[发明专利]基于Hilbert变换和电流探头的开关电源EMI噪声源内阻抗测试系统及测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是对传导性电磁干扰(EMI)噪声源内阻抗进行测试的系统和测定方法，为传导性EMI噪声的抑制即EMI滤波器的设计提供前提基础，属于电磁兼容设备设计和的技术领域。

背景技术

EMI滤波器是抑制电磁干扰的有效措施，但目前国内外在进行EMI滤波器设计时，事先并不知道噪声源的内部干扰源和阻抗，设计时往往忽略了噪声源的内阻抗，进行一种通用的EMI滤波器设计。由于各噪声源的内阻抗并不相同，而干扰源阻抗和滤波器阻抗之间的匹配关系直接影响到滤波器的滤波效果，因此，准确估计开关电源内部阻抗对于电磁干扰的有效抑制有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述电磁兼容中EMI滤波器的阻抗匹配问题而提出的基于Hilbert变换和电流探头的开关电源EMI噪声源内阻抗测试系统及测定方法，它可以为企业和产品设计工程师提供完善而经济实用的噪声源测试解决方案。本发明既可以满足噪声源建模的一般性要求，将实际测试与理论结果进行对比，同时又可以为下一步EMI滤波器的设计、EMI噪声的有效抑制提供良好的前提条件。

本发明基于Hilbert变换和电流探头的开关电源EMI噪声源内阻抗测试系统，由线阻抗稳定网络(LISN)、共模/差模阻抗测试模块、信号发生器和频谱分析仪构成；从电网过来的电源线直接输入到线阻抗稳定网络(LISN)中，通过共模/差模阻抗测定模块，而后输入到开关电源(SMPS)及负载中，构成一整条电源回路；信号发生器为共模/差模阻抗测试模块提供一输入信号，而后由频谱分析仪对该模块中的响应信号进行检测。

在电源回路中，线阻抗稳定网络(LISN)的作用是为开关电源提供电源，同时隔离电源侧的噪声进入测试回路，也隔离开关电源产生的噪声，防止污染电网，并且为测试回路提供一个50Ω的稳定阻抗。共模/差模阻抗测试模块用于测量开关电源的内阻抗，开关电源是待测设备。

所述共模阻抗测试模块，由一对共模扼流圈、两个电容以及两个电流探头组成，其中一个为注入式电流探头，一个为检测式电流探头；两个电容分别接在L-E、N-E之间。从电网过来的电源线L、N、E直接输入到线阻抗稳定网络中，输出端L、N通过一对共模扼流圈输入到开关电源，而输出E线直接输入到开关电源，两个电容分别接在L-E、N-E之间。两电容与E线相连的两根导线穿透两个电流探头，注入式电流探头接信号发生器，检测式电流探头接频谱分析仪，开关电源的直流侧输出接负载。通过电路中接入固定阻抗、短路、开关电源正常工作三种状态读取检测试电流探头上的读数，并根据Hilbert算法对开关电源的内阻抗进行计算。

为使该测试电路的内部阻抗Z_in可重复进行测量并尽量保持恒定，这两电容固定在印刷电路板上，同时注入式和检测式电流探头在电路板上也固定其位置；印刷电路板PCB与测试设备间为短线连接，以减小导线布局引起的寄生效应。这种位置固定的测试，其优点是一旦电路校准后，测得的测试电路内部阻抗Z_in不但适用于共模测试，同样也适用于差模测试，可大大提高测试的速度。

所述差模阻抗测试模块，由两个差模扼流圈、两个电容以及两个电流探头组成；从电网过来的电源线L、N、E直接输入到线阻抗稳定网络中，输出的L、N线分别通过1个差模扼流圈输入到开关电源，而输出E线直接输入到开关电源，两个电容并联接在L-N之间；两电容与E线相连的两根导线穿透两个电流探头，注入式电流探头接信号发生器，检测式电流探头接频谱分析仪，开关电源的直流侧输出接负载。

本发明基于Hilbert变换和电流探头的开关电源EMI噪声源内阻抗测定方法，其测定步骤如下：

步骤1：首先将SMPS从主电路移走，将L与N线短接，接入一固定阻抗R_std，该阻抗一端接L与N线的短接点，另一端接E线；主电路中线阻抗稳定网络不通电，调节信号发生器的输出频率，在传导电磁兼容测试标准10K-30MHz范围内取若干个点，分别读取相应的频谱仪上的读数，记录频谱仪读数A1；

步骤2：将R_std移走，并将L与N线的短接点与E线短路，主电路中线阻抗稳定网络不通电，调节信号发生器的输出频率，与上述步骤1中的频率点对应，记录频谱仪读数A2；

步骤3：将SMPS接入线路中，开启主电路电源，调节信号发生器的输出频率，与上述步骤1中的频率点对应，记录频谱仪读数A3；

步骤4：用Hilbert变换法对开关电源噪声源的内阻抗进行计算。