一种基于时域测量的传导电磁干扰分离的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时域测量的传导电磁干扰分离技术方法,其原理是通过对线性阻抗稳定网络输出信号进行时域采样，然后根据差模干扰和共模干扰的定义，使用数值计算方法实现传导干扰的软件分离和频谱输出，最后通过测试实验完成传导干扰分离效果的评估。与一般标准传导干扰测试方法相比，该方法使用数字示波器代替昂贵的EMI接收机，且无需专门的传导干扰分离网络设备，可以极大降低测试系统硬件成本，适用于传导电磁干的扰测试与整改使用。适用于传导电磁干的扰测试与整改使用。适用于传导电磁干的扰测试与整改使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域测量的传导电磁干扰分离的实现方法


[0001]本专利技术涉及一种基于时域测量的传导电磁干扰分离的实现方法。属于电磁干扰测试


技术介绍

[0002]随着电力电子设备的大量使用和现代开关器件工作频率的不断升高及输出功率的不断增大，电力线传输系统中的传导电磁干扰(Electromagnetic Interference)问题不断涌现，因此电磁干扰噪声的有效测量和抑制逐渐成为电磁兼容研究中的一个研究热点。在目前功率变换器的电磁干扰研究领域，无源EMI滤波器设计是抑制系统传导干扰最有效的方法。针对某个特定的系统，在设计EMI滤波器时需要根据其噪声特征进行专门设计，根据电磁干扰的形成机理，电磁干扰通常分为差模干扰和共模干扰，其主要区分特征是两者形成的回路不同，在EMI滤波器设计时同样需要分为差模和共模两个方向进行专门设计。目前国际上规定的传导电磁干扰测量设备为线性阻抗稳定网络(Line Impedance Stabilization Network)，其所测量得到的是差模和共模的汇合信号，因此将LISN所测得的噪声信号分离为差模和共模信号是抑制电磁干扰首先要解决的问题。
[0003]为解决上述问题，国内外先后提出了以射频变压器为核心器件的传导EMI噪声分离网络。这些网络虽然可以初步实现对噪声的分离,但由于采用变压器作为主要分离器件,因此在高频条件下因杂散效应影响将产生较明显的性能衰退现象。美国提出了采用0
°
/180
°
功分器取代变压器的分离网络,但在实际使用时，220V交流电对地电压不对称容易使功分器进入饱和状态造成信号失真，一定程度上影响了其推广使用。另一方面借助计算机数值计算功能，提出了传导干扰软分离方法，由于仍然需要单模分离网络,因此该方法实际只能称半软分离方法。近年来随着人工智能算法的推广应用，又提出了双/单通道传导电磁干扰噪声盲源分离方法，实验证明其分离性能取决于小波函数的选取，由于传导干扰噪声先验信息的不确定性影响，该方法在实际测试时测量结果的重复性和稳定性有待验证。
[0004]传统干扰分离技术的测试原理如图1所示，首先使用LISN耦合电源线干扰信号，如图1所示，LISN允许50Hz或60Hz的电源信号输入到被测设备(EUT)而无衰减，但不允许外部噪声信号通过，被测设备产生的噪声信号被过滤耦合到LISN的监测输出端。电源相线L和中线N出现的传导干扰信号电压与差模和共模电压的关系用向量形式表示：
[0005][0006]由上式可知，若把LISN输出的监测信号直接输入到EMI接收机，则接收机所测到的噪声信号实际上是共模和差模信号的和或差。因此需要再增加专门的噪声分离网络，分别耦合出差模和共模干扰信号，再使用EMI接收机进行测量。由于噪声分离网络和EMI接收机价格昂贵，多用于标准电磁兼容实验室，受限于使用成本，一般现场传导干扰测试排查难以推广应用。
[0007]同样作为软件分离方法，使用传导干扰软分离方法，其基本原理如下：对上式(1)
两边取模，可得
[0008][0009]其中Δθ为和的相位差，对式(2)进行化解可得
[0010][0011]由于和可以从LISN监测端直接测得，因此可以先求出则可通过上式(3)计算求得，这里的获得需使用专门的差模抑制网络，这种方法在理论是可行的，但在实际操作过程中是存在明显问题的，其主要原因在于上式(3)中各分量都是随机噪声信号，要想上式(3)成立，其3个已知分量信号必须同时测得，这不仅需要3台极其昂贵的EMI接收机，还需要接收机进行同步测量，且在测试时需要把和同时作为输入信号，上述三个信号同时输出都是困难的，因此该方法在实际测试应用中基本很难实现。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于时域测量的传导电磁干扰分离技术,作为完全软件分离方法，与上述半软分离方法相比，无需单模分离网络支持，单次测量便可直接给出差模和共模信号频谱，具有更高的现场测试效率。
[0013]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于时域测量的传导电磁干扰分离的实现方法，首先将LISN的相线L监测端输入到示波器通道1，中线N监测端输入到通道2。示波器对输入信号进行时域采样，计算机对采集到的时域信号执行相加和相减操作，得到信号如下：
[0014][0015]通过对获得的上式(1)采样数据进行FFT计算可以求得一个时变信号的频谱，下面给出使用FFT计算幅度和功率谱的计算过程。对长度为N的时间序列x[n]进行DFT，求得S[f]如下：
[0016][0017]由于被测信号为随机噪声信号，直接使用上式(2)计算将难以获得稳定的测量结果，因此这里采用Welch方法来获得随机信号的功率谱密度估计，其本质是修正周期图方法的一种，其原理是通过对采样数据分段重叠及加窗等技术，达到降低谱估计方差的目的。具体过程是：将N个采样数据{x(0),x(1),
…
,x(N-1)}分为K段，每段数据长为L，其中有L-D个数据为相邻重叠数据，即N＝L+D(K―1)，第i段L个数据为：x
i
(n)＝x(n+iD)，其中n＝0,1,
…
,L―1，i＝0,1,
…
,K―1，对每一段数据进行加窗处理，并分别计算功率谱：
[0018][0019]式中：为数据窗w(n)的能量修正参数，通过对上式进行平均处理，获得N个数据的Welch谱估计
[0020][0021]假设上式计算结果为功率谱密度，为了获得传导干扰信号频谱，需进行测量结果的单位转换和幅度修正，具体步骤如下：
[0022](1)功率谱密度φ转化为功率谱P
[0023][0024]其中F
s
为时域信号采样率，L为FFT计算数据长度，两者相除表示模拟带宽，λ为FFT功率修正系数。
[0025](2)功率谱P转化为幅度谱V
[0026][0027]其中R为示波器输入阻抗，取50Ω。
[0028](3)线性单位转化为对数单位
[0029]V
mag(dBμV)
＝20log
10
V+120
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0030](4)结果修正
[0031]V
DM
＝V
mag(dBμV)
―DMIL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032]V
CM
＝V
mag(dBμV)
―CMIL
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0033]其中DMIL和CMIL分离网络差模插入损耗和共模插入损耗，可通过系统校准获得，修正计算时需通过线性插值算法计算每个频点的修正值，并带入上式(8)和(9)进行计算。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0035]1)本专利技术提出一种基于时域测量的传导电磁干扰分离技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时域测量的传导电磁干扰分离的实现方法，其特征在于：首先将LISN的相线L监测端输入到示波器通道1，中线N监测端输入到通道2，示波器对输入信号进行时域采样，计算机对采集到的时域信号执行相加和相减操作，得到信号如下：其中：为差模电压，为共模电压，为电源相线L的传导干扰信号电压，为电源相线N的传导干扰信号电压；通过对获得的上式(1)采样数据进行FFT计算求得一个时变信号的频谱，具体为对长度为N的时间序列x[n]进行DFT，求得S[f]如下：将N个采样数据{x(0),x(1),
…
,x(N-1)}分为K段，每段数据长为L，其中有L-D个数据为相邻重叠数据，即N＝L+D(K―1)，第i段L个数据为：x
i
(n)＝x(n+iD)，其中n＝0,1,
…
,L―1，i＝0,1,
…
,K―1，对每一段数据进行加窗处理，并分别计算功率谱：式中：为数据窗w(n)的能量修正参数，通过对上式进行平均处理，获得N个数据的Welch谱估计假设上式计算结果为功率谱密...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏伟，陈德明，高申翔，沈小青，杨洋，陆炘炘，丁风海，崔豹，邱斌，周东方，王志虎，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六八六部队，
类型：发明
国别省市：