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隨著科學技術和生產的發展，電子產品日益增多，從而空間電磁環境越發復雜，惡劣的電磁環境將會對人類及各種生物造成嚴重影響，另外電子產品間也可能互相產生干擾導致其不能正常工作，于是出現了EMC測試。 在電子設備及電子產品中，電磁干擾能量可通過輻射性耦合或傳導性耦合進行傳輸。在抑制電磁干擾信號的輻射干擾方面，屏蔽是有效的措施；在抑制電磁干擾信號的傳導干擾方面，EMI濾波器是十分有效的器件。由于EMI濾波器是抑制傳導干擾的重要器件，所以研究EMI濾波器的測試方法就變得十分重要。 l EMI濾波器的測試指標 1．1 共模干擾和差模干擾 實際上EMI電源濾波器起兩種低通濾波器的作用：衰減共模干擾和衰減差模干擾。對任何電源線上的傳導干擾信號，都可以用共模和差模干擾信號來表示。并且可把L—E和N—E之間的共模干擾信號、L—N之間的差模干擾信號看作獨立的EMI源，把單相電源內的L—E、N—E和L—N看作獨立網絡端口來分析EMI信號和有關的濾波網絡。圖1中，U1和U2為共模干擾信號，U3為差模干擾信號。 1．2 EMI濾波器網絡結構 圖2所示為單相電源濾波器的基本網絡結構。它是由集中參數元件構成的無源低通網絡，濾波網絡主要由兩只電感L1和L2，三只電容CX、CY1、CY2組成。如果把該濾波器一端接入電源，負載端接上被干擾設備，那么L1和CY1，L2和CY2就分別構成L—E和N—E兩對獨立端口間的低通濾波器，用來抑制電源線上存在的共模EMI信號。此外，L1、L2又與CX構成L—N獨立端口之間的低通濾波器，抑制差模干擾信號。 1．3 EMI濾波器漏電流性能測試 泄漏電流是指在250VAC的電壓下，相線和中線與濾波器外殼(地線)間流過的電流。它主要取決于接地電容(共模電容)的取值。較大的共模電容CY可以提高插入損耗，但卻造成較大的漏電流。泄漏電流的測試電路如圖3所示： 1．4 EMI濾波器耐壓性能測試 為確保電源濾波器的性能以及設備和人身安全，必須進行耐壓測試。耐壓測試是在極端工作條件下的測試。若CX電容器的耐壓性能欠佳，在出現峰值浪涌電壓時，可能被擊穿。它的擊穿雖然不危及人身安全，但會使濾波器功能喪失或性能下降。CY電容器除了滿足接地漏電流的要求外，還在電氣和機械性能方面具有足夠的安全余量，避免在極端惡劣的環境條件下出現擊穿短路現象。故線一地之間的耐壓性能對保護人身安全有重要意義，一旦設備或裝置的絕緣保護措施失效，可能導致人員傷亡。 1．5 EMI濾波器的性能評定 EMI電源濾波器在使用時考慮最多的是額定電壓及電流值、耐壓性能、漏電流三項，而其中最主要的評定性能為濾波器的插入損耗性能。 EMI電源濾波器對干擾噪聲的抑制能力用插入損耗I．L．(Insertion Loss)來衡量。插入損耗定義為：沒有濾波器接入時，從噪聲源傳輸到負載的功率P1和接入濾波器后，從噪聲源傳輸到負載的功率P2之比，用dB(分貝)表示。 2 EMI濾波器的頻域測試 測試標準的確定為電源EMI濾波器的各項指標提供了統一的衡定依據。其中最主要的測試項目為濾波器頻域上的插入損耗測試 2．1 插入損耗的標準測試 在標準測量法中規定，在50Ω～75之間的任一阻值的系統內測試它的插入損耗特性。測試原理如圖4所示。 實際測試時，常常利用屏蔽室來測試濾波器的插入損耗，測試圖如圖5所示。 2．2 插入損耗的加載測試 在EMI濾波器產品中，由于使用不合適的材料，共模扼流圈不可能保證完全對稱會導致磁環的飽和，同時寄生差模電感也可能產生磁環的飽和，使得濾波器的實際使用情況與廠家提供數據有很大差距，因此必須對濾波器采用加載測試。 3 EMI濾波器的時域測試 一般地，對于EMI電源濾波器我們只關心它的常規性能及頻域抑制性能。而對于EMI信號線濾波器，由于傳輸線本身就會產生一定的電磁干擾，所以測試信號必然會產生一定的衰減。這時，我們就要對其進行時域傳輸性能上的測試。 使用50kHz的方波對電容值為8000pF的濾波插針進行濾波，發現其時域的上升沿和下降沿有明顯的變化。頻域上，經過濾波后，方波信號的高頻分量被濾除。 對于通過同一濾波插針，方波的頻率越高，其諧波信號被濾波插針衰減的將會越大，則方波的波形上升及下降時間將會越長。同樣，對于同樣的頻率波形，通過濾波插針，其濾波容值越大，方波上升時間趨緩的程度越大。 4 EMI濾波器插損自動測試系統設計 近年來，隨著EMC測試的內容日趨復雜，測試工作量急劇增加，對測試設備在功能、性能、測試速度、測試準確度等方面的要求也日益提高。在這種情況下，傳統的人工測試已經很難滿足要求，再加上現在的國家標準(GB)和國家軍用標準(GJB)均要求電磁兼容的檢測必須自動進行，并且對數據后處理有嚴格的要求。因此，發展EMC自動測試成為必然之路。本文所建立的自動測試系統使用了虛擬儀器技術，基于信號源一頻譜儀對EMI電源濾波器進行插損測試的系統。 4．1 測試系統程序流程 本系統是在計算機上搭建一個虛擬的測試平臺，使用虛擬儀器技術通過通信總線GPIB在計算機上直接對頻譜儀進行程控，以減少測試夾具對濾波器插入損耗測試結果的影響。程序流程圖如圖6所示。 4．2 硬件接口與驅動 要實現該自動測試系統的功能，必須要解決的是實現計算機控制儀器運動及讀取測量的數據，而實現這一步首先要解決的問題是儀器和計算機之間的通信問題。在這里，選擇了具有GPIB(IEEE一488)接口的儀器。 另外系統還需要實現測試硬件的驅動，軟件中分別實現了對信號發生器的驅動和對頻譜分析儀的驅動。對信號發生器的程控是在VB環境中編寫的，軟件語句中參考說明書中驅動程序的編寫方法，完成了對信號發生器的基本設置，設置為射頻輸出方式，射頻信號的頻率調用信息輸入界面產生的頻點列表，發射頻率由用戶在軟件中設置。程序中首先定義命令中所用到的基本參數，然后進行程序的編寫，相應代碼如圖7所示。 對頻譜分析儀的驅動是通過在VB環境中編寫程序，調用LabVIEW程序通過GPIB總線驅動頻譜．儀的方法。采集頻譜儀測試濾波器所產生的圖形和數據。 軟件通過調用LabVIEW文件的輸入輸出操作存儲數據或從磁盤文件中讀取校準和測試數據(其中圖形為二維數組)，經過調用代碼轉為圖形顯示出來并將校準值和測試值存入數據庫。這里使用了VB和LabVIEW的混合編程，相應代碼如圖8所示。 4．3 測試軟件的界面設計 用戶界面是用戶與應用程序交互的媒介。用戶界面是應用程序里最重要的部分，也是直觀的現實世界。對用戶而言，界面就是應用程序。 本軟件由六個界面組成，分別是功能選擇界面、輸入信息界面、校準界面、測試界面、結果顯示界面和歷史數據對比界面組成。功能選擇界面中用戶選擇軟件實現的功能，進行插損測試或者查詢歷史測試數據。在輸入信息界面中，用戶填入測試基本信息并確定測試頻點的范圍，形成頻點列表，測試頻點列表存入數據庫。在校準界面，首先驅動信號發生器產生信號進行校準，設置發射功率并存入數據庫，然后驅動頻譜儀對測試濾波器進行校準，產生校準結果和圖形，并顯示出來。測試界面中再次驅動信號發生器，產生所需要的測試信號，調用數據庫中的發射功率不，再次驅動頻譜儀對濾波器插損性能進行測試，產生測試結果和圖形并顯示出來。在結果界面顯示插入損耗測試結果表和差模、共模的插損曲線圖。歷史數據對比通過添加數據庫中不同型號濾波器的插損結果進行對比，并生成對比曲線圖，方便用戶比較測試結果。 4．4 測試數據庫 在輸入信息界面，用戶輸入測試基本信息后生成一個管理數據庫。該數據庫中存放用戶定義的測試頻點和與之對應的共模和差模的校準、測試與插損的結果。若文件名相同則覆蓋原數據庫。確定測試頻點范圍后生成插入損耗子數據庫，校準和測試結果存入子數據庫，并計算得出插入損耗測試值。如圖9所示。 4．5 測試數據的處理 由于頻譜儀產生的校準值和測試值都是經過處理后的計算值，單位為dB。所以根據公式(1)可知，插入損耗值即為校準值與測試值之差。軟件中通過VB和LabVIEW的混合編程，可將頻譜儀生成的校準和測試圖形在界面上顯示。 另外，軟件會將校準結果和測試結果自動存入插入損耗數據庫中，并通過本軟件的插損計算公式得到共模插損數據和差模插損數據并保存。通過調用插入損耗數據庫可生成一個數據報表。本軟件使用DataReport數據報表設計器和數據源(Data Environment數據環境設計器)，創建一個可打印輸出的報表并且可以將報表導出到HTML或文本文件中。 5 結論 隨著電子設備以及各種電器的大量涌現和飛速發展，電子設備之間的電磁干擾(EMI)已成為一種嚴重的公害。EMI濾波器作為抑制電磁干擾的最有力的手段，日益為人們所了解和廣泛使用。因此，對EMI濾波器的測試技術的研究就變得十分重要。本文EMI濾波器各個方面的測試原理及方法進行了簡要的分析，并在插入損耗人工測試的基礎上編制了基于虛擬儀器技術的插損自動測試軟件。避免人工測試的一些缺陷，實現了測試的自動化，功能簡單、操作靈活。 |
