一種基于emi濾波器的電磁干擾噪聲測(cè)量與抑制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于EMI濾波器的電磁干擾噪聲測(cè)量與抑制系統(tǒng),屬于電磁干擾 噪聲處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,在電力線和電氣設(shè)備中,電磁干擾(EMI)的作用途徑主要分為兩大類,分別 是輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。輻射干擾是指干擾源比較遠(yuǎn),干擾源發(fā)出的干擾以電磁波的形式 被吸收,而傳導(dǎo)干擾是指干擾源距離比較近,干擾源經(jīng)過耦合電容、耦合電感和公共阻抗的 途徑進(jìn)入被干擾設(shè)備。在低頻范圍內(nèi),電磁干擾的主要表現(xiàn)形式是傳導(dǎo)干擾。干擾信號(hào)主 要是電流和電壓的諧波分量,而傳導(dǎo)干擾的載體則是信號(hào)線、控制線和電力線,為了控制并 降低EMI的影響,在工業(yè)界最為有效的手段之一是采用EMI濾波器,根據(jù)傳導(dǎo)噪聲差模干擾 和共模干擾產(chǎn)生的機(jī)理不同,相應(yīng)的電磁干擾EMI濾波器的設(shè)計(jì)又分為共模濾波器和差模 濾波器兩種,因此,在噪聲測(cè)量時(shí)需要分離后的共模噪聲和差模噪聲,這就需要設(shè)計(jì)能夠提 供能精確分離共模噪聲和差模噪聲的共模濾波器和差模濾波器。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的傳導(dǎo) 性電磁干擾測(cè)量系統(tǒng)采用線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN),只能提供電力線上的相互疊加的共模 和差?;旌细蓴_信號(hào),由于不同模態(tài)信號(hào)確定不同濾波性能、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與參數(shù)選取,因而現(xiàn) 階段使用的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對(duì)試劑功率線濾波器的干擾抑制幫助不大。
[0003] 在多數(shù)電子、電氣設(shè)備的傳導(dǎo)發(fā)射過程中,傳導(dǎo)發(fā)射頻率從幾千盒子直至1GHz以 上,當(dāng)頻率很高時(shí),由于導(dǎo)體損耗以及分布電感和分布電容的作用,使傳導(dǎo)電流大大衰減, 直流電源的輸出端可能出現(xiàn)不同程度的交流噪聲和其他干擾,在交流整流后還能出現(xiàn)由于 電源濾波器元件、電容和非正常的串聯(lián)電感諧振而傳輸?shù)牟y,它們?cè)陔娫吹妮敵龆藰O可 能引起阻尼振蕩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣調(diào)控、噪聲模態(tài)快速準(zhǔn) 確分離、能夠抗外部干擾同時(shí)抑制本身對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾的基于EMI濾波器的電磁干擾 噪聲測(cè)量與抑制系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下: 一種基于EMI濾波器的電磁干擾噪聲測(cè)量與抑制系統(tǒng),其包括用于提取混合噪聲的線 性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)選擇模塊、噪聲放大模塊、濾波器模塊、A/D采樣模塊、中心控制模塊 以及串口通信模塊;所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的電源端外接有主電源,所述主電源經(jīng)線性阻 抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)后接入被測(cè)設(shè)備的被測(cè)端,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在主電源和被測(cè)設(shè)備之 間,將提取到的混合噪聲輸出至噪聲分離電路進(jìn)行差模信號(hào)、共模信號(hào)或者直通信號(hào)的分 離選擇; 所述主電源經(jīng)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)后接入被測(cè)設(shè)備的被測(cè)端,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的 提取信號(hào)輸出端經(jīng)信號(hào)選擇模塊后輸入噪聲放大模塊的輸入端,所述噪聲放大模塊的輸出 端依次經(jīng)濾波器模塊和A/D采樣模塊后與中心控制模塊雙向連接,所述中心控制模塊經(jīng)串 口通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信; 所述信號(hào)選擇模塊包括噪聲分離電路和其外接的繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1、繼電器常開觸 點(diǎn)K1-2和繼電器常開觸點(diǎn)K2-1,所述繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1和繼電器常開觸點(diǎn)K1-2相互為 反向動(dòng)作觸點(diǎn)。
[0006] 進(jìn)一步的,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的地線輸出端V'E經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)K2-1導(dǎo)出 直通信號(hào)c接入噪聲放大模塊的輸入端;所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的火線輸出端V' [經(jīng)噪聲 分離電路后經(jīng)繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1導(dǎo)出共模信號(hào)a接入噪聲放大模塊的輸入端;所述線性 阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的零線輸出端V',經(jīng)噪聲分離電路后經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)K1-2導(dǎo)出差模信號(hào) b接入噪聲放大模塊的輸入端。
[0007] 進(jìn)一步的,所述噪聲分離電路包括帶中心抽頭的射頻變壓器T、共模電感線圈L、 差模濾波電容C和電阻R1~R2 ;所述差模濾波電容C和繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1串聯(lián)后并聯(lián)在 射頻變壓器T的原邊,所述射頻變壓器T的原邊的中點(diǎn)抽頭經(jīng)電阻R1接地,所述射頻變壓 器T的原邊的中點(diǎn)抽頭導(dǎo)出共模信號(hào)a,所述射頻變壓器T的副邊的兩端分別接共模電感線 圈L的兩輸入端,所述射頻變壓器T的副邊的一端和共模電感線圈L的一個(gè)輸入端之間串 聯(lián)有繼電器常開觸點(diǎn)K2-1,所述共模電感線圈L的兩輸出端一個(gè)接地,另一個(gè)經(jīng)電阻R2接 地,所述共模電感線圈L的接電阻R2的輸出端導(dǎo)出差模信號(hào)b。
[0008] 進(jìn)一步的,所述噪聲放大模塊包括運(yùn)算放大器及其外圍電路組成,所述共模信號(hào) a、差模信號(hào)b和直通信號(hào)c擇一輸入所述運(yùn)算放大器的輸入端。
[0009] 進(jìn)一步的,所述濾波器模塊由EMI低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)組成,所述噪聲 放大模塊中的運(yùn)算放大器的輸出端依次經(jīng)過EMI低通濾波器和高通濾波器接入A/D采樣模 塊。
[0010] 進(jìn)一步的,所述A/D采樣模塊包括A/D驅(qū)動(dòng)芯片和A/D采樣芯片,所述濾波器模塊 中的高通濾波器的輸出端接A/D驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端,所述A/D驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端接A/D采 樣芯片的輸入端,所述A/D采樣芯片的輸出端接入中心控制模塊。
[0011] 進(jìn)一步的,所述中心控制模塊包括FPGA芯片和RAM存儲(chǔ)器,所述RAM存儲(chǔ)器與 FPGA芯片雙相連接,所述FPGA芯片的通信端經(jīng)串口通信模塊與上位機(jī)連接,所述FPGA芯片 的數(shù)據(jù)端與A/D采樣芯片的輸出端相連接。
[0012] 進(jìn)一步的,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)為具有穩(wěn)定阻抗的三端口接口電路,其為單向V 型線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、Y型線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)或A型線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)選用單向V型線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò),其包括 分別接在主電源的'端和主電源的¥,端上的第一低通濾波器和第二低通濾波器,以及隔直 電容C3~ C4和電阻R3~R4 ;所述第一低通濾波器包括電容Cl和電感L1,所述第二低通濾波 器包括電容C2和電感L2,所述主電源的 '端和V N端分別經(jīng)電感L1和L2接被測(cè)設(shè)備的L 輸入端和N輸入端,所述主電源的VE端接地,所述電容C1并聯(lián)在主電源的V ^端與地之間, 所述電容C2并聯(lián)在主電源的VN端與地之間,所述隔直電容C3與電阻R3串聯(lián)后接在所述被 測(cè)設(shè)備的L輸入端和地之間,所述隔直電容C4與電阻R4串聯(lián)后接在所述被測(cè)設(shè)備的N輸 入端和地之間。
[0014] 進(jìn)一步的,所述射頻變壓器T的變比為2 :1~4 :1。
[0015] 進(jìn)一步的,所述噪聲放大模塊中的運(yùn)算放大器的型號(hào)為THS4271DGK,所述中心 控制模塊中的FPGA芯片的型號(hào)為EP1C3T144,所述中心控制模塊中的RAM芯片的型號(hào)為 IS61LV3216L,所述串口通信模塊為RS232串口模塊,所述A/D采樣模塊中的A/D驅(qū)動(dòng)芯片 的型號(hào)為AD8138AR,所述A/D采樣模塊中的A/D采樣芯片的型號(hào)為AD9283BRS-100。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是: 本發(fā)明采用線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)在被測(cè)設(shè)備和主電源之間形成了一個(gè)具有穩(wěn)定阻抗的 接口電路,其電路中設(shè)計(jì)有低通濾波器和相應(yīng)的隔直電容和用于泄放耦合電流的電阻,能 有效防止中途突然斷開時(shí)產(chǎn)生尖峰電壓而損壞被測(cè)設(shè)備,保證了火線、零線和地線之間的 阻抗一致,為信號(hào)選擇模塊和被測(cè)設(shè)備之間提供了一個(gè)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò),濾除可能由主電源進(jìn) 入本系統(tǒng)的高頻噪聲,減少引起測(cè)量誤差; 之后通過信號(hào)選擇模塊完成輸入信號(hào)到共模信號(hào)、差模信號(hào)或直通信號(hào)的轉(zhuǎn)換并通過 繼電器觸點(diǎn)選擇其中一路,使得本系統(tǒng)適用范圍更廣,可產(chǎn)生的信號(hào)類型更多變;進(jìn)而通過 噪聲放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大后通過濾波器模塊中的EMI低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)濾 除工作頻率范圍以外的信號(hào),防止在后續(xù)數(shù)字處理過程中引起信號(hào)混疊,后續(xù)的數(shù)字處理 采用A/D采樣模塊,最終通過FPGA芯片控制A/D采樣模塊選擇信號(hào)類型并通過串口通信模 塊傳輸給上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)分析,最終本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)采樣數(shù)據(jù)的調(diào)控、快速準(zhǔn)確分離噪聲 模態(tài)、消減外部干擾的同時(shí)抑制本身對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生干擾,性能穩(wěn)定,數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明中信號(hào)選擇模塊的電路原理圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明中線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例示意圖。
[0020] 其中,1線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)、2信號(hào)選擇模塊、3噪聲放大模塊、4濾波器模塊、5 A/D 采樣模塊、6中心控制模塊、7串口通信模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果更加清楚,下面將結(jié)合附圖 和具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022] 如圖1~3所示,本實(shí)施例1包括用于提取混合噪聲的線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1、信號(hào)選 擇模塊2、噪聲放大模塊3、濾波器模塊4、A/D采樣模塊5、中心控制模塊6以及串口通信模 塊7 ;所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1的電源端外接有主電源,所述主電源經(jīng)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1 后接入被測(cè)設(shè)備的被測(cè)端,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1設(shè)置在主電源和被測(cè)設(shè)備之間,將提 取到的混合噪聲輸出至噪聲分離電路進(jìn)行差模信號(hào)、共模信號(hào)或者直通信號(hào)的分離選擇; 所述主電源經(jīng)線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1后接入被測(cè)設(shè)備的被測(cè)端,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) 1的提取信號(hào)輸出端經(jīng)信號(hào)選擇模塊2后輸入噪聲放大模塊3的輸入端,所述噪聲放大模 塊3的輸出端依次經(jīng)濾波器模塊4和A/D采樣模塊5后與中心控制模塊6雙向連接,所述 中心控制模塊6經(jīng)串口通信模塊7與上位機(jī)進(jìn)行通信; 所述信號(hào)選擇模塊2包括噪聲分離電路和其外接的繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1、繼電器常開 觸點(diǎn)K1-2和繼電器常開觸點(diǎn)K2-1,所述繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1和繼電器常開觸點(diǎn)K1-2相互 為反向動(dòng)作觸點(diǎn)。
[0023] 進(jìn)一步的,所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1的地線輸出端V'E經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)K2-1導(dǎo) 出直通信號(hào)c接入噪聲放大模塊3的輸入端;所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1的火線輸出端V' L 經(jīng)噪聲分離電路后經(jīng)繼電器常閉觸點(diǎn)K1-1導(dǎo)出共模信號(hào)a接入噪聲放大模塊3的輸入端; 所述線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)1的零線輸出端V',經(jīng)噪聲分離電路后經(jīng)繼電器常開觸點(diǎn)K1-2導(dǎo) 出差模信號(hào)b接入噪聲放大模塊3的輸入端。
[0024] 進(jìn)一步的,所述噪聲分離電路包括帶中心抽頭的射頻變