补偿曲线Cc。

在后续进行正常的测试时，开启非接触式同心度测量装置对待测电源线缆与功率吸收钳的相对位置进行实时测量，如果测量得到的同心度不符合要求则进行实时调整；

在得到电磁兼容的测试结果之后，采用补偿曲线对测试结果进行补偿，以得到准确的测试结果。

具体的，在进行同心度测量时，可以采用三维激光扫描仪进行扫描，得到待测电源线缆和功率吸收钳的三维点云数据，并对三维点云数据进行滤波，去除杂散点，然后根据滤除杂散点之后的点云数据，得到待测电源线缆的轮廓，得到功率吸收钳的轮廓。

根据待测电源线缆的轮廓，提取出待测电源线缆的轴线lp，根据功率吸收钳的轮廓，提取功率吸收钳的轴线la，根据轴线lp和轴线la，计算待测电源线缆与功率吸收钳的同心度。

更为具体的，根据滤除杂散点之后的点云数据，得到待测电源线缆的轮廓之后，根据待测电源线缆的轮廓提取待测电源线缆的轴线lp，具体算法为：首先每隔预设的距离，例如10cm，截取待测电源线缆的轮廓的横截面，得到横截面的点云，然后对横截面的点云进行圆拟合，在得到拟合的圆形之后，提取该圆形的圆心点坐标。按照系统的方法，得到各预设距离的横截面的圆心坐标，最后得到多个等距离的圆心坐标，并采用最小二乘法进行直线拟合，把多个等距离的圆心坐标拟合得到待测电源线缆的轴线lp。根据功率吸收钳的轮廓，提取功率吸收钳的轴线la的方法与待测电源线缆的轴线lp的提取方法系统，在此不再赘述。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

如图5所示，在出现待测的电源线缆未被充分拉直，在功率吸收钳内出现了一定程度的弯曲的情况时，会导致功率吸收钳的辐射功率的测量结果不够准确；然而如果待测的电源线缆被过度拉伸的情况下，又会对待测的电源线缆造成损坏，甚至会导致其无法正常导通。

为了解决该技术问题，本实施例对待测的电源线缆的拉伸状态进行检测，具体的，测试导轨的末端设置有线缆固定拉绳，在线缆固定拉绳中设置有拉力传感器。在电磁兼容测试时，把待测的电源线缆定位在测试导轨上，并把待测的电源线缆的末端拉紧在线缆固定拉绳上。

在完成待测电源线缆在测试导轨上的定位之后，读取拉力传感器的拉力值，实时测量待测电源线缆所承受的拉力。

本实施例还设置有合理的拉力阈值范围，仅当拉力值处于该拉力阈值范围内时，说明对待测的电源线缆的拉伸状态既实现了拉紧，不会出现线缆弯曲的情况，也不会把待测的电源线缆拉坏，保证待测电源线缆处于正常的伸展状态，进而保证电源模块电测兼容测试的准确性。

实施例3

本实施例是在实施例1或实施例2的基础上进行进一步改进，技术方案共同的部分在此不再赘述。

在采用功率吸收钳对待测试品进行测试时，一般认为试品产生的干扰是以传导和幅射两种方式出现，30MHz是传导和幅射两种方式的分界频率。频率30MHz以上的干扰能量主要是通过靠近试品的那部分电源线幅射的，试品所产生的幅射干扰能量可以用一个环绕电源线的吸收装置所吸收到的功率来衡量，吸收体是铁氧体材料，这个装置就是干扰功率吸收钳。

待测电源模块的线缆长度应至少为测量最低频率半波长加上引线到地面电源插座的长度，按最低频率30MHz的半波长为6m，加上至地面电源插座1m，待测电源的线缆长度应为至少7m。

然而，一般来说，实际待测电源的线缆的长度都远短于7m，所以为了保证正常的测试，待测电源线缆必需添加延长线，使其达到需要的长度。延长线应选用与待测电源的线缆同类型的线材，否则会导致阻抗不匹配，影响测试结果的准确性。

但是在测试过程中，可能会因各种原因导致待测的线缆和延长线不是同一类型的线材，进而导致最终的测试结果不够准确。为了解决该技术问题，本实施例采用待测电源线缆与功率吸收钳的相对位置关系测量的非接触式同心度测量装置对线材的材质是否一致进行检测。

具体的，通过测量二者的粗细是否一致，或者二者的截面形状是否一致来实现二者的材质是否一致的判断。

在实施例1中，采用三维激光扫描仪进行扫描，得到待测电源线缆和功率吸收钳的三维点云数据，并对三维点云数据进行滤波，去除杂散点，然后对处理后的点云进行数据拟合，得到待测电源线缆的轮廓，得到功率吸收钳的轮廓。

进一步，根据待测电源线缆的轮廓提取出待测电源线缆的不同位置处截面的截面轮廓，如果存在两种明显不同尺寸的截面轮廓，则判断待测电源线缆和添加的延长线材质不同，并对测试人员进行提示。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

Claims (5)

1.一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，包括：

将待测电源模块的电源线缆穿过所述功率吸收钳后布置在非金属台的测试导轨上；

根据未开启同心度测量装置时所述功率吸收钳测得的辐射功率曲线和开启所述同心度测量装置时所述功率吸收钳测得的辐射功率曲线获取同心度测量补偿曲线；

拖动所述功率吸收钳在所述测试导轨上沿着待测电源线缆匀速滑动，所述功率吸收钳测试出所述待测电源线缆的不同位置的骚扰功率；

在所述功率吸收钳滑动的同时，同心度测量装置实时测量所述功率吸收钳和所述待测电源线缆的同心度，根据测得的同心度值实时调整所述待测电源线缆，使所述功率吸收钳和所述待测电源线缆同心设置；

根据所述同心度测量补偿曲线对所述不同位置的骚扰功率进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，所述同心度测量补偿曲线的获取步骤为：

把所述待测电源线缆穿过所述功率吸收钳，采用固定的速度滑动所述功率吸收钳，得到不同位置的第一辐射功率曲线C1；

保持所述待测电源线缆位置不变，开启所述同心度测量装置，在进行实时同心度测量的同时，采用固定的速度滑动所述功率吸收钳，得到不同位置的第二辐射功率曲线C2；

使第二辐射功率曲线C2减去第一辐射功率曲线C1，得到补偿曲线Cc。

3.根据权利要求2所述的一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，

采用三维激光扫描仪实现同心度测量装置，得到所述待测电源线缆和所述功率吸收钳的三维点云数据，滤波处理后得到所述待测电源线缆的轮廓和所述功率吸收钳的轮廓；

根据所述待测电源线缆的轮廓，提取出所述待测电源线缆的轴线lp，根据所述功率吸收钳的轮廓，提取所述功率吸收钳的轴线la，根据轴线lp和轴线la，计算所述待测电源线缆与所述功率吸收钳的同心度。

4.根据权利要求3所述的一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，

在所述测试导轨的末端设置有线缆固定拉绳，在所述线缆固定拉绳中设置有拉力传感器，在完成所述待测电源线缆在所述测试导轨上的定位之后，读取所述拉力传感器的拉力值，当所述拉力值处于拉力阈值范围内时开始测试。

5.根据权利要求4所述的一种采用功率吸收钳测试电源模块电磁兼容性能的方法，其特征在于，

根据所述待测电源线缆的轮廓提取出不同位置处的截面轮廓，若存在两种明显不同尺寸的截面轮廓，则判断所述待测电源线缆和添加的延长线的材质不同，对测试人员进行提示。

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