DE4340514A1 - Störgenerator für EMV-Meßanordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Störgenerator, der in Meßschaltungen oder Schaltungsmodellen zur Erfassung und Bewertung des EMV-Verhaltens eines elektrischen Gerätes oder einer elektronischen Schaltung eingesetzt werden soll.

Unter EMV-Verhalten soll dabei die geräteinterne Wandlung einer elektromagnetischen Störgröße in einen Funktionsfeh­ ler verstanden werden.

Der Störgenerator soll die Realisierung des Impulsdichte­ verfahrens für EMV-Messungen ermöglichen. Mit dem Impuls­ dichteverfahren ist die unkomplizierte Erfassung von Ver­ träglichkeitsänderungen in einer Meßzeit von nur etwa 1 Sekunde möglich.

Im Mittelpunkt der Meßanordnung steht dabei der Störgene­ rator. Er muß eine Folge unterschiedlich hoher Störim­ pulse mit definierter Anstiegszeit erzeugen. Die Häufig­ keitsverteilung unterschiedlicher Störimpulsamplituden muß über die Meßzeit möglichst gleichmäßig sein.

Der Störgenerator vereinigt die für das Impulsdichtever­ fahren notwendigen drei Funktionen Burstgenerator, Opti­ scher Empfänger und Frequenzzähler.

Ein Killerkreis übernimmt bisher die Funktion des Burst­ generators. Dabei ist jedoch eine Reproduzierbarkeit der Eigenschaften von Gerät zu Gerät nicht gegeben. Des weite­ ren lassen sich die Parameter der Einzelimpulse, wie An­ stiegszeit und Rückenhalbwertzeit nicht gezielt beeinflus­ sen.

Andere bekannt gewordene Störgeneratoren haben bei komfor­ tablen, programmgesteuerten Ausführungen die Möglichkeit, die Störimpulsamplitude nach einer Hüllkurve, z. B. einer Rampenfunktion, zu verfahren. Für diesen Prozeß werden jedoch mehrere Sekunden benötigt, was einen Einsatz zur Realisierung des Impulsdichteverfahrens aufgrund ihrer Trägheit ausschließt. Des weiteren fehlt die Möglichkeit der Synchronisation mit einem Frequenzzähler. Weitere Nachteile sind ein hoher Preis sowie großes Volumen und Gewicht.

Abgeleitet aus diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für die dem Impulsdichteverfahren entsprechende Meßzeit von etwa 1 Sekunde eine Störimpulsfolge zu erzeu­ gen, die eine ausreichend gleichmäßige Häufigkeitsvertei­ lung der Störimpulsamplitude besitzt.

Der diese Störimpulsfolge generierende neue Burst- bzw. Störgenerator soll bei Verwendung kostengünstiger Bauele­ mente einen einfachen Aufbau haben und im Vergleich zu bisher üblichen Generatoren nur geringe Größe und Gewicht besitzen.

Eine Verstellbarkeit der Störimpulsform insbesondere hin­ sichtlich ihrer Steilheit soll möglich sein.

Über die vorgegebene Meßzeit von 1 Sekunde sollen die Impulse quasi statistisch verteilt sein, um ohne Synchro­ nisationseinrichtung auszukommen.

Eine Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Funktionsprinzip besteht darin, daß ein Kondensator C mit einem Hochspannungsimpuls der Frequenz f₁ periodisch aufgeladen wird. Parallel zum Kondensator C befindet sich eine in ihrer Schlagweite s mit der Frequenz f₂ veränderliche Funkenstrecke. Diese Funkenstrecke verändert ihre Schlagweite nach einer bestimmten Zeitfunktion, die vorzugsweise einen linearen Verlauf besitzt, beispielsweise s = k _* t.

Im angestrebten Idealfall öffnet und schließt sich die Funkenstrecke kontinuierlich mit der Frequenz f₂. Jeder Hochspannungsimpuls bewirkt beim Erreichen der der Durchschlagspannung der Funkenstrecke entsprechenden Span­ nung am Kondensator C einen Durchschlag der Funkenstrecke und jeder Hochspannungsimpuls erzeugt mindestens einen Durchschlag. Der Kondensator wird dadurch schlagartig entladen.

Die Funkenstrecke begrenzt also abhängig von der aktuellen Schlagweite das Anwachsen der Spannung.

Die Entladung der Funkenstrecke erfolgt über das Netzwerk R, das im einfachsten Fall aus einer R-L-Kombination oder auch nur aus einem Widerstand besteht. Mit diesem Netzwerk kann die Impulsform der Entladung beeinflußt werden. Die Entladung selbst wird als Störimpuls am Ausgang des Gene­ rators ausgekoppelt. Die Auskopplung erfolgt dabei am Netzwerk R oder am Kondensator C.

Der als Störimpuls ausgekoppelte Durchschlagsimpuls ergibt sich aus der Rückflanke des Hochspannungsimpulses.

Die Spannungsimpulserzeugung und die periodische Schlag­ weitenveränderung erfolgen vorzugsweise mit unterschied­ licher Frequenz. Generell kann jedoch die Funkenstrecke mit ihrer Frequenz f₂ synchron oder asynchron zu den Hoch­ spannungsimpulsen der Frequenz f₁ schwingen. Ein asynchro­ nes Schwingen bewirkt jedoch eine größere Amplitudenviel­ falt.

Wenn die Pulsfrequenz f₁ der Hochspannung und die Frequenz f₂ der Schlagweitenveränderung der Funkenstrecke unter­ schiedlich sind, wird der Kondensator C beim jeweils nächsten Ladezyklus soweit aufgeladen, wie es die aktuelle Schlagweite s zuläßt, d. h. jeder folgende Hochspannungs­ impuls trifft immer auf eine andere Schlagweite. Auf diese Weise entstehen Störimpulse unterschiedlicher Amplitude.

Vorzugsweise ist die Frequenz der Funkenstrecke geringer als die Frequenz der Hochspannungsimpulse. Der Vorgang kann im Grenzfall aus einem einmaligen Bewegungszyklus der Funkenstrecke bestehen (eine Periode). In dieser Periode muß eine ausreichend große Zahl von Hochspannungsimpulsen erzeugt werden. Nachteilig bei einer derartigen Verfah­ rensweise ist, daß der Zähler synchronisiert werden muß. Das kann prozessorgesteuert für ein geschlossenes Aus­ wertesystem erfolgen. Das Meßsystem beinhaltet hier einen Computer, der einen Störgenerator und einen Zähler steuert.

Der Vorgang besteht im Normalfall aus mehreren Perioden eines pendelnden Öffnens und Schließens der Funkenstrecke. Dieses pendelnde Öffnen und Schließen kann durch ein schwingendes mechanisches System erzeugt werden, das hohe Schaltgeschwindigkeiten erreicht.

Der einzelne Impuls zündet dabei in das schwingende Kon­ taktsystem der Funkenstrecke hinein und findet hier eine jeweils unterschiedliche Schlagweite s(t) vor. Diese unterschiedliche Schlagweite führt wiederum zu der ge­ wünschten unterschiedlichen Durchschlagspannung und damit zur Generierung einer für die Meßaufgabe erforderlichen Störamplitudenfolge.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Meßstrategie und Meßanordnung zum Impulsdichte­ verfahren ,

Fig. 2 die Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Störgenerators,

Fig. 3 die Zeitverläufe der Hochspannungsimpulse, der Veränderung der Schlagweite und der ausgekoppelten Störimpulse,

Fig. 4 eine Schaltungsvariante des neuen Störgenerators.

Fig. 1 zeigt die dem erfindungsgemäßen Störgenerator zu­ grunde liegende Meßstrategie und Meßanordnung zur Reali­ sierung des Impulsdichteverfahrens.

Für dieses Verfahren ist ein spezieller Störgenerator 7 erforderlich. Er muß kontinuierlich Burstimpulse liefern, deren Amplituden eine unterschiedliche Höhe besitzen, s. Fig. 1.1. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens verschie­ dener Störimpulsamplituden muß möglichst gleichmäßig ver­ teilt sein, s. Fig. 1.2. Praktisch wird das bei einem speziellen Störgenerator 7 zwischen einem kleinst- und größtmöglichen Amplitudenwert mehr oder weniger gleich­ mäßig realisierbar sein.

Je nachdem, welche Höhe die Störschwelle hat, wird pro Zeitintervall eine bestimmte Impulszahl vom Sensor regi­ striert und an den Empfänger EMV-E1 weitergeleitet. Wenn der Empfänger auf den Eingang eines Zahlfrequenzmessers 8 aufgesteckt wird, s. Fig. 1.3, ist die Impulszahl pro Zeiteinheit (z. B. 1 sec) sofort ablesbar, s. Fig. 1.4. Wenn die Störschwelle niedrig liegt, wird eine große, wenn sie hoch liegt, eine kleine Impulszahl pro Zeiteinheit ein Wert für die Verträglichkeit des Meßobjekts. Eine durch Manipulieren am Meßobjekt bzw. Meßmodell entstandene Ver­ träglichkeitsänderung kann sofort nach einer kurzen Meß­ zeit am Frequenzzähler abgelesen werden. Als Stör- bzw. Burstgeneratoren zur Erzeugung einer Störspannung U_st werden Killerkreise, beispielsweise nach Fig. 1.5 verwen­ det.

Fig. 2 veranschaulicht den prinzipiellen Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Störgenerators. Parallel zu einem mit Hoch­ spannungsimpulsen 1 der Frequenz f₁ aufgeladener Kondensa­ tor 2 ist eine in ihrer Schlagweite s nach der Frequenz f₂ veränderliche Funkenstrecke 3 angeordnet. Die Auskopplung der Störimpulse 5 erfolgt entweder am Kondensator 2 mit­ tels der Auskoppelkondensatoren C_A oder über den Wider­ stand bzw. das Netzwerk 4.

Die Zeitverläufe der Hochspannungsimpulse und der Spannung U_C am Kondensator 2 sind in Fig. 3.1 dargestellt.

Die eingezeichnete Hüllkurve 9 kennzeichnet dabei die Durchschlagspannung der Funkenstrecke 3. Die Periodendauer T₁ ergibt sich aus der Beziehung

T₁ = 1/f₁.

Aus dem analogen Zeitverlauf nach Fig. 3.2 ist die Verän­ derung der Schlagweite s über die Periodendauer T₂ der Funkenstrecke 3 zu entnehmen.

Die zeitliche Entwicklung der Schlagweite folgt dabei der Funktion s = k _* t.

Bei einem nichtlinear schwingenden Funkenstreckensystem kann die Frequenz des Hochspannungsimpulses während einer Schwingungsperiode der Funkenstrecke so verändert werden, daß sie den nichtlinearen Verlauf der Veränderung der Schlagweite der Funkenstrecke kompensiert. Diese Frequenz­ änderung entspricht dabei einer Funktion des Phasenwinkels der Funkenstreckenfrequenz.

Die Periodendauer der Funkenstrecke 3 ergibt sich aus der Gleichung

T₂ = 1/f₂.

Im Zeitverlauf nach Fig. 3.3 sind die im Ergebnis der Zeitverläufe nach Fig. 3.1 und 3.2 ausgekoppelten Stör­ impulse 5 eingezeichnet.

Die Zeitverläufe nach Fig. 3 basieren auf der Vorausset­ zung unterschiedlicher Frequenzen der Hochspannungsimpulse (f₁) und der Funkenstrecke (f₂).

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante für die Schaltung des neuen Störgenerators. Bei der Zündschaltung für die Erzeugung der Hochspannungsimpulse wird der Transistor­ unterbrecher 10 von einem Frequenzgenerator 11 mit der Frequenz f₁ angesteuert. Der Transistorunterbrecher 10 unterbricht einen Gleichstrom in der Primärwicklung des Transformators 12, wodurch ein Spannungsimpuls auf der Sekundärseite des Trafos 12 induziert wird.

Dieser Spannungsimpuls lädt über die Drosseln 13 den Kon­ densator 2 auf. Wenn die Spannung am Kondensator C der Durchschlagspannung der Funkenstrecke 3 entspricht, wird durch ein Durchschlagen der Funkenstrecke der Kondensator C schlagartig entladen. Mit den Drosseln 13 wird der Vor­ gang vom Trafo 12 entkoppelt. Die Steilheit des Entlade­ vorganges von C wird vom Netzwerk 4, hier ein Widerstand R, bestimmt. Diese steile Spannungsflanke wird als Störim­ puls aus der Schaltung ausgekoppelt. Die Auskopplung 5 kann über die Auskoppelkondensatoren C_A am Kondensator C erfolgen oder direkt am Widerstand R.

Um die für die Anwendung des Impulsdichteverfahrens er­ forderliche homogene Verteilung der Störimpulsamplituden zu erreichen, wird die Schlagweite der Funkenstrecke s konti­ nuierlich mit der Frequenz f₂ vergrößert bzw. verringert. Dazu wird ein mechanisch pendelndes bzw. schwingendes System verwendet, was im einfachsten Fall durch das Kon­ taktsystem eines Relais realisierbar ist. Das Relais wird vom Frequenzgenerator 6 mit der Frequenz f₂ periodisch erregt.

Die Frequenz f₁ des Generators 11 ist höher als die Fre­ quenz f₂ des Generators 6 eingestellt.

Beide Generatoren 11, 6 laufen asynchron, so daß die Am­ plituden der Impulsfolgen quasi statistisch verteilt sind.

Claims (7)

1. Störgenerator für EMV-Meßanordnungen zur Realisierung des Impulsdichteverfahrens,
dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem mit Hoch­ spannungsimpulsen (1) der Frequenz f₁ periodisch aufge­ ladenen Kondensator C (2) eine in ihrer Schlagweite s nach der Frequenz f₂ veränderliche Funkenstrecke (3) angeordnet ist, wobei

• - sich die Schlagweite s der Funkenstrecke (3) nach einer bestimmten Zeitfunktion verändert,
• - die Frequenz f₂ der sich periodisch verändernden Schlag­ weite der Funkenstrecke (3) synchron oder asynchron zur Frequenz f₁ der Hochspannungsimpulse (1) eingestellt ist,
• - die Entladung der Funkenstrecke (3) über das Netzwerk R (4) erfolgt,
• - mit dem Netzwerk R die Impulsform der Entladung verän­ derbar ist,
• - die Auskopplung der Störimpulse (5) über den Kondensator (2) oder das Netzwerk (4) erfolgt.

2. Störgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitfunktion für die Ver­ änderung der Schlagweite s der Funkenstrecke (3) vorzugs­ weise einen linearen Verlauf besitzt und der Funktion s = k _* t folgt.

3. Störgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk R (4) aus einer R-L-Kombination oder nur aus einem Widerstand besteht.

4. Störgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Frequenz der Funkenstrecke (3) f₂ geringer als die Frequenz f₁ der Hochspannungsimpulse (1) ist.

5. Störgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlicher Frequenz von f₁ (Hochspannungsimpulse) und f₂ (Funkenstrecke) für eine Folge von Spannungsimpulsen jeder Impuls eine andere Schlagweite s vorfindet, wodurch wiederum eine mit der EMV-Meßanordnung auswertbare Folge von Störamplituden entsteht.

6. Störgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (3) über ein mit der Frequenz f₂ schwingendes und in seiner Frequenz steuerbares mechanisches System verfügt, wodurch ein pendelndes Öffnen und Schließen der Kontakte der Funken­ strecke gegeben ist.

7. Störgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als pendelndes bzw. schwingendes System der Kontakte einer Funkenstrecke (3) das Kontaktsystem eines Relais vorgesehen ist, wobei das Relais von einem Frequenzgenerator (6) mit der Frequenz f₂ beaufschlagt ist.