一种基于emi滤波器的电磁干扰噪声测量与抑制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于EMI滤波器的电磁干扰噪声测量与抑制系统，属于电磁干扰 噪声处理技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，在电力线和电气设备中，电磁干扰（EMI)的作用途径主要分为两大类，分别 是辐射干扰和传导干扰。辐射干扰是指干扰源比较远，干扰源发出的干扰以电磁波的形式 被吸收，而传导干扰是指干扰源距离比较近，干扰源经过耦合电容、耦合电感和公共阻抗的 途径进入被干扰设备。在低频范围内，电磁干扰的主要表现形式是传导干扰。干扰信号主 要是电流和电压的谐波分量，而传导干扰的载体则是信号线、控制线和电力线，为了控制并 降低EMI的影响，在工业界最为有效的手段之一是采用EMI滤波器，根据传导噪声差模干扰 和共模干扰产生的机理不同，相应的电磁干扰EMI滤波器的设计又分为共模滤波器和差模 滤波器两种，因此，在噪声测量时需要分离后的共模噪声和差模噪声，这就需要设计能够提 供能精确分离共模噪声和差模噪声的共模滤波器和差模滤波器。按照国际标准进行的传导 性电磁干扰测量系统采用线性阻抗稳定网络（LISN)，只能提供电力线上的相互叠加的共模 和差模混合干扰信号，由于不同模态信号确定不同滤波性能、拓扑结构与参数选取，因而现 阶段使用的线性阻抗稳定网络对试剂功率线滤波器的干扰抑制帮助不大。
[0003] 在多数电子、电气设备的传导发射过程中，传导发射频率从几千盒子直至1GHz以 上，当频率很高时，由于导体损耗以及分布电感和分布电容的作用，使传导电流大大衰减， 直流电源的输出端可能出现不同程度的交流噪声和其他干扰，在交流整流后还能出现由于 电源滤波器元件、电容和非正常的串联电感谐振而传输的波纹，它们在电源的输出端极可 能引起阻尼振荡。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供了一种能实现数据采样调控、噪声模态快速准 确分离、能够抗外部干扰同时抑制本身对其他设备产生干扰的基于EMI滤波器的电磁干扰 噪声测量与抑制系统。
[0005] 本发明的技术方案如下： 一种基于EMI滤波器的电磁干扰噪声测量与抑制系统，其包括用于提取混合噪声的线 性阻抗稳定网络、信号选择模块、噪声放大模块、滤波器模块、A/D采样模块、中心控制模块 以及串口通信模块；所述线性阻抗稳定网络的电源端外接有主电源，所述主电源经线性阻 抗稳定网络后接入被测设备的被测端，所述线性阻抗稳定网络设置在主电源和被测设备之 间，将提取到的混合噪声输出至噪声分离电路进行差模信号、共模信号或者直通信号的分 离选择； 所述主电源经线性阻抗稳定网络后接入被测设备的被测端，所述线性阻抗稳定网络的 提取信号输出端经信号选择模块后输入噪声放大模块的输入端，所述噪声放大模块的输出 端依次经滤波器模块和A/D采样模块后与中心控制模块双向连接，所述中心控制模块经串 口通信模块与上位机进行通信； 所述信号选择模块包括噪声分离电路和其外接的继电器常闭触点K1-1、继电器常开触 点K1-2和继电器常开触点K2-1，所述继电器常闭触点K1-1和继电器常开触点K1-2相互为 反向动作触点。
[0006] 进一步的，所述线性阻抗稳定网络的地线输出端V'E经继电器常开触点K2-1导出 直通信号c接入噪声放大模块的输入端；所述线性阻抗稳定网络的火线输出端V' [经噪声 分离电路后经继电器常闭触点K1-1导出共模信号a接入噪声放大模块的输入端；所述线性 阻抗稳定网络的零线输出端V'，经噪声分离电路后经继电器常开触点K1-2导出差模信号 b接入噪声放大模块的输入端。
[0007] 进一步的，所述噪声分离电路包括带中心抽头的射频变压器T、共模电感线圈L、 差模滤波电容C和电阻R1~R2 ;所述差模滤波电容C和继电器常闭触点K1-1串联后并联在 射频变压器T的原边，所述射频变压器T的原边的中点抽头经电阻R1接地，所述射频变压 器T的原边的中点抽头导出共模信号a，所述射频变压器T的副边的两端分别接共模电感线 圈L的两输入端，所述射频变压器T的副边的一端和共模电感线圈L的一个输入端之间串 联有继电器常开触点K2-1，所述共模电感线圈L的两输出端一个接地，另一个经电阻R2接 地，所述共模电感线圈L的接电阻R2的输出端导出差模信号b。
[0008] 进一步的，所述噪声放大模块包括运算放大器及其外围电路组成，所述共模信号 a、差模信号b和直通信号c择一输入所述运算放大器的输入端。
[0009] 进一步的，所述滤波器模块由EMI低通滤波器和高通滤波器串联组成，所述噪声 放大模块中的运算放大器的输出端依次经过EMI低通滤波器和高通滤波器接入A/D采样模 块。
[0010] 进一步的，所述A/D采样模块包括A/D驱动芯片和A/D采样芯片，所述滤波器模块 中的高通滤波器的输出端接A/D驱动芯片的输入端，所述A/D驱动芯片的输出端接A/D采 样芯片的输入端，所述A/D采样芯片的输出端接入中心控制模块。
[0011] 进一步的，所述中心控制模块包括FPGA芯片和RAM存储器，所述RAM存储器与 FPGA芯片双相连接，所述FPGA芯片的通信端经串口通信模块与上位机连接，所述FPGA芯片 的数据端与A/D采样芯片的输出端相连接。
[0012] 进一步的，所述线性阻抗稳定网络为具有稳定阻抗的三端口接口电路，其为单向V 型线性阻抗稳定网络、Y型线性阻抗稳定网络或A型线性阻抗稳定网络。
[0013] 进一步优选的，所述线性阻抗稳定网络选用单向V型线性阻抗稳定网络，其包括 分别接在主电源的'端和主电源的￥,端上的第一低通滤波器和第二低通滤波器，以及隔直 电容C3~ C4和电阻R3~R4 ;所述第一低通滤波器包括电容Cl和电感L1，所述第二低通滤波 器包括电容C2和电感L2，所述主电源的 '端和V N端分别经电感L1和L2接被测设备的L 输入端和N输入端，所述主电源的VE端接地，所述电容C1并联在主电源的V ^端与地之间， 所述电容C2并联在主电源的VN端与地之间，所述隔直电容C3与电阻R3串联后接在所述被 测设备的L输入端和地之间，所述隔直电容C4与电阻R4串联后接在所述被测设备的N输 入端和地之间。
[0014] 进一步的，所述射频变压器T的变比为2 ：1~4 :1。
[0015] 进一步的，所述噪声放大模块中的运算放大器的型号为THS4271DGK，所述中心 控制模块中的FPGA芯片的型号为EP1C3T144，所述中心控制模块中的RAM芯片的型号为 IS61LV3216L，所述串口通信模块为RS232串口模块，所述A/D采样模块中的A/D驱动芯片 的型号为AD8138AR，所述A/D采样模块中的A/D采样芯片的型号为AD9283BRS-100。
[0016] 本发明的有益效果是： 本发明采用线性阻抗稳定网络在被测设备和主电源之间形成了一个具有稳定阻抗的 接口电路，其电路中设计有低通滤波器和相应的隔直电容和用于泄放耦合电流的电阻，能 有效防止中途突然断开时产生尖峰电压而损坏被测设备，保证了火线、零线和地线之间的 阻抗一致，为信号选择模块和被测设备之间提供了一个稳定的网络，滤除可能由主电源进 入本系统的高频噪声，减少引起测量误差； 之后通过信号选择模块完成输入信号到共模信号、差模信号或直通信号的转换并通过 继电器触点选择其中一路，使得本系统适用范围更广，可产生的信号类型更多变；进而通过 噪声放大模块进行信号放大后通过滤波器模块中的EMI低通滤波器和高通滤波器串联滤 除工作频率范围以外的信号，防止在后续数字处理过程中引起信号混叠，后续的数字处理 采用A/D采样模块，最终通过FPGA芯片控制A/D采样模块选择信号类型并通过串口通信模 块传输给上位机进行后续分析，最终本系统实现了对采样数据的调控、快速准确分离噪声 模态、消减外部干扰的同时抑制本身对其他设备产生干扰，性能稳定，数据精准。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的结构关系示意图。
[0018] 图2为本发明中信号选择模块的电路原理图。
[0019] 图3为本发明中线性阻抗稳定网络的实施例示意图。
[0020] 其中，1线性阻抗稳定网络、2信号选择模块、3噪声放大模块、4滤波器模块、5 A/D 采样模块、6中心控制模块、7串口通信模块。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图 和具体实施例进行详细描述。
[0022] 如图1~3所示，本实施例1包括用于提取混合噪声的线性阻抗稳定网络1、信号选 择模块2、噪声放大模块3、滤波器模块4、A/D采样模块5、中心控制模块6以及串口通信模 块7 ;所述线性阻抗稳定网络1的电源端外接有主电源，所述主电源经线性阻抗稳定网络1 后接入被测设备的被测端，所述线性阻抗稳定网络1设置在主电源和被测设备之间，将提 取到的混合噪声输出至噪声分离电路进行差模信号、共模信号或者直通信号的分离选择； 所述主电源经线性阻抗稳定网络1后接入被测设备的被测端，所述线性阻抗稳定网络 1的提取信号输出端经信号选择模块2后输入噪声放大模块3的输入端，所述噪声放大模 块3的输出端依次经滤波器模块4和A/D采样模块5后与中心控制模块6双向连接，所述 中心控制模块6经串口通信模块7与上位机进行通信； 所述信号选择模块2包括噪声分离电路和其外接的继电器常闭触点K1-1、继电器常开 触点K1-2和继电器常开触点K2-1，所述继电器常闭触点K1-1和继电器常开触点K1-2相互 为反向动作触点。
[0023] 进一步的，所述线性阻抗稳定网络1的地线输出端V'E经继电器常开触点K2-1导 出直通信号c接入噪声放大模块3的输入端；所述线性阻抗稳定网络1的火线输出端V' L 经噪声分离电路后经继电器常闭触点K1-1导出共模信号a接入噪声放大模块3的输入端； 所述线性阻抗稳定网络1的零线输出端V'，经噪声分离电路后经继电器常开触点K1-2导 出差模信号b接入噪声放大模块3的输入端。
[0024] 进一步的，所述噪声分离电路包括带中心抽头的射频变