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摘 要：文章在国内国外已经对电磁干扰问题研究的基础上，分析对比了各种传导噪声分离网络在硬件和在软件的不同环境中的影响程度，提出了如何诊断传导性噪声的技术，文章通过对一个商用开关在通电的情况下的传导电磁干扰测量，得出数据表明传导噪声诊断技术可以有效的诊断出传导电磁干扰的大小。以此为依据，设计出了一种专门为了诊断传导性电磁干扰的系统，这个系统工作时候，经过对噪声的提取、噪声源经行处理、诊断、经过的数据分析，在最后得出的结果中针对诊断的不同噪声性质，总结出针对所诊断噪声的一套有效抑制措施。
关键词：电磁兼容；电磁干扰；噪声源
中图分类号：TN03 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0120-02
线阻抗稳定网络（line impedance stabilization network，LISN）是目前国际上规定对传导电磁干扰进行测量所使用的设备，其测量得到的混合噪声信号包含了共模（CM）和差模（DM）的噪声。但是，因为共模和差模产生噪声的原理不同，对滤波器的设计要求也不完全相同，因此，测量的时候，首先必须要对这两种模态的噪声进行分离。其次，要找到抑制噪声干扰手段，制定出有效的优化方案，尤其是在滤波器与噪声源阻抗的匹配中，没有深入研究噪声源内部特性，无法直接给出噪声源内阻抗信息，造成滤波器无法有效的抑制噪声，得到很好的效果。
1 用来分离传导性EMI噪声的技术
1.1 线阻抗稳定网络
在测量传导性电磁干扰中，主要使用的是阻抗稳定网络（ImpedaneeStabilizationNetwork，IsN），在电源的供应处于离线的状态中应用了与IsN相类似的线路阻抗稳定网络（LISN），只有当产品采用符合CISPR16规范定义的LISN时候，才能够通过国际射频干扰协会的认可，CISPR16也作为CISPR22的参考标准。线阻抗稳网络的另外一个名称叫人工电源网络，它工作时要对射频限制在固定的范围，并在有hi件的设备端子里面提供数值固定的阻抗，使得电源的射频信号跟在实验中的电路相互隔离开来互不干扰，这样做是为了把干扰产生的电压与用来测量、收集数据的接收器连接。为了可以使得测试按照统一的电源阻抗，在对传导和辐射发射测量中，将被检测的设备和提供电的电源都接入到LISN中，这样无论实在不同环境的实验室中经行测试，相互之间依然能有很好的可比性。
在LISN的电路图中，LISN是由50 uH的电感、1 uF电容、0.1 uF电容和50 Q电阻组成。在使用LISN要求很严，必须使用干净的交流电源给电源供应器供电。对因为低频信号的发射产生的电感显现出相应的低阻抗，遇到电容显现出相应的高阻抗。所以说，一旦电源经过LISN传递到开关型变换器时，信号在LISN中传播是不被削减，对于电容来说，此时在LISN中电容的状态可以看作是短路，所以说LISN可以使得高频噪声无法在待测的设备跟电网之间传送。在测量产生共模和差模的频段中，LISN确定了一个固定不变的阻抗（50 Q）值，也称之为传导干扰电压。用来在电源线中产生的传导性电磁干扰总值，而不是检测共模（CM）和（DM）的分量，共模和差模干扰具体的信息是解决EMI滤波器的重要依据。所以，传统的LISN模式不能够满足，必须重新讨论得出一种可以把共模和差模分开来新的方法。
1.2 在硬件基础上的分离方法研究
现如今，电流探头法、差模抑制网络和噪声分离网络是测量因为共模或者差模的传导性干扰。射频电流探头很容易把因为共模和差模产生的干扰进行分离出的以法拉第原理设计而成的一种方法，但是很难把所得到的干扰限值与EMC标准比较。差模抑制网络（DMRN）可以对差模产生的干扰进行有效的抑制（大于50 dB），无需进行换算情况下，能够直接对共模产生的干扰进行测量。可是差模抑制网络不能对因为差模干扰信号的存在进行测量，正是因为这样的缺陷，使得在设计EMC带来了阻碍，为了能解决这个问题，使用噪声分离网络。基于硬件和软件独立分量噪声测量网络可以分为两种。硬件类型由射频变压器、功率分配器、功率合成器组合而成。首先采用两个简单的、都带中心抽头、并且该分离中心的射频变压器变比为1：1，该网络结合单模态信号。而在Paul的网络中加入了机械式开关，对共模和差模输出的信号进行选择，因为这样，最终影响了网络对共模和差模的识别。
在此之后，新加坡设设计师See设计出了一种能够通时用来对共模和差模抑制的信号进行分离的电路中采用机械式开关，中避免了不利因素。在See分离网络，有两个变压器相连的且带副边线圈带中心抽头，两个与EMI干扰接收器相连的输出端，更好的满足了“相线” 与“中线”混合模态信号的相加和相减，因此，在EMI接收器上能够很好的检测到共模和差模传导发射时分离出的信号。以上所有的网络检测模式都采用了以变压器作为主要的分离器中心原件，这样的网络模式能在高频的模式下很好的根据杂散效应产生明显的因为模态信号产生抑制并不断的衰退。一般是在10～20 dB之间，有的时候会更加严重，因为这样的问题的存在，还需要更进一步提高该网络模式中的分离功能。
采用0度和180度的combiner与检测网络模式不同，是由美国的GUO提出，用来实现共模和差模的模态分离及输出。在物理结构上，功率混合器与功率分相器一样，但是在使用上是逆向的，功率分项器即将输入进来的信号分解成振幅相同，事先规定好的相位输出。在反向使用的时候，就是一个功率混合器。它类似与一个宽带变压器，但是在10～30 MHz范围之间它有固定的精度。另外，在测量时候功率混合器起到一定的输入阻抗，更好的实现了阻抗匹配，减少反射带来的损耗。
虽然因为采用了功率混合器，很大的改善了分离干扰模态信号的功能，特别是在高频情况下更是突出，但是它的造价成本太大，造成市面上功率混合器价格昂贵，无法能更进一步的推广开来使用。 1.3 在软件基础上的分离方法研究
在硬分离技术中，还可以以数值计算为基础来分离模态信号的软技术也有所出现，台湾功Lo把经过单模态硬件分离网络得到的DM和CM信号进一步传送到计算机，再分别把在LISN检测和在单模分离网络中检测的两个实际上线干扰信号与单模信号进行组合计算，得出一个新的模态干扰信号。该方法使得干扰信号得到了软分离，但是由于在算法使用之前要事先知道其中一个单模信号作为输入量，所以必须以单模硬件分离网络为基础，因此，这个分离技术只能称为在半模态下的一种不完整的分离技术，另外，也因为在检测中，由于相位的不确定性，误差也将会必然的存在。
2 以频谱分析仪为基础对传导电磁干扰进行测量
示波器在测量传导电磁干扰信号中对测量效果非常有效，可以直接对信号波幅、频率、信号波形、相位的变化进行测量并直接显示在屏幕上，但是它只能在低频信号中工作，对于在高频信号中使用还存在难度。频谱分析仪恰好能够解决这个问题，使得含不同频率的信号以不同的频域呈现，是在识别各个频率的功率中有效的装置，具有把信号以频域方式显示出来的性质。
在主要的测量装置中要输出信号的时候，检测收集被测设备（EUT）产生出来的电磁干扰噪声的这个系统称之为传导性噪声诊断系统，他是把信号输入到CM和DM的分离网络中并把信号进行一定的模态分离。最后一步是通过电诊断软件把通过频谱分析仪传送的信号输入到计算机中再进一步的进行分析得出结果。频谱仪最大的优点是直接能得到在10K～30M总的噪声、并模噪声、差模噪声频谱，还得到有效的噪声数据txt格式文件，该文件可以在PC中根据噪声信息通过诊断得出有效的EMI解决措施。
3 传导性电磁干扰噪声诊断技术应用实例
在以开电源拖带阻性负载为被测设备的实验装置图中，将电源接在一组（3个）500 W，将50个电阻并联作为噪声源产生传导性EMI噪声，用来作为智能测试的检测对象，把线阻抗稳定网络，24 V、960 W直流输出开关与电阻盘并联，EMI噪声诊断系统由combiner构成的噪声分离网络DN及GSP-827频谱分析仪，用单相三线220 V交流作为供电电源，在测试过程中不断调整电阻盘的个数和电阻数值，获得通过开关电源输出端的电流，并改变I/O端线缆的接法，让频谱仪接受来自总噪声、并模分量的不同波形。
根据实验数据的图表，可以说明了在频率不同的时候，共模和差模所产生的噪声各自占据着主要的地位，两种不同噪声的模态在整个频率中的叠加可以近似的看成是总噪声，通过对比，很明显对总的噪声影响很大的是共模所产生的噪声分量的噪声幅度值和噪声分量的频率分布，本文实验中开关电源产生传导电磁干扰噪声主要是集中在中低频波段上。通过实验和分析后得出，该诊断系统可以有效的对噪声进行诊断，该方法将会在探讨噪声的抑制以及电磁兼容的方案中提供有效的技术帮助。
4 结 论
线阻抗稳定网络LISN是国际规定的传导性电磁干扰检测设备，但是它检测的是DM和CM组合的混合信号，是根据共模和差模的滤波器中产生的模态信号不同影响设计的一种方法。与基于硬件相比和软件下产生的不同分离网络，在这之中，基于变压器分离网络能够因杂散效应在高频条件下出现的模态信号不大明显，在抑制新能过程中出现衰退的现象，尤其是在高频条件下，以splitter/combiner的网络分离为基础的功能改善显著。本文还论述了如何利用频谱分析仪对开关电源进行传导电磁干扰的实验，通过实验得出的结果进行分析，表明了实验中使用的测试系统能有效的对传导性电磁干扰噪声进行诊断。
参考文献：
[1] 孟进，马伟明，张磊，等.变换器传导电磁干扰集中等效模型参数估计方法[J].电工技术学报，2005，（6）.
[2] 和军平，姜建国，陈为.离线式PWM变换器电磁干扰传播通道模型的研究[J].电工技术学报，2004，（4）.
[3] 茹东生，姜茂仁，李洪烈.开关电源抑制传导性电磁干扰的设计与仿真[J].中国测试技术，2005，（4）.
[4] 和军平，陈为，姜建国.开关电源共模传导干扰模型的研究[J].中国电机工程学报，2005，（8）.
关键词：电磁兼容；电磁干扰；噪声源
中图分类号：TN03 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0120-02
线阻抗稳定网络（line impedance stabilization network，LISN）是目前国际上规定对传导电磁干扰进行测量所使用的设备，其测量得到的混合噪声信号包含了共模（CM）和差模（DM）的噪声。但是，因为共模和差模产生噪声的原理不同，对滤波器的设计要求也不完全相同，因此，测量的时候，首先必须要对这两种模态的噪声进行分离。其次，要找到抑制噪声干扰手段，制定出有效的优化方案，尤其是在滤波器与噪声源阻抗的匹配中，没有深入研究噪声源内部特性，无法直接给出噪声源内阻抗信息，造成滤波器无法有效的抑制噪声，得到很好的效果。
1 用来分离传导性EMI噪声的技术
1.1 线阻抗稳定网络
在测量传导性电磁干扰中，主要使用的是阻抗稳定网络（ImpedaneeStabilizationNetwork，IsN），在电源的供应处于离线的状态中应用了与IsN相类似的线路阻抗稳定网络（LISN），只有当产品采用符合CISPR16规范定义的LISN时候，才能够通过国际射频干扰协会的认可，CISPR16也作为CISPR22的参考标准。线阻抗稳网络的另外一个名称叫人工电源网络，它工作时要对射频限制在固定的范围，并在有hi件的设备端子里面提供数值固定的阻抗，使得电源的射频信号跟在实验中的电路相互隔离开来互不干扰，这样做是为了把干扰产生的电压与用来测量、收集数据的接收器连接。为了可以使得测试按照统一的电源阻抗，在对传导和辐射发射测量中，将被检测的设备和提供电的电源都接入到LISN中，这样无论实在不同环境的实验室中经行测试，相互之间依然能有很好的可比性。
在LISN的电路图中，LISN是由50 uH的电感、1 uF电容、0.1 uF电容和50 Q电阻组成。在使用LISN要求很严，必须使用干净的交流电源给电源供应器供电。对因为低频信号的发射产生的电感显现出相应的低阻抗，遇到电容显现出相应的高阻抗。所以说，一旦电源经过LISN传递到开关型变换器时，信号在LISN中传播是不被削减，对于电容来说，此时在LISN中电容的状态可以看作是短路，所以说LISN可以使得高频噪声无法在待测的设备跟电网之间传送。在测量产生共模和差模的频段中，LISN确定了一个固定不变的阻抗（50 Q）值，也称之为传导干扰电压。用来在电源线中产生的传导性电磁干扰总值，而不是检测共模（CM）和（DM）的分量，共模和差模干扰具体的信息是解决EMI滤波器的重要依据。所以，传统的LISN模式不能够满足，必须重新讨论得出一种可以把共模和差模分开来新的方法。
1.2 在硬件基础上的分离方法研究
现如今，电流探头法、差模抑制网络和噪声分离网络是测量因为共模或者差模的传导性干扰。射频电流探头很容易把因为共模和差模产生的干扰进行分离出的以法拉第原理设计而成的一种方法，但是很难把所得到的干扰限值与EMC标准比较。差模抑制网络（DMRN）可以对差模产生的干扰进行有效的抑制（大于50 dB），无需进行换算情况下，能够直接对共模产生的干扰进行测量。可是差模抑制网络不能对因为差模干扰信号的存在进行测量，正是因为这样的缺陷，使得在设计EMC带来了阻碍，为了能解决这个问题，使用噪声分离网络。基于硬件和软件独立分量噪声测量网络可以分为两种。硬件类型由射频变压器、功率分配器、功率合成器组合而成。首先采用两个简单的、都带中心抽头、并且该分离中心的射频变压器变比为1：1，该网络结合单模态信号。而在Paul的网络中加入了机械式开关，对共模和差模输出的信号进行选择，因为这样，最终影响了网络对共模和差模的识别。
在此之后，新加坡设设计师See设计出了一种能够通时用来对共模和差模抑制的信号进行分离的电路中采用机械式开关，中避免了不利因素。在See分离网络，有两个变压器相连的且带副边线圈带中心抽头，两个与EMI干扰接收器相连的输出端，更好的满足了“相线” 与“中线”混合模态信号的相加和相减，因此，在EMI接收器上能够很好的检测到共模和差模传导发射时分离出的信号。以上所有的网络检测模式都采用了以变压器作为主要的分离器中心原件，这样的网络模式能在高频的模式下很好的根据杂散效应产生明显的因为模态信号产生抑制并不断的衰退。一般是在10～20 dB之间，有的时候会更加严重，因为这样的问题的存在，还需要更进一步提高该网络模式中的分离功能。
采用0度和180度的combiner与检测网络模式不同，是由美国的GUO提出，用来实现共模和差模的模态分离及输出。在物理结构上，功率混合器与功率分相器一样，但是在使用上是逆向的，功率分项器即将输入进来的信号分解成振幅相同，事先规定好的相位输出。在反向使用的时候，就是一个功率混合器。它类似与一个宽带变压器，但是在10～30 MHz范围之间它有固定的精度。另外，在测量时候功率混合器起到一定的输入阻抗，更好的实现了阻抗匹配，减少反射带来的损耗。
虽然因为采用了功率混合器，很大的改善了分离干扰模态信号的功能，特别是在高频情况下更是突出，但是它的造价成本太大，造成市面上功率混合器价格昂贵，无法能更进一步的推广开来使用。 1.3 在软件基础上的分离方法研究
在硬分离技术中，还可以以数值计算为基础来分离模态信号的软技术也有所出现，台湾功Lo把经过单模态硬件分离网络得到的DM和CM信号进一步传送到计算机，再分别把在LISN检测和在单模分离网络中检测的两个实际上线干扰信号与单模信号进行组合计算，得出一个新的模态干扰信号。该方法使得干扰信号得到了软分离，但是由于在算法使用之前要事先知道其中一个单模信号作为输入量，所以必须以单模硬件分离网络为基础，因此，这个分离技术只能称为在半模态下的一种不完整的分离技术，另外，也因为在检测中，由于相位的不确定性，误差也将会必然的存在。
2 以频谱分析仪为基础对传导电磁干扰进行测量
示波器在测量传导电磁干扰信号中对测量效果非常有效，可以直接对信号波幅、频率、信号波形、相位的变化进行测量并直接显示在屏幕上，但是它只能在低频信号中工作，对于在高频信号中使用还存在难度。频谱分析仪恰好能够解决这个问题，使得含不同频率的信号以不同的频域呈现，是在识别各个频率的功率中有效的装置，具有把信号以频域方式显示出来的性质。
在主要的测量装置中要输出信号的时候，检测收集被测设备（EUT）产生出来的电磁干扰噪声的这个系统称之为传导性噪声诊断系统，他是把信号输入到CM和DM的分离网络中并把信号进行一定的模态分离。最后一步是通过电诊断软件把通过频谱分析仪传送的信号输入到计算机中再进一步的进行分析得出结果。频谱仪最大的优点是直接能得到在10K～30M总的噪声、并模噪声、差模噪声频谱，还得到有效的噪声数据txt格式文件，该文件可以在PC中根据噪声信息通过诊断得出有效的EMI解决措施。
3 传导性电磁干扰噪声诊断技术应用实例
在以开电源拖带阻性负载为被测设备的实验装置图中，将电源接在一组（3个）500 W，将50个电阻并联作为噪声源产生传导性EMI噪声，用来作为智能测试的检测对象，把线阻抗稳定网络，24 V、960 W直流输出开关与电阻盘并联，EMI噪声诊断系统由combiner构成的噪声分离网络DN及GSP-827频谱分析仪，用单相三线220 V交流作为供电电源，在测试过程中不断调整电阻盘的个数和电阻数值，获得通过开关电源输出端的电流，并改变I/O端线缆的接法，让频谱仪接受来自总噪声、并模分量的不同波形。
根据实验数据的图表，可以说明了在频率不同的时候，共模和差模所产生的噪声各自占据着主要的地位，两种不同噪声的模态在整个频率中的叠加可以近似的看成是总噪声，通过对比，很明显对总的噪声影响很大的是共模所产生的噪声分量的噪声幅度值和噪声分量的频率分布，本文实验中开关电源产生传导电磁干扰噪声主要是集中在中低频波段上。通过实验和分析后得出，该诊断系统可以有效的对噪声进行诊断，该方法将会在探讨噪声的抑制以及电磁兼容的方案中提供有效的技术帮助。
4 结 论
线阻抗稳定网络LISN是国际规定的传导性电磁干扰检测设备，但是它检测的是DM和CM组合的混合信号，是根据共模和差模的滤波器中产生的模态信号不同影响设计的一种方法。与基于硬件相比和软件下产生的不同分离网络，在这之中，基于变压器分离网络能够因杂散效应在高频条件下出现的模态信号不大明显，在抑制新能过程中出现衰退的现象，尤其是在高频条件下，以splitter/combiner的网络分离为基础的功能改善显著。本文还论述了如何利用频谱分析仪对开关电源进行传导电磁干扰的实验，通过实验得出的结果进行分析，表明了实验中使用的测试系统能有效的对传导性电磁干扰噪声进行诊断。
参考文献：
[1] 孟进，马伟明，张磊，等.变换器传导电磁干扰集中等效模型参数估计方法[J].电工技术学报，2005，（6）.
[2] 和军平，姜建国，陈为.离线式PWM变换器电磁干扰传播通道模型的研究[J].电工技术学报，2004，（4）.
[3] 茹东生，姜茂仁，李洪烈.开关电源抑制传导性电磁干扰的设计与仿真[J].中国测试技术，2005，（4）.
[4] 和军平，陈为，姜建国.开关电源共模传导干扰模型的研究[J].中国电机工程学报，2005，（8）.