CN203786213U - Emi滤波器加载插入损耗自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电源抗干扰滤波器加载自动测试系统，以提高滤波器参数检测的效率、准确度以及测量速度，减小人工劳动强度和节省测试时间，并且提供具有一定智能性的测试数据分析和处理功能，实现对电源滤波器设计数据的反馈信息，以及根据滤波器性能参数测试数据和分析结果提供滤波器安装应用指南，使得滤波器发挥最大抗干扰性能。

Description

EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统

技术领域

本实用新型属于电子测量与测试领域，涉及一种电源EMI加载自动测试系统，测试对象是普遍应用的电源抗电磁干扰滤波器，系统实现其主要技术参数，尤其是在加载和满载情况下的插入损耗自动测试。系统应用于生产滤波器的厂家进行出厂检测、应用滤波器的厂家进行入厂测试。

背景技术

电源EMI滤波器是抑制电磁干扰重要器件，随着电磁兼容测试认证要求越来越严格，电源EMI滤波器应用越来越广泛，要求也越来越高。所以电源EMI滤波器电气参数的测试就变得十分重要。EMI电源滤波器的主要性能指标一般分为四类：第一类是工作参数，包括插入损耗、频率特性、额定工作电压和电流；第二类是极限参数：包括耐压和绝缘电阻、漏电流、失配阻抗；第三类是机械参数，包括物理尺寸及重量；第四类使用环境限制以及本身的可靠性，包括滤波器温升、环境温度，安装条件和方式，比如输入输出线长短、接地点和接地线长短，源阻抗、负载阻抗等等。在工作时考虑最多的是额定电压及电流、插入损耗、耐压和漏电流等几项参数。EMI滤波器的这些技术参数和指标均有标准规定了其测试方法或限值。我国国家标准GB7343-1987规定了10kHz～30MHz无源无线电干扰滤波器和抑制元件抑制特性的测量方法，正在修订中的该标准201X版本准备增加插入损耗测量不确定度评估等内容；美国军用标准MIL-STD-220B还特别规定了滤波器插入损耗加载测试方法，而CISPR17还特别规定了滤波器插入损耗在极限阻抗情况下的测量方法。因此，滤波器的测量技术、测量系统研制必需遵照这些相关标准的要求展开。

电源EMI滤波器的普通测试，无论采用标准测量法，还是屏蔽测量法，无论在频域测量，还是时域测量；无论测量滤波器的额定参数，还是极限参数、机械参数；也不管是静态测试，还是加载乃至满载测试；以及阻抗匹配状态下测试，还是在阻抗失配状态下测试，都基本以手工测试为主。比如对滤波器的插入损耗测量，就是先将信号源接入滤波器输入端，再在滤波器输出端接测量接收机，然后逐步调节信号源发送信号的频率，以及测量接收机的衰减器等等，以测量在不同频率下滤波器插入损耗，然后手工记录测试数据。手工测试滤波器的插入损耗最为理想的是采用矢量网络分析仪进行测试，提高了测试速度和准确性。再如对试验电压（耐压）的测试，由于不允许将试验电压从0突然升高到极限值，只能够以每秒增加160V等速度逐渐增加，手工测试难免调节不准确，容易造成对滤波器的潜在损伤。

也有提出对滤波器插入损耗进行自动测试的，是在手工测试的基础上，利用一台测控计算机，搭成一个组件式的虚拟仪器架构测试平台，将计算机的GPIB总线分别连接到信号源和接收机，实现对滤波器插入损耗的程控自动测试。而对信号EMI滤波器的自动测试技术，由于没有兼顾电源EMI的特殊性，缺乏通用性。

到目前为止，还没有见到对EMI滤波器的主要参数均实现自动测试的；尤其是插入损耗的测试，还未见到实现为加载自动测试的相关报道以及文献和产品。

手工测试EMI滤波器参数，不足之处很多：第一是工作量大、测试时间长、测试速度慢，测试效率低，而且测试数据不准确，更不利于实时数据分析和处理，也不便于原始数据的保存，不能够建立健全测试数据库，不便于日后对测试数据的回溯查找以及分析处理。第二，因为工作量大，对于大批量的不同种类（直流和交流）、不同型号滤波器，其出厂和入厂合规性检测都不可能逐一测试，只能够抽样检测，这对于滤波器这样具有较大个体差异性的产品来说，很难保证每个滤波器在使用中都是合格的。第三，对于插入损耗，有差模和共模之分，其测试配置及滤波器接法也有所不同；还需要在阻抗匹配和不匹配（即50欧姆-0.1欧姆，50欧姆-100欧姆，100欧姆-0.1欧姆）情况下进行测试，更加增大了测试工作量和繁杂度。测试结果也是间接估计测试，不能够直接得到插入损耗这个重要参数。即使采用矢量网络分析仪测试滤波器插损，不足之处也至少有二：仪器昂贵；仪器存储深度和容量均有限，只能记录和保存零星的测试数据或附图表，不能够建立完善的大批量滤波器特性参数测试数据库。第四，对于极限参数中的耐压测试，由于加载的电压均比较高，每次测试都要人工连接和调节，难免出错，不容易掌握好升压速度，对被测滤波器造成潜在危害；也易于造成对人体电击伤害，使得测试人员有抵触情绪，从而对此项测试敷衍了事。

而就目前提出的基于虚拟仪器架构的自动测试系统而言，不足之处也很多。第一是基本只实现了对滤波器插入损耗一个参数的自动测试，没有实现对几项主要参数以致全部参数的自动测试。第二，更为重要的是，只是对滤波器进行静态测试即空载测试，没有实现加载测试。所谓加载测试，就是将滤波器输入端接入交流电源加载额定电压，输出端接入假负载使其加载滤波器额定电流（或极限电流即满载），在滤波器处于正常工作状态或满载状态下进行测试，以获得其在工作状态以及满载状态下的插入损耗。众所周知，滤波器在空载静态时的插入损耗，与加载或满载时是不可能一致的。静态测试满足要求，加载测试则不一定，因为滤波器中的电感用了铁氧体或其他磁性材料，大电流工作下，电感有可能磁饱和引起滤波器性能变坏，这样静态和加载两种情况下滤波器插入损耗差别可能相当大。因此滤波器在工作状态插入损耗的真实值是一个必需测量和掌握的电气参数。第三，也没有实现阻抗匹配和阻抗失配阻抗下的插入损耗测试，而这个参数是非常重要的，有利于用户最大限度地利用安装条件设置适度的阻抗失配，极大限度的提高滤波器的效果。但是目前很多EMI滤波器生产商和用户都没有较为先进的测试手段和相应的测试平台，以至于用户只能够在使用中发现问题后才能够确知滤波器产品插入损耗不满足实际工作要求。这样造成的结果生产商和用户都承担了不必要的损失，而且影响自己产品、企业的形象和声誉，无形损失严重。第四，也没有实现网络化，不能够实时共享测试数据。第五，系统也没有相应的智能性。第六，没有注意到测量不确定度及其影响。本实用新型提供电源EMI滤波器加载自动测试系统解决上述问题，能够实现滤波器产品逐一加载自动测试；系统建有测试数据库，能够对测试数据进行智能分析和处理；将测量不确定度及其评估技术引入到测试系统中，符合新标准测试技术、方法和仪器配置要求；并且提供了与互联网的接口，能够实时共享测试数据，可以给设计提供及时的反馈信息，以利于改进设计；保障每个滤波器产品电气参数满足设计和使用要求。本实用新型对每个滤波器的主要和所有电气参数实现自动测试，测试过程中唯一需要手工的，就是更换滤波器，因为滤波器功率、电流等参数要求不一样，其机械结构、封装和尺寸均有所不同，而且测试时引出线需要焊接或通过标准连接器连接，造成自动上料机构难以适用于不同种类不同型号的滤波器，需要机器手，其成本和体积均太大。虽然如此，本实用新型还是极大地提高了测量速度，减小了测试工作量，提高了测量的可靠性和准确度，提高滤波器生产商和用户方的生产效率以及经济效益，也极大提高了社会效益。

实用新型内容

本实用新型在此提供一种电源抗干扰滤波器加载自动测试系统，以提高滤波器参数检测的效率、准确度以及测量速度，减小人工劳动强度和节省测试时间。

本实用新型是这样实现的，构造一种EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：该系统采用上、下位机结构；包括上位机、信号发生器、数据采集卡、滤波器测试盒以及下位机；该测试系统还包括用于滤波器参数测试的试验电压测试仪、阻抗测试仪、漏电流测试仪、阻抗变换器；其中下位机与继电器阵列相连，继电器阵列与试验电压测试仪、阻抗测试仪、漏电流测试仪、阻抗变换器连接；阻抗变换器与被测滤波器连接，被测滤波器位于滤波器测试盒里，被测滤波器与数据采集卡连接；同时，另一阻抗变换器与数据采集卡连接；信号发生器与继电器阵列连接；所述信号发生器集成在上位机系统内部，与数据采集卡和上位机构成网络分析仪架构；所述数据采集卡采用PCI接口，插入上位机的PCI插槽；该PCI卡还集成了一个基于DDS器件的多功能任意波形发生器，以提供测量插入损耗所需要的各种信号。

根据本实用新型所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于： 其中，上、下位机通过PCI总线和串口连接，以实现上位机跟下位机的结合，所述下位机采用51系列单片机，实现对测量电路和各种仪器的连接控制；上位机负责对下位机进行控制，用于分发各种测试命令，选择测试参数、测试方式；下位机把接收到的控制命令，发送继电器阵列，用于选择测量仪器和组件，以实现不同参数或者不同方式的测试；数据采集卡进行数据采集；所述上位机还用于对数据采集卡所采集的信息或者来自数据库的数据进行分析和处理，通过通信接口与外部的通信。

根据本实用新型所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：试验电压测试仪和阻抗测试仪、漏电流测试仪采用标准配置的测试夹具，而信号发生器、数据采集卡在仪器端采用BNC连接器，在测试端采用SMA连接器；测试连接线均采用屏蔽线缆。

根据本实用新型所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：被测滤波器设置在滤波器测试盒里，滤波器测试盒为铝合金接线盒，通过铝合金接线盒屏蔽起来，以保证测试结果不受测试环境中各种电磁信号的骚扰乃至干扰，最大限度获得滤波器的准确参数；屏蔽盒外部只留滤波器输入输出接线端和接地端，均采用SMA同轴连接器；所述滤波器测试盒具有屏蔽箱体，内部设置屏蔽隔板，屏蔽箱体上设置同轴接头。

上述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，系统对滤波器各主要技术参数实现自动测试，其测试方法如下：

（1）由上位机发送命令，信号源送出信号，同时下位机控制继电器阵列接通信号源与被测系统的连接，

（2）空载条件下，当测量阻抗匹配的插入损耗时，隔离网络短路，信号由图1中继电器-滤波器到测试接收机；当测量极限阻抗情况下插入损耗时，信号由继电器-输入阻抗匹配器-滤波器-输出阻抗匹配器到测试接收机。加载情况下测量插入损耗时，阻抗匹配网络接通，其余与空载时测量相同。

（3）测量数据都由数据采集卡进行数据采集，然后进行数据分析和处理，实时得到插入损耗测量结果并且显示，同时 处理结果送入数据库进行分类存储。如果需要，可以通过互联网将数据实时传送给其它系统或用户等利用。

本实用新型采用一种基于虚拟仪器体系结构的自动测量测试系统，其组件包括计算机、信号发生器、数据采集卡、滤波器测试盒、下位机。上、下位机通过PCI总线和串口连接，并且传送数据和状态及控制信息。此外，本实用新型还配有滤波器参数测试系列仪器，比如耐压测试仪、阻抗测试仪、漏电流测试仪，这些仪器均通过其标准连接器与测试系统进行连接。

本实用新型将被测滤波器在测试时用铝合金接线盒屏蔽起来，并且盒子保证良好接地，以保证测试结果不受测试环境中各种电磁信号的骚扰乃至干扰，最大限度获得滤波器的准确参数。屏蔽盒外部只留滤波器输入输出接线端和接地端，均采用SMA同轴连接器。

插入损耗测试分为差模和共模接法两种方式，分别对滤波器的差模插入损耗和共模插入损耗进行测试。

本实用新型制作了一个对电源EMI滤波器进行加载自动测试所需要的缓冲网路，其电路中各个元件的参数如表1所示：

本实用新型对滤波器参数进行自动测试如附图5所示。只需要将被测滤波器安装在测试屏蔽盒内，启动测试流程，系统就能按照规定的参数测试步骤自动完成整个滤波器参数的测试测量。

本实用新型的优点在于：本实用新型实现了电源EMI滤波器主要技术参数加载自动测试，提高了滤波器测试速度、准确度和测试效率，减小了测试时间和测量劳动强度。本实用新型极大地降低了测试仪器成本，不需要传统测试中所需要网络分析仪或者专用测试信号源及接收机，将信号源和频谱分析仪集成在一块PCI插卡上，与计算机（PC或工控机）构成一个基于虚拟仪器架构的测试、分析和处理系统。本实用新型提供自动测试测量功能，自动记录测试数据，自动给出测试数据分析和处理结果。本实用新型可以根据测试分析和处理结果提供不合格滤波器的设计整改参考建议，以及合格滤波器的安装使用指南，使其达到最佳抗干扰效能。本实用新型还可以引入测量不确定度评定，满足修订中的国家标准GB7343-201X的要求。根据需要，本实用新型还可以具有联网功能，能够有效利用网络资源以及其他测试系统的数据，对测试数据进行实时分析，提供有效帮助等。本实用新型给滤波器生产商出厂检验和滤波器用户入厂检验提供了高效率的测试系统，能够提高相关企业的劳动生产率和经济效益，提高其质量检验仪器装备和技术水平。本实用新型还可以用于信号滤波器的测试，只是滤波器加载测试功能不用。

附图说明

图1 电源EMI加载自动测试系统框图

图2a-2b 滤波器测试屏蔽盒

图3a-3b 滤波器插入损耗加载自动测试框图（图3a共模插入损耗测试，图3b差模插入损耗测试）

图4 缓冲网路原理图

图5 滤波器主要参数自动测试流程框图

图6 测试系统数据分析与处理流程框图

图7 滤波器电路参数分析与诊断流程框图

其中：1、上位机，2、信号发生器，3、数据采集卡，4、滤波器测试盒，4a、屏蔽箱体，4b、屏蔽隔板，4c、同轴接头，5、下位机，6、试验电压测试仪，7、阻抗测试仪，8、漏电流测试仪，9、阻抗变换器，10、继电器阵列，11、被测滤波器，12、阻抗变换器。

具体实施方式

下面将结合附图1-7对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型在此提供一种EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，该系统采用上下位机结构，构成一种基于虚拟仪器体系结构的自动测量测试系统；如图所示，其组件包括上位机1（计算机）、信号发生器2、数据采集卡3、滤波器测试盒4、下位机5。上下位机通过PCI总线和串口连接，并且传送数据和状态及控制信息。此外，本实用新型还配有滤波器参数测试系列仪器，比如试验电压测试仪6（耐压测试仪）、阻抗测试仪7、漏电流测试仪8，这些仪器均通过其标准连接器与测试系统进行连接。

本实用新型上下位机结构系统框图如附图1所示。上位机1可以采用PC机或工控机，用于进行测量数据采集、处理、分析和计算和测量结果显示；以及实现对下位机5的操作控制。下位机采用51系列单片机为核心，实现对测量电路和各种仪器的连接控制。

附图1中虚线是在阻抗匹配下滤波器输入输出信号路径；粗实线是加载测试的路径。上位机1对下位机5进行控制，以选择不同的测试配置测试不同的参数。而测试接收机核心是数据采集卡3，采用PCI接口，插入PC机或者工控机的PCI插槽；该PCI卡还集成了一个基于DDS器件的多功能任意波形发生器，以提供测量插入损耗所需要的各种信号。

上位机1用于对所采集的信息或者来自数据库的数据进行分析和处理；如插入损耗计算及其频谱分析，滤波器电压驻波比计算（信号滤波器测试用）。数据库用来存储测试系统的结果，或者系统所需要的参考数据，比如标准信息及其要求等。通信接口负责测量系统与外部的通信，比如通过互联网与其他系统进行通信。上位机1跟下位机5结合，分发各种测试命令，选择测试参数、测试方式等等。下位机把接收到的控制命令，发送电子开关阵列，选择测量仪器和组件，实现不同参数或者不同方式的测试。

本实用新型将信号发生器2集成在系统内部，与接收机（数据采集卡3）和上位机构成一个虚拟的网络分析仪架构，避免了过去组件式虚拟仪器自动测试系统固有的缺陷，无须手工调零、校准，具有自调零和自校准功能，而且一致性和同步性很好。

系统对滤波器各主要技术参数实现自动测试，其原理简述如下（以插入损耗测量为例）：由上位机发送命令，信号源送出信号，同时下位机控制继电器阵列接通信号源与被测系统的连接，当测量阻抗匹配的插入损耗时，信号由虚线路径流过；当测量极限阻抗情况下插入损耗时，信号路径为粗实线，此时隔离网络短路。当测量加载情况下插入损耗时，信号由粗实线路径流过。这种情况下也有两种情况，一是测量阻抗匹配下的插入损耗，此时信号路径还是由粗实线流过，但此时阻抗匹配网络被短路；一是测量极限阻抗下的插入损耗，信号路径相同，但此时阻抗匹配网络接通。无论什么情况下，测量数据都由测试接收机进行数据采集，然后进行分析和处理，实时得到插入损耗测量结果并且显示，同时 处理结果送入数据库存储。

附图5中，每一个测试的测试数据都存入相应的数据库。对于阻抗测量，是非常必要的，因为滤波器自身输入输出阻抗对于其安装使用效果有很大影响，安装就要根据其阻抗特性，充分利用安装条件，最大限度的使其阻抗处于失配状态，利用反射原理衰减干扰信号，提高滤波器效能。而耐压测试和漏电流测试，也是必须要进行的测试，它们关系到系统和人身安全，必须满足相关标准规定要求。至于测试结果，对于不合格滤波器，要进行数据分析，尤其是插入损耗的频谱分析，以提供设计参考，便于整改；对合格产品，要结合其各项参数，比如插入损耗频率特性，输入输出阻抗特性，提供合理的安装建议。这是系统智能性一个方面的集中体现。

系统中各个测试仪器，均采用其标准连接方式，如试验电压测试仪和阻抗测试仪、漏电流测试仪采用标准配置的测试夹具，而信号源和接收机在仪器端采用BNC连接器，在测试端采用SMA连接器。测试连接线均采用屏蔽线缆。被测滤波器在测试时用一个专门设计的铝合金接线盒屏蔽起来，并且盒子保证良好接地，以保证测试结果不受测试环境中各种电磁信号的骚扰乃至干扰，最大限度获得滤波器的准确参数。屏蔽盒外部只留滤波器输入输出接线端和接地端，均采用SMA同轴连接器。屏蔽盒如附图2所示。

特别说明，对于滤波器插入损耗加载自动测试，其框图如附图3所示，插入损耗测试分为差模和共模接法两种。附图3中需要的缓冲网路如附图4所示其中粗线为屏蔽层。本实用新型实现了滤波器插入损耗自动化加载测试，是一大创新点。提高了测试速度，保证了测试的准确度，降低了测量不确定度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (4)

1.一种EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：该系统采用上、下位机结构；包括上位机（1）、信号发生器（2）、数据采集卡（3）、滤波器测试盒（4）以及下位机（5）；

该测试系统还包括用于滤波器参数测试的试验电压测试仪（6）、阻抗测试仪（7）、漏电流测试仪（8）、滤波器输入端阻抗变换器（9）；其中下位机（5）与继电器阵列（10）相连，继电器阵列（10）与试验电压测试仪（6）、阻抗测试仪（7）、漏电流测试仪（8）、滤波器输入端阻抗变换器（9）连接；该阻抗变换器（9）与被测滤波器（11）连接，被测滤波器（11）位于滤波器测试盒（4）里，被测滤波器（11）与数据采集卡（3）连接；同时，滤波器输出端阻抗变换器（12）与数据采集卡（3）连接；信号发生器（2）与继电器阵列（10）连接；

所述信号发生器（2）集成在上位机（1）系统内部，所述数据采集卡（3）采用PCI接口，插入上位机（1）的PCI插槽。

2.根据权利要求1所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于： 其中，上、下位机通过PCI总线和串口连接，以实现上位机（1）跟下位机（5）的结合，所述下位机（5）采用51系列单片机。

3.根据权利要求1所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：试验电压测试仪（6）和阻抗测试仪（7）、漏电流测试仪（8）采用标准配置的测试夹具，而信号发生器（2）、数据采集卡（3）在仪器端采用BNC连接器，在测试端采用SMA连接器；测试连接线均采用屏蔽线缆。

4.根据权利要求1所述EMI滤波器加载插入损耗自动测试系统，其特征在于：被测滤波器（11）设置在滤波器测试盒（4）里，滤波器测试盒（4）为铝合金接线盒，通过铝合金接线盒屏蔽起来；

屏蔽盒外部只留滤波器输入输出接线端和接地端，均采用SMA同轴连接器；所述滤波器测试盒（4）具有屏蔽箱体（4a），内部设置屏蔽隔板（4b），屏蔽箱体（4a）上设置同轴接头（4c）。