CN116047172A - 一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，包括模拟模块、测算模块和干扰模块；所述模拟模块，用于为待测电源EMI滤波器模拟实际安装环境；所述模拟模块包括输入阻抗稳定装置和电源负载阻抗模拟装置；所述电源负载阻抗模拟装置是根据实际安装环境负载的具体特性而对应得到的等效电路，所述具体特性包括：电感值、电容值、电阻值、工作频率下的阻抗值和阻抗角；所述测算模块，用于在所述待测电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量计算；所述干扰模块，用于在所述待测电源EMI滤波器输入端电源线上注入低频干扰信号。使用本发明能够模拟电源滤波器的实际应用环境，准确的获得电源滤波器实际应用环境下的插入损耗。

Description

一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统。

背景技术

随着科学技术的发展，新型发电设备得到大量应用，其内部电缆密集、变电设备数量众多，属于大功率发电，总体来说电磁环境错综复杂，会在电网上产生较多的传导干扰问题，为了应对电网传导干扰，电源滤波器被广泛采用，而电源滤波器作为变流装置电磁兼容设计的重要一环，电源滤波器的拓扑是根据干扰源内阻值和负载阻值来选定的，传统的设计方法往往将源阻抗和负载阻抗假定为50欧姆电阻或100欧姆，这种限定电源滤波器的输入输出阻抗，与实际电网所需的负载阻抗偏差较大，特别是将负载端阻抗简化为50欧姆或者100欧姆时的电阻性复杂，不能准确的获得电源滤波器实际应用环境下的插入损耗情况，因此很难开展的电源滤波器实际应用后的电磁抑制效果及电磁兼容评估工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，能够模拟电源滤波器的实际应用环境，准确的获得电源滤波器实际应用环境下的插入损耗，便于开展电源滤波器实际应用后的电磁抑制效果及电磁兼容评估工作。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，包括模拟模块、测算模块和干扰模块；

所述模拟模块，用于为待测电源电磁干扰EMI滤波器模拟实际安装环境；所述模拟模块包括输入阻抗稳定装置和电源负载阻抗模拟装置；所述待测电源EMI滤波器串接在所述输入阻抗稳定装置和所述电源负载阻抗模拟装置之间；所述输入阻抗稳定装置为系统提供稳定的输入阻抗；所述电源负载阻抗模拟装置是根据实际安装环境负载的具体特性而对应得到的等效电路，所述具体特性包括：电感值、电容值、电阻值、工作频率下的阻抗值和阻抗角；

所述测算模块，用于在所述待测电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量计算；所述测算模块并联地接在所述待测电源EMI滤波器两端；

所述干扰模块，用于在所述待测电源EMI滤波器输入端电源线上注入低频干扰信号；所述干扰模块串联地接在所述输入阻抗稳定装置和所述测算模块的输入端之间。

较佳的，所述具体特性通过LCR表、示波器和功率因数表测量得到；根据使用所述LCR表时选择的串联或并联等效方式结果输出，决定构建所述等效电路时选择的等效连接方案。

较佳的，所述输入阻抗稳定装置选用线路阻抗稳定网络。

较佳的，所述干扰模块包括：干扰注入耦合装置、功率放大器和信号源；所述信号源产生干扰信号，所述干扰信号经所述功率放大器放大后输入所述干扰注入耦合装置，所述干扰注入耦合装置串接在线路阻抗稳定网络和待测电源EMI滤波器之间，向所述待测电源EMI滤波器输入端电源线中的一路相线注入低频干扰信号。

较佳的，所述干扰注入耦合装置采用耦合变压器。

较佳的，所述测算模块包括输入端干扰测量表笔、输出端干扰测量表笔和双通道频谱分析仪；输入端干扰测量表笔接入所述待测电源EMI滤波器的输入端，串接在所述干扰注入耦合装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输出端干扰测量表笔接入所述待测电源EMI滤波器的输出端，串接在所述电源负载阻抗模拟装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的具体接线方式为：如测试差模干扰则接在火线和零线间或三相电源线的任两相线之间，如测试共模干扰则接在火线与地线间或三相电源线的相线与地线之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的输出端接入所述双通道频谱分析仪以得到插入损耗。

较佳的，所述测算模块进一步包括电源EMI滤波器插入损耗计算设备，所述双通道频谱分析仪的测量结果输入所述电源EMI滤波器插入损耗计算设备以进一步计算。

较佳的，所述测算模块包括低频段损耗计算单元，测量计算插入损耗的方式为：将所述待测电源EMI滤波器的输入端的信号幅度减去输出端的信号幅度得到所述待测电源EMI滤波器低频段实际插入损耗。

较佳的，所述测算模块进一步包括高频段损耗计算单元，测量计算高频段插入损耗的方式为：根据电源滤波器拓扑结构，计算所述待测电源EMI滤波器的理论插入损耗，并与所述低频段实际插入损耗进行比较，获得所述理论插入损耗和所述低频段实际插入损耗间的修正系数；所述修正系数能够应用到所述待测电源EMI滤波器的高频段，进而计算获得所述待测电源EMI滤波器的高频段实际插入损耗。

有益效果：

1、本发明通过电源负载阻抗模拟装置实现了对实际安装环境中实际负载的模拟，并在输入阻抗稳定装置构建的电路环境下引入干扰模块注入的低频干扰信号，进一步由测算模块测算插入损耗，实现了在无需断电的在线条件下，模拟实际安装环境地测量插入损耗，测量结果更为精确，便于开展电源滤波器实际应用后的电磁抑制效果及电磁兼容评估工作。

2、通过LCR表等设备测量得到实际安装环境负载的特性，不仅简单易行而且便于后续构建等效电路。

3、本发明采用线路阻抗稳定网络用于保持所述待测电源EMI滤波器输入端阻抗的一致性，使试验结果更为准确。

4、本发明通过信号源产生低频信号作为被测对象信号，其本身不会被待测电源EMI滤波器滤除，通过测量其通过待测电源EMI滤波器前后的衰减正可得到插入损耗，该选取不仅易于实现而且便于测量结果的读取和进一步计算。

5、本发明通过优选耦合变压器作为干扰注入耦合装置，不仅结构简单而且效果优良。

6、本发明通过在输入端和输出端分别接入干扰测量表笔，并进一步连接双通道频谱分析仪以测量待测电源EMI滤波器的插入损耗，该设计简洁有效。

7、本发明通过加入电源EMI滤波器插入损耗计算设备，进一步处理和存储试验数据，以得到更系统性的结果。

8、本发明通过低频段损耗计算单元和相应计算方法的设计实现了对待测电源EMI滤波器的低频段实际插入损耗的获取，算法简洁且易于和实际电路组成相对应。本方法低频段插入损耗测量准确度不低于6dB，数据准确度高。

9、本发明通过高频段损耗计算单元和相应计算方法的设计实现了对待测电源EMI滤波器的高频段实际插入损耗的获取，在低频段的试验条件下获得了更有效的结果数据。

附图说明

图1为根据本申请实施例的系统组成结构示意框图；

图2为根据本申请实施例的系统电路示意框图；

图3为根据本申请实施例的测算模块结构示意框图；

图中：1-干扰模块，2-测算模块，3-电源负载阻抗模拟装置，4-电源EMI滤波器插入损耗计算设备，5-线路阻抗稳定网络，6-被测电源EMI滤波器，1.1-干扰注入耦合装置，1.2-功率放大器，1.3-信号源，2.1-干扰测量表笔，2.2-双通道频谱分析仪。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其核心思想为：设计模拟模块、测算模块和干扰模块。其中：

模拟模块，用于为待测电源电磁干扰EMI滤波器模拟实际安装环境；该模拟模块包括输入阻抗稳定装置和电源负载阻抗模拟装置；待测电源EMI滤波器串接在输入阻抗稳定装置和所述电源负载阻抗模拟装置之间；输入阻抗稳定装置为系统提供稳定的输入阻抗；电源负载阻抗模拟装置是根据实际安装环境负载的具体特性而对应得到的等效电路，具体特性包括：电感值、电容值、电阻值、工作频率下的阻抗值和阻抗角。

测算模块，用于在所述待测电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量计算。

干扰模块，用于在所述待测电源EMI滤波器输入端电源线上注入低频干扰信号。

可见，本发明通过电源负载阻抗模拟装置实现了对实际安装环境中实际负载的模拟，并在输入阻抗稳定装置构建的电路环境下引入干扰模块注入的低频干扰信号，进一步由测算模块测算插入损耗，实现了在无需断电的在线条件下，模拟实际安装环境地测量插入损耗，使得测量结果更为精确。

对于本发明的干扰模块、测算模块和模拟模块，系统组成结构框图如图1所示，电路连接示意如图2所示，其具体组成、连接和功能进一步包括：

模拟模块用于为电源EMI滤波器提供模拟实际安装环境的工作条件和负载阻抗特性，具体结构包括：输入阻抗稳定装置和电源负载阻抗模拟装置。

所述输入阻抗稳定装置为系统提供稳定的输入阻抗，优选采用满足相关电磁兼容标准要求的线路阻抗稳定网络，也可采用其他能够提供稳定电源的电路结构或设备。线路阻抗稳定网络作为现有的成熟设备，其能在射频段为测量试样的干扰电压提供一个规定的负载阻抗，同时使试样与电源隔离。所述待测电源EMI滤波器串接在线路阻抗稳定网络和电源负载阻抗模拟装置之间。电源负载阻抗模拟装置用于模拟电源EMI滤波器实际安装环境的负载阻抗特性，其作为根据实际安装环境负载的具体特性进行设计的等效电路，所述具体特性包括：电感值、电容值、电阻值、工作频率下的阻抗值和阻抗角。电源负载阻抗模拟装置作为电感L、电容C、电阻R的简化电路，电感L、电容C、电阻R的值可以使用LCR表测得，也可根据设计需求设定。LCR表作为现有的成熟设备，能准确并稳定地测定各种各样的元件参数，且其操作面板上可以选择结果输出采用的等效方式是串联还是并联，根据使用所述LCR表时选择的串联或并联等效方式结果输出，决定构建所述等效电路时选择的所述等效连接方案，选用对应取值的电路元件构建所述等效电路。负载工作频率的阻抗值和阻抗角则可以通过示波器和功率因数表测量负载的功率因数和电压、电流波形获得。功率因数表作为现有的成熟设备，其能够测量交流电路中有功功率与视在功率的比值，或测量电压、电流间相位角余弦。通过LCR表等设备测量得到实际安装环境负载的特性，不仅简单易行而且便于后续构建等效电路。

通过将电源负载阻抗模拟装置的阻抗特性调整到与电源滤波器输出特性一致，可以实线电源EMI滤波器输出端阻抗与实际情况相符合，测试与实际情况符合性强；且能够模拟电源滤波器的实际应用环境，准确的获得电源滤波器实际应用环境下的插入损耗，便于开展电源滤波器实际应用后的电磁抑制效果及电磁兼容评估工作。

干扰模块用于在所述待测电源EMI滤波器输入端电源线上注入低频干扰信号，具体结构包括：干扰注入耦合装置、功率放大器和信号源。

信号源产生干扰信号，优选频段取值为10kHz～1MHz，该干扰信号经所述功率放大器放大后输入所述干扰注入耦合装置，所述干扰注入耦合装置串接在线路阻抗稳定网络和待测电源EMI滤波器之间，向所述待测电源EMI滤波器输入端电源线中的火线或者零线注入低频干扰信号，频率范围一般为10kHz～1MHz。所述干扰注入耦合装置可以优选采用耦合变压器，通过优选耦合变压器作为干扰注入耦合装置，其不仅结构简单而且效果优良。

通过信号源产生低频信号作为被测对象信号，其本身不会被待测电源EMI滤波器滤除，通过测量其通过待测电源EMI滤波器前后的衰减正可得到插入损耗，该选取不仅易于实现而且便于测量结果的读取和进一步计算。

测算模块用于在所述待测电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量计算，具体结构包括：输入端干扰测量表笔、输出端干扰测量表笔和双通道频谱分析仪。双通道频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。

输入端干扰测量表笔接入待测电源EMI滤波器的输入端，串接在所述干扰注入耦合装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输出端干扰测量表笔接入所述待测电源EMI滤波器的输出端，串接在所述电源负载阻抗模拟装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的具体接线方式为：如测试差模干扰则接在火线和零线间或三相电源线的任两相线之间，如测试共模干扰则接在火线与地线间或三相电源线的相线与地线之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的输出端接入所述双通道频谱分析仪用以在电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量、分析。

待测电源EMI滤波器输入输出端的两个干扰测量表笔分别采集到了输入输出端的干扰信号，并将其输出到双通道频谱分析仪。通过所述双通道频谱分析仪测量并记录试验数据，所述双通道频谱分析仪将所述输入端干扰测量表笔测得的信号幅度减去所述输出端干扰测量表笔测得的信号幅度得到所述待测电源EMI滤波器的低频段实际插入损耗。该部分即为测算模块的低频段损耗计算单元，本系统中测算模块所包括的单元结构如图3所示。

经实际验证可见在10kHz～1MHz频率范围内，本方法低频段插入损耗测量准确度不低于6dB，数据准确度高。该算法简洁且易于和实际电路组成相对应。

本发明通过在输入端和输出端分别接入干扰测量表笔，并进一步连接双通道频谱分析仪以测量待测电源EMI滤波器的插入损耗，该设计简洁有效。

测算模块进一步包括电源EMI滤波器插入损耗计算设备，双通道频谱分析仪的测量结果输入所述电源EMI滤波器插入损耗计算设备以进一步计算，在获得电源EMI滤波器低频实际插入损耗的情况下，修正计算获得的电源EMI阻抗特性，并计算其高频插入损耗。所述电源EMI滤波器插入损耗计算设备可以优选采用通用计算机。通过加入电源EMI滤波器插入损耗计算设备，进一步处理和存储试验数据，可以得到更系统性的结果；而通过优选通用计算机作为电源EMI滤波器插入损耗计算设备，不仅便于计算和存储数据，而且在试验可行性角度简便易行。

将待测电源EMI滤波器在10kHz～1MHz范围内的实际插入损耗输入到电源EMI滤波器插入损耗计算设备。根据电源滤波器拓扑结构，通过所述电源EMI滤波器插入损耗计算设备，计算所述待测电源EMI滤波器的理论插入损耗，并与所述低频段实际插入损耗进行比较，从而获得所述理论插入损耗和所述低频段实际插入损耗间的修正系数；考虑到电源EMI滤波器均为线性器件，所述修正系数能够应用到所述待测电源EMI滤波器的高频段，一般为1M～30MHz，进而计算获得所述待测电源EMI滤波器在1MHz～30MHz频段的高频段实际插入损耗。该部分即为测算模块的高频段损耗计算单元。

通过计算方法的设计实现了对待测电源EMI滤波器的高频段实际插入损耗的获取，在低频段的试验条件下获得了更有效的结果数据。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，包括模拟模块、测算模块和干扰模块；

所述模拟模块，用于为待测电源电磁干扰EMI滤波器模拟实际安装环境；所述模拟模块包括输入阻抗稳定装置和电源负载阻抗模拟装置；所述待测电源EMI滤波器串接在所述输入阻抗稳定装置和所述电源负载阻抗模拟装置之间；所述输入阻抗稳定装置为系统提供稳定的输入阻抗；所述电源负载阻抗模拟装置是根据实际安装环境负载的具体特性而对应得到的等效电路，所述具体特性包括：电感值、电容值、电阻值、工作频率下的阻抗值和阻抗角；

所述测算模块，用于在所述待测电源EMI滤波器的输入线和输出线上对干扰信号的幅度进行测量计算；所述测算模块并联地接在所述待测电源EMI滤波器两端；

所述干扰模块，用于在所述待测电源EMI滤波器输入端电源线上注入低频干扰信号；所述干扰模块串联地接在所述输入阻抗稳定装置和所述测算模块的输入端之间。

2.如权利要求1所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述具体特性通过LCR表、示波器和功率因数表测量得到；根据使用所述LCR表时选择的串联或并联等效方式结果输出，决定构建所述等效电路时选择的等效连接方案。

3.如权利要求1所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述输入阻抗稳定装置选用线路阻抗稳定网络。

4.如权利要求1所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述干扰模块包括：干扰注入耦合装置、功率放大器和信号源；所述信号源产生干扰信号，所述干扰信号经所述功率放大器放大后输入所述干扰注入耦合装置，所述干扰注入耦合装置串接在线路阻抗稳定网络和待测电源EMI滤波器之间，向所述待测电源EMI滤波器输入端电源线中的一路相线注入低频干扰信号。

5.如权利要求4所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述干扰注入耦合装置采用耦合变压器。

6.如权利要求1所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述测算模块包括输入端干扰测量表笔、输出端干扰测量表笔和双通道频谱分析仪；输入端干扰测量表笔接入所述待测电源EMI滤波器的输入端，串接在所述干扰注入耦合装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输出端干扰测量表笔接入所述待测电源EMI滤波器的输出端，串接在所述电源负载阻抗模拟装置和所述待测电源EMI滤波器之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的具体接线方式为：如测试差模干扰则接在火线和零线间或三相电源线的任两相线之间，如测试共模干扰则接在火线与地线间或三相电源线的相线与地线之间；所述输入端干扰测量表笔和所述输出端干扰测量表笔的输出端接入所述双通道频谱分析仪以得到插入损耗。

7.如权利要求6所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述测算模块进一步包括电源EMI滤波器插入损耗计算设备，所述双通道频谱分析仪的测量结果输入所述电源EMI滤波器插入损耗计算设备以进一步计算。

8.如权利要求1所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述测算模块包括低频段损耗计算单元，测量计算插入损耗的方式为：将所述待测电源EMI滤波器的输入端的信号幅度减去输出端的信号幅度得到所述待测电源EMI滤波器在低频段的实际插入损耗。

9.如权利要求1或8所述的电源滤波器插入损耗在线测试计算系统，其特征在于，所述测算模块包括高频段损耗计算单元，测量计算高频段插入损耗的方式为：根据电源滤波器拓扑结构，计算所述待测电源EMI滤波器的理论插入损耗，并与低频段的实际插入损耗进行比较，获得所述理论插入损耗和所述实际插入损耗间的修正系数；所述修正系数能够应用到所述待测电源EMI滤波器的高频段，进而计算获得所述待测电源EMI滤波器在高频段的实际插入损耗。

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