Emi濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電源抗干擾濾波器加載自動(dòng)測試系統(tǒng)，以提高濾波器參數(shù)檢測的效率、準(zhǔn)確度以及測量速度，減小人工勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省測試時(shí)間，并且提供具有一定智能性的測試數(shù)據(jù)分析和處理功能，實(shí)現(xiàn)對電源濾波器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的反饋信息，以及根據(jù)濾波器性能參數(shù)測試數(shù)據(jù)和分析結(jié)果提供濾波器安裝應(yīng)用指南，使得濾波器發(fā)揮最大抗干擾性能。
【專利說明】EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子測量與測試領(lǐng)域，涉及一種電源EMI加載自動(dòng)測試系統(tǒng)，測試對象是普遍應(yīng)用的電源抗電磁干擾濾波器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其主要技術(shù)參數(shù)，尤其是在加載和滿載情況下的插入損耗自動(dòng)測試。系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)濾波器的廠家進(jìn)行出廠檢測、應(yīng)用濾波器的廠家進(jìn)行入廠測試。
【背景技術(shù)】
[0002]電源EMI濾波器是抑制電磁干擾重要器件，隨著電磁兼容測試認(rèn)證要求越來越嚴(yán)格，電源EMI濾波器應(yīng)用越來越廣泛，要求也越來越高。所以電源EMI濾波器電氣參數(shù)的測試就變得十分重要。EMI電源濾波器的主要性能指標(biāo)一般分為四類:第一類是工作參數(shù)，包括插入損耗、頻率特性、額定工作電壓和電流；第二類是極限參數(shù):包括耐壓和絕緣電阻、漏電流、失配阻抗；第三類是機(jī)械參數(shù)，包括物理尺寸及重量；第四類使用環(huán)境限制以及本身的可靠性，包括濾波器溫升、環(huán)境溫度，安裝條件和方式，比如輸入輸出線長短、接地點(diǎn)和接地線長短，源阻抗、負(fù)載阻抗等等。在工作時(shí)考慮最多的是額定電壓及電流、插入損耗、耐壓和漏電流等幾項(xiàng)參數(shù)。EMI濾波器的這些技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)均有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其測試方法或限值。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB7343-1987規(guī)定了 IOkHz?30MHz無源無線電干擾濾波器和抑制元件抑制特性的測量方法，正在修訂中的該標(biāo)準(zhǔn)201X版本準(zhǔn)備增加插入損耗測量不確定度評(píng)估等內(nèi)容；美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-220B還特別規(guī)定了濾波器插入損耗加載測試方法，而CISPR17還特別規(guī)定了濾波器插入損耗在極限阻抗情況下的測量方法。因此，濾波器的測量技術(shù)、測量系統(tǒng)研制必需遵照這些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求展開。
[0003]電源EMI濾波器的普通測試，無論采用標(biāo)準(zhǔn)測量法，還是屏蔽測量法，無論在頻域測量，還是時(shí)域測量；無論測量濾波器的額定參數(shù)，還是極限參數(shù)、機(jī)械參數(shù)；也不管是靜態(tài)測試，還是加載乃至滿載測試；以及阻抗匹配狀態(tài)下測試，還是在阻抗失配狀態(tài)下測試，都基本以手工測試為主。比如對濾波器的插入損耗測量，就是先將信號(hào)源接入濾波器輸入端，再在濾波器輸出端接測量接收機(jī)，然后逐步調(diào)節(jié)信號(hào)源發(fā)送信號(hào)的頻率，以及測量接收機(jī)的衰減器等等，以測量在不同頻率下濾波器插入損耗，然后手工記錄測試數(shù)據(jù)。手工測試濾波器的插入損耗最為理想的是采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，提高了測試速度和準(zhǔn)確性。再如對試驗(yàn)電壓(耐壓)的測試，由于不允許將試驗(yàn)電壓從O突然升高到極限值，只能夠以每秒增加160V等速度逐漸增加，手工測試難免調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，容易造成對濾波器的潛在損傷。
[0004]也有提出對濾波器插入損耗進(jìn)行自動(dòng)測試的，是在手工測試的基礎(chǔ)上，利用一臺(tái)測控計(jì)算機(jī)，搭成一個(gè)組件式的虛擬儀器架構(gòu)測試平臺(tái)，將計(jì)算機(jī)的GPIB總線分別連接到信號(hào)源和接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對濾波器插入損耗的程控自動(dòng)測試。而對信號(hào)EMI濾波器的自動(dòng)測試技術(shù)，由于沒有兼顧電源EMI的特殊性，缺乏通用性。
[0005]到目前為止，還沒有見到對EMI濾波器的主要參數(shù)均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試的；尤其是插入損耗的測試，還未見到實(shí)現(xiàn)為加載自動(dòng)測試的相關(guān)報(bào)道以及文獻(xiàn)和產(chǎn)品。[0006]手工測試EMI濾波器參數(shù)，不足之處很多:第一是工作量大、測試時(shí)間長、測試速度慢，測試效率低，而且測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，更不利于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和處理，也不便于原始數(shù)據(jù)的保存，不能夠建立健全測試數(shù)據(jù)庫，不便于日后對測試數(shù)據(jù)的回溯查找以及分析處理。第二，因?yàn)楣ぷ髁看?，對于大批量的不同種類(直流和交流)、不同型號(hào)濾波器，其出廠和入廠合規(guī)性檢測都不可能逐一測試，只能夠抽樣檢測，這對于濾波器這樣具有較大個(gè)體差異性的產(chǎn)品來說，很難保證每個(gè)濾波器在使用中都是合格的。第三，對于插入損耗，有差模和共模之分，其測試配置及濾波器接法也有所不同；還需要在阻抗匹配和不匹配(即50歐姆-0.1歐姆，50歐姆-100歐姆，100歐姆-0.1歐姆)情況下進(jìn)行測試，更加增大了測試工作量和繁雜度。測試結(jié)果也是間接估計(jì)測試，不能夠直接得到插入損耗這個(gè)重要參數(shù)。即使采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試濾波器插損，不足之處也至少有二:儀器昂貴；儀器存儲(chǔ)深度和容量均有限，只能記錄和保存零星的測試數(shù)據(jù)或附圖表，不能夠建立完善的大批量濾波器特性參數(shù)測試數(shù)據(jù)庫。第四，對于極限參數(shù)中的耐壓測試，由于加載的電壓均比較高，每次測試都要人工連接和調(diào)節(jié)，難免出錯(cuò)，不容易掌握好升壓速度，對被測濾波器造成潛在危害；也易于造成對人體電擊傷害，使得測試人員有抵觸情緒，從而對此項(xiàng)測試敷衍了事。
[0007]而就目前提出的基于虛擬儀器架構(gòu)的自動(dòng)測試系統(tǒng)而言，不足之處也很多。第一是基本只實(shí)現(xiàn)了對濾波器插入損耗一個(gè)參數(shù)的自動(dòng)測試，沒有實(shí)現(xiàn)對幾項(xiàng)主要參數(shù)以致全部參數(shù)的自動(dòng)測試。第二，更為重要的是，只是對濾波器進(jìn)行靜態(tài)測試即空載測試，沒有實(shí)現(xiàn)加載測試。所謂加載測試，就是將濾波器輸入端接入交流電源加載額定電壓，輸出端接入假負(fù)載使其加載濾波器額定電流(或極限電流即滿載)，在濾波器處于正常工作狀態(tài)或滿載狀態(tài)下進(jìn)行測試，以獲得其在工作狀態(tài)以及滿載狀態(tài)下的插入損耗。眾所周知，濾波器在空載靜態(tài)時(shí)的插入損耗，與加載或滿載時(shí)是不可能一致的。靜態(tài)測試滿足要求，加載測試則不一定，因?yàn)闉V波器中的電感用了鐵氧體或其他磁性材料，大電流工作下，電感有可能磁飽和引起濾波器性能變壞，這樣靜態(tài)和加載兩種情況下濾波器插入損耗差別可能相當(dāng)大。因此濾波器在工作狀態(tài)插入損耗的真實(shí)值是一個(gè)必需測量和掌握的電氣參數(shù)。第三，也沒有實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和阻抗失配阻抗下的插入損耗測試，而這個(gè)參數(shù)是非常重要的，有利于用戶最大限度地利用安裝條件設(shè)置適度的阻抗失配，極大限度的提高濾波器的效果。但是目前很多EMI濾波器生產(chǎn)商和用戶都沒有較為先進(jìn)的測試手段和相應(yīng)的測試平臺(tái)，以至于用戶只能夠在使用中發(fā)現(xiàn)問題后才能夠確知濾波器產(chǎn)品插入損耗不滿足實(shí)際工作要求。這樣造成的結(jié)果生產(chǎn)商和用戶都承擔(dān)了不必要的損失，而且影響自己產(chǎn)品、企業(yè)的形象和聲譽(yù)，無形損失嚴(yán)重。第四，也沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，不能夠?qū)崟r(shí)共享測試數(shù)據(jù)。第五，系統(tǒng)也沒有相應(yīng)的智能性。第六，沒有注意到測量不確定度及其影響。本實(shí)用新型提供電源EMI濾波器加載自動(dòng)測試系統(tǒng)解決上述問題，能夠?qū)崿F(xiàn)濾波器產(chǎn)品逐一加載自動(dòng)測試；系統(tǒng)建有測試數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)y試數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理；將測量不確定度及其評(píng)估技術(shù)引入到測試系統(tǒng)中，符合新標(biāo)準(zhǔn)測試技術(shù)、方法和儀器配置要求；并且提供了與互聯(lián)網(wǎng)的接口，能夠?qū)崟r(shí)共享測試數(shù)據(jù)，可以給設(shè)計(jì)提供及時(shí)的反饋信息，以利于改進(jìn)設(shè)計(jì)；保障每個(gè)濾波器產(chǎn)品電氣參數(shù)滿足設(shè)計(jì)和使用要求。本實(shí)用新型對每個(gè)濾波器的主要和所有電氣參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試，測試過程中唯一需要手工的，就是更換濾波器，因?yàn)闉V波器功率、電流等參數(shù)要求不一樣，其機(jī)械結(jié)構(gòu)、封裝和尺寸均有所不同，而且測試時(shí)引出線需要焊接或通過標(biāo)準(zhǔn)連接器連接，造成自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)難以適用于不同種類不同型號(hào)的濾波器，需要機(jī)器手，其成本和體積均太大。雖然如此，本實(shí)用新型還是極大地提高了測量速度，減小了測試工作量，提高了測量的可靠
性和準(zhǔn)確度，提高濾波器生產(chǎn)商和用戶方的生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益，也極大提高了社會(huì)效益。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型在此提供一種電源抗干擾濾波器加載自動(dòng)測試系統(tǒng)，以提高濾波器參數(shù)檢測的效率、準(zhǔn)確度以及測量速度，減小人工勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省測試時(shí)間。
[0009]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)；包括上位機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、濾波器測試盒以及下位機(jī)；該測試系統(tǒng)還包括用于濾波器參數(shù)測試的試驗(yàn)電壓測試儀、阻抗測試儀、漏電流測試儀、阻抗變換器；其中下位機(jī)與繼電器陣列相連，繼電器陣列與試驗(yàn)電壓測試儀、阻抗測試儀、漏電流測試儀、阻抗變換器連接；阻抗變換器與被測濾波器連接，被測濾波器位于濾波器測試盒里，被測濾波器與數(shù)據(jù)采集卡連接；同時(shí)，另一阻抗變換器與數(shù)據(jù)采集卡連接；信號(hào)發(fā)生器與繼電器陣列連接；所述信號(hào)發(fā)生器集成在上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，與數(shù)據(jù)采集卡和上位機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)分析儀架構(gòu)；所述數(shù)據(jù)采集卡采用PCI接口，插入上位機(jī)的PCI插槽；該？(:1卡還集成了一個(gè)基于DDS器件的多功能任意波形發(fā)生器，以提供測量插入損耗所需要的各種信號(hào)。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:其中，上、下位機(jī)通過PCI總線和串口連接，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)跟下位機(jī)的結(jié)合，所述下位機(jī)采用51系列單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對測量電路和各種儀器的連接控制；上位機(jī)負(fù)責(zé)對下位機(jī)進(jìn)行控制，用于分發(fā)各種測試命令，選擇測試參數(shù)、測試方式；下位機(jī)把接收到的控制命令，發(fā)送繼電器陣列，用于選擇測量儀器和組件，以實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)或者不同方式的測試；數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述上位機(jī)還用于對數(shù)據(jù)采集卡所采集的信息或者來自數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過通信接口與外部的通信。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:試驗(yàn)電壓測試儀和阻抗測試儀、漏電流測試儀采用標(biāo)準(zhǔn)配置的測試夾具，而信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡在儀器端采用BNC連接器，在測試端采用SMA連接器；測試連接線均采用屏蔽線纜。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:被測濾波器設(shè)置在濾波器測試盒里，濾波器測試盒為鋁合金接線盒，通過鋁合金接線盒屏蔽起來，以保證測試結(jié)果不受測試環(huán)境中各種電磁信號(hào)的騷擾乃至干擾，最大限度獲得濾波器的準(zhǔn)確參數(shù)；屏蔽盒外部只留濾波器輸入輸出接線端和接地端，均采用SMA同軸連接器；所述濾波器測試盒具有屏蔽箱體，內(nèi)部設(shè)置屏蔽隔板，屏蔽箱體上設(shè)置同軸接頭。
[0013]上述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，系統(tǒng)對濾波器各主要技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試，其測試方法如下:
[0014](I)由上位機(jī)發(fā)送命令，信號(hào)源送出信號(hào)，同時(shí)下位機(jī)控制繼電器陣列接通信號(hào)源與被測系統(tǒng)的連接，
[0015](2)空載條件下，當(dāng)測量阻抗匹配的插入損耗時(shí)，隔離網(wǎng)絡(luò)短路，信號(hào)由圖1中繼電器-濾波器到測試接收機(jī)；當(dāng)測量極限阻抗情況下插入損耗時(shí)，信號(hào)由繼電器-輸入阻抗匹配器-濾波器-輸出阻抗匹配器到測試接收機(jī)。加載情況下測量插入損耗時(shí)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)接通，其余與空載時(shí)測量相同。
[0016](3)測量數(shù)據(jù)都由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)時(shí)得到插入損耗測量結(jié)果并且顯示，同時(shí)處理結(jié)果送入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類存儲(chǔ)。如果需要，可以通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給其它系統(tǒng)或用戶等利用。
[0017]本實(shí)用新型采用一種基于虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)的自動(dòng)測量測試系統(tǒng)，其組件包括計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集卡、濾波器測試盒、下位機(jī)。上、下位機(jī)通過PCI總線和串口連接，并且傳送數(shù)據(jù)和狀態(tài)及控制信息。此外，本實(shí)用新型還配有濾波器參數(shù)測試系列儀器，比如耐壓測試儀、阻抗測試儀、漏電流測試儀，這些儀器均通過其標(biāo)準(zhǔn)連接器與測試系統(tǒng)進(jìn)行連接。
[0018]本實(shí)用新型將被測濾波器在測試時(shí)用鋁合金接線盒屏蔽起來，并且盒子保證良好接地，以保證測試結(jié)果不受測試環(huán)境中各種電磁信號(hào)的騷擾乃至干擾，最大限度獲得濾波器的準(zhǔn)確參數(shù)。屏蔽盒外部只留濾波器輸入輸出接線端和接地端，均采用SMA同軸連接器。
[0019]插入損耗測試分為差模和共模接法兩種方式，分別對濾波器的差模插入損耗和共模插入損耗進(jìn)行測試。
[0020]本實(shí)用新型制作了一個(gè)對電源EMI濾波器進(jìn)行加載自動(dòng)測試所需要的緩沖網(wǎng)路，其電路中各個(gè)元件的參數(shù)如表1所示:
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)；包括上位機(jī)(I)、信號(hào)發(fā)生器(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)、濾波器測試盒(4)以及下位機(jī)(5)； 該測試系統(tǒng)還包括用于濾波器參數(shù)測試的試驗(yàn)電壓測試儀(6)、阻抗測試儀(7)、漏電流測試儀(8)、濾波器輸入端阻抗變換器(9);其中下位機(jī)(5)與繼電器陣列(10)相連，繼電器陣列(10)與試驗(yàn)電壓測試儀(6)、阻抗測試儀(7)、漏電流測試儀(8)、濾波器輸入端阻抗變換器(9 )連接；該阻抗變換器(9 )與被測濾波器(11)連接，被測濾波器(11)位于濾波器測試盒(4)里，被測濾波器(11)與數(shù)據(jù)采集卡(3)連接；同時(shí)，濾波器輸出端阻抗變換器(12)與數(shù)據(jù)采集卡(3)連接；信號(hào)發(fā)生器(2)與繼電器陣列(10)連接； 所述信號(hào)發(fā)生器(2 )集成在上位機(jī)(I)系統(tǒng)內(nèi)部，所述數(shù)據(jù)采集卡(3 )采用PCI接口，插入上位機(jī)(I)的PCI插槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:其中，上、下位機(jī)通過PCI總線和串口連接，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)(I)跟下位機(jī)(5)的結(jié)合，所述下位機(jī)(5)米用51系列單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:試驗(yàn)電壓測試儀(6)和阻抗測試儀(7)、漏電流測試儀(8)采用標(biāo)準(zhǔn)配置的測試夾具，而信號(hào)發(fā)生器(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)在儀器端采用BNC連接器，在測試端采用SMA連接器；測試連接線均采用屏蔽線纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述EMI濾波器加載插入損耗自動(dòng)測試系統(tǒng)，其特征在于:被測濾波器(11)設(shè)置在濾波器測試盒(4 )里，濾波器測試盒(4 )為鋁合金接線盒，通過鋁合金接線盒屏蔽起來； 屏蔽盒外部只留濾波器輸入輸出接線端和接地端，均采用SMA同軸連接器；所述濾波器測試盒(4)具有屏蔽箱體(4a)，內(nèi)部設(shè)置屏蔽隔板(4b)，屏蔽箱體(4a)上設(shè)置同軸接頭(4c) ο
【文檔編號(hào)】G01R27/26GK203786213SQ201420203665
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】傅林 申請人:成都工業(yè)學(xué)院