一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法

一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法
(一)技术领域：
1.本技术涉及磁场抗扰度评价技术领域，具体是一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法。
(二)

背景技术：

2.数字磁耦隔离器基于磁场耦合原理实现数字信号的传输和隔离，在电路中形成很好的电阻隔离效果。然而由于磁耦的原理，当应用场景在大功率电源附近、电机及太空中时，在强磁场环境的干扰下器件容易出现电磁耦合原理造成的耦合电压吗，进而会出现传输不稳定的失效情况。因此需要着重对数字磁耦隔离器的磁场抗扰度进行测试和评价。
3.目前的数字磁耦隔离器抗扰度评价方法在试验时通常采用直接用励磁线圈产生磁场施加在器件的方式，采用器件传输波形错误作为失效判据。测试场强通常直接采用系统级电磁兼容测试强度如100v/m，不能完全适用于器件级电磁兼容评价。测试频率通常采用一般频率。由于缺乏更合适的失效判据，同时也无法精确测量所处的磁场大小因而测量精度很低，使得数字磁耦隔离器的磁场抗扰度测试难以达到期望的效果。
4.目前有相关专利磁耦数字隔离器磁场抗扰度测试装置及方法是通过tem小室进行测量的，包括采用示波器进行器件输入输出测量，采用直流电源与亥姆霍兹线圈相连接的方式生成射频场，利用高斯计检测磁场，主要对测试设备系统进行了说明，明确了测试流程，但是对具体的后续评价方法缺乏细节，难以获得更多的磁场抗扰信息，对应用过程指导意义仍有进步的空间。
5.目前针对数字磁耦隔离器磁场抗扰度的评价标准通常仅包含磁场强度值，无法提供更多的磁场抗扰信息，很难判断能否应用在使用场景中。针对环境磁场的频率、敏感频率、电平波动情况等均缺乏相应的测试评价方法。
6.因此，在磁场抗扰方面需要提供一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法。
(三)

技术实现要素：

7.1.目的：
8.为了满足现有技术的需要，本发明提供一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法。
9.2.技术方案：
10.基于上述目的，本发明提供了一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法，并对应形成抗扰度评价结果。
11.步骤一：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0v。
12.磁场强度梯度预测试及正式步进测试。通过预测试的过程确定测试频率及强度范围并通过四点位法校准测试位置场强。对以1mhz为步长进行频率步进，得到相同场强下的频率失效情况。
13.在信号传输过程中有多种失效模式，其中电平波动超限失效和固定0/1失效受到
磁场干扰影响最大，可能会导致信号传递出现错误。
14.步骤二：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7
·
vh和低电平高于0.3
·
(vh-vl)+vl为失效阈值，电平固定0/1失效取电平长度l(0/1)≥λ为失效阈值。
15.数字隔离器有多种失效模式，在信号传输过程中电平波动超限失效和固定0/1失效受到磁场干扰影响最大。
16.针对电平取失效阈值为高电平0.7
·
vh和低电平0.3
·
(vh-vl)+vl。分别记录高电平和低电平下输出电平的最高点和最低点距离标准值的差值大小，采用参数波动率进行数据记录。波动率：α＝v_b/vh，其中v_b为电压偏移最大值，vh为输出高电平。记录每个频率点对应的波动率，绘制波动率随频率波动曲线。当波动率大于0.3时即认定发生电平波动超限失效。
17.针对电平固定0/1失效模式，采用示波器截取判断，以高/低电平2倍半周期为触发阈值进行信号捕获，当示波器捕获到连续2倍及以上半周期长度的高/低电平，判定为电平固定0/1失效。
18.步骤三：确定器件对辐射敏感的频率范围，该频率范围覆盖电平波动超限峰值和电平固定0/1失效部分。
19.取电平波动超限失效中波动率最高的集中频率范围，范围取到包含几个峰值点或只取峰值点单点集合，再取发生电平固定0/1失效的频率范围，以上区域取交集判定为敏感频率范围。
20.步骤四：形成两种失效模式对应器件失效分析图，包含失效状态、失效峰值频率、频率对应电平波动情况、失效敏感频率。
21.器件失效分析图的横纵坐标分别为横坐标射频干扰频率、纵坐标失效情况。其中失效由两部分构成，分为电平波动超限失效和电平固定0/1失效两部分，以电平波动的0.3倍为失效阈值，使电平固定0/1失效的失效阈值与之位置对应，在同一张图展示同一场强下的两种失效模式和失效阈值，并根据电平波动失效最强频率及电平固定0/1失效情况标注敏感频率范围。
22.步骤五：确定评级准则，a级别：器件正常执行功能。b级别：器件受到干扰但未达到失效状态。c级别：器件部分功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小。d级别：器件功能发生持续失效但移除干扰载荷后通过简单操作或冷却就可以恢复。e级别：器件功能永久失效。
23.步骤六：对数字隔离器磁场抗扰度进行评价，评价结果包含敏感频率范围、器件失效分析图、器件失效评级。
24.本发明还提供一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法，包括：
25.s1：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0v；
26.s2：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7
·
vh和低电平高于0.3
·
(vh-vl)+vl为失效阈值，电平固定0/1失效取电平长度l(0/1)≥λ为失效阈值；
27.s3：确定器件对辐射敏感的频率范围，该频率范围覆盖电平波动超限峰值和电平
固定0/1失效部分；
28.s4：形成两种失效模式对应器件失效分析图，包含失效状态、失效峰值频率、频率对应电平波动情况、失效敏感频率；
29.s5，确定评级准则，a级别：器件正常执行功能。b级别：器件受到干扰但未达到失效状态。c级别：器件部分功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小。d级别：器件功能发生持续失效但移除干扰载荷后通过简单操作或冷却就可以恢复。e级别：器件功能永久失效；
30.s6，对数字隔离器磁场抗扰度进行评价，评价结果包含敏感频率范围、器件失效分析图、器件失效评级。
31.3.优点及功效：
32.本发明的数字隔离器磁场抗扰度评价方法能够有效地对数字隔离器的磁场抗扰度进行评价，可以得到隔离器的敏感频率及对各频率的两种失效情况，能够更完整地呈现器件的磁场抗扰度各项特性，有利于器件在应用时加强电磁兼容设计，降低电磁干扰影响。
(四)附图说明：
33.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
34.图1是本技术的数字隔离器磁场抗扰度评价方法图；
35.图2是本技术的数字隔离器传输失效判据中电平波动失效示例图；
36.图3是本技术的数字隔离器传输失效判据中电平固定0/1失效示例图；
37.图4是本技术的数字隔离器磁场抗扰度评价方法器件失效分析图。
(五)具体实施方式：
38.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
39.本发明选择的器件是隔离器，型号为gl1200p，gl1200p型隔离器是将变压器和编码、解码电路集成封装的数字磁隔离电路，器件封装形式是sop8塑封。结合具体的实际案例，对本发明所述的一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法进行详细说明。
40.步骤一：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0v。
41.搭建测试平台进行测试。隔离器加电后输入方波信号，占空比50％，电平0-5.0v。开启干扰后对输出波形进行监测，与理论输出波形对比，本器件输出与输入波形相同，因此可以直接将输出与输入比较，根据以下两种失效判据进行评价。
42.步骤二：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7
·
vh和低电平高于0.3
·
(vh-vl)+vl为失效阈值，电平固定0/1失效取电平长度l(0/1)≥λ为失效阈值。
43.数字隔离器有多种失效模式，在信号传输过程中电平波动超限失效和固定0/1失效受到磁场干扰影响最大。
44.针对电平波动超限失效模式的分析方法：在频率步进的过程中，使用示波器观察输出频率，记录每个测试频率点的波形数据，分别记录高电平和低电平下输出电平的最高点和最低点距离标准值的差值大小，采用参数波动率进行数据记录，波动率：α＝v_bvh，其中v_b为电压偏移最大值，vh为输出高电平，所得比值即为波动率。记录每个频率点对应的波动率，绘制波动率随频率波动曲线。针对电平取失效阈值为高电平0.7
·
vh和低电平0.3
·
(vh-vl)+vl。当有任何一点波动率达到失效阈值时认为隔离器传输信号时造成的信号畸变会引起信号传输错误，判定为发生电平波动超限失效。本评价过程中传输理论输出vl为0v，平取失效阈值为高电平0.7
·
vh和低电平0.3
·
vh，即当有任何一点波动率达到0.3时认为隔离器传输信号时造成的信号畸变会引起信号传输错误，判定为发生电平波动超限失效。
45.实施例，参照图3，确定波动范围，应输出电平，通过实际电平与应输出电平进行对比，量化电平波动并计算波动率，记录该点频率波动情况。
46.针对电平固定0/1失效模式的分析方法：采用示波器截取判断，以高/低电平2倍半周期为触发阈值进行信号捕获，当器件发生电平固定0/1失效情况出现时示波器就会捕获到连续2倍及以上半周期的高/低电平，此时判定为电平固定0/1失效，当出现此情况时会导致所传输的信号完全错误。
47.实施例，参照图3，当输出波形出现与理论波动不同时，进行判断是否出现了电平固定0/1的失效情况。
48.步骤三：确定器件对辐射敏感的频率范围，该频率范围覆盖电平波动超限峰值和电平固定0/1失效部分。
49.取电平波动超限失效中波动率最高的集中频率范围，再取发生电平固定0/1失效的频率范围，以上区域取交集判定为敏感频率范围。
50.步骤四：形成两种失效模式对应器件失效分析图，包含失效状态、失效峰值频率、频率对应电平波动情况、失效敏感频率。
51.其中器件失效分析图由两部分构成，分为电平波动超限失效和电平固定0/1失效两部分，以电平波动率0.3为失效阈值区分是否失效并标注失效与正常区域，同时使电平固定0/1失效的失效界限与之位置对应，在同一张图展示同一场强下的两种失效模式对应的失效区域，由此在同一张图展现器件磁场抗扰度的失效情况信息，同时在图中标注失效敏感频率范围：发生电平波动率最大且发生固定0/1失效情况对应的频率。评价所用的参数包括：磁场强度，频率，敏感频率范围。
52.根据上述失效判据的评价方法综合器件信号传输情况判断器件信号传输失效状态，集成两种失效模式对应干扰频率的器件失效分析图。测试过后合成两种失效因素分析二维曲线图，标注敏感频率和波动率失效阈值，确定固定强度下失效情况随射频频率的变化。
53.实施例，参照图4。所得gl1200p型号测试结果进行绘图表示，将两种失效模式合并呈现，并确定敏感频率范围为113-123mhz。
54.步骤五：确定评级准则，a级别：器件正常执行功能。b级别：器件受到干扰但未达到失效状态。c级别：器件部分功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小。d级别：器件功能发生持续失效但移除干扰载荷后通过简单操作或冷却就可以恢复。e级别：器件功
能永久失效。
55.gl1200p型号器件在部分频段传输功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小，因此评级在该强度下抗扰级别为c级。
56.步骤六：对数字隔离器磁场抗扰度进行评价，评价结果包含敏感频率范围、器件失效分析图、器件失效评级。
57.对上述评价方法进行总结，通过失效敏感频率范围、器件失效分析图、磁场强度对应失效评级结果三者展现对数字隔离器的磁场抗扰度评价结果。
58.数字隔离器磁场抗扰度评价方法的流程包括：
59.s1：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0v；
60.s2：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7
·
vh和低电平高于0.3
·
(vh-vl)+vl为失效阈值，电平固定0/1失效取电平长度l(0/1)≥λ为失效阈值；
61.s3：确定器件对辐射敏感的频率范围，该频率范围覆盖电平波动超限峰值和电平固定0/1失效部分；
62.s4：形成两种失效模式对应器件失效分析图，包含失效状态、失效峰值频率、频率对应电平波动情况、失效敏感频率；
63.s5，确定评级准则，a级别：器件正常执行功能。b级别：器件受到干扰但未达到失效状态。c级别：器件部分功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小。d级别：器件功能发生持续失效但移除干扰载荷后通过简单操作或冷却就可以恢复。e级别：器件功能永久失效；
64.s6，对数字隔离器磁场抗扰度进行评价，评价结果包含敏感频率范围、器件失效分析图、器件失效评级。

技术特征：
1.一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法，其特征在于，通过数字磁耦隔离器传输检测方波，记录高电平和低电平下输出电平波动时最高点和最低点距离标准值的差值大小，同时记录输出电平的0/1连续情况，采用电平波动超差失效和电平固定0/1失效两种失效模式综合评价输出波形，记录敏感频率范围并合成两种失效模式于同一图像，最终对器件磁场抗扰度进行评级。2.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的检测方波：高电平为器件传输电平值、偏置电压为0占空比50％、频率1mhz。3.根据权利要1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的电平波动超差失效模式：电平波动率超过高电平0.7
·
vh和低电平0.3
·
(vh-vl)+vl的失效阈值。4.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的电平固定0/1失效模式：采用示波器波长触发截取输出波形中出现超过半个周期的0或1电平。5.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的敏感频率范围：触发电平固定0/1失效频率较高甚至完全失效并且在所求范围内的电平波动失效波动率最高的射频干扰频率。6.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的整合两种失效模式的同一图像：以发射频率和波动率及电平固定0/1失效为两轴坐标集成综合评价示意图，图像由失效区域和正常区域构成，两种失效模式的失效阈值界限位置相对应。7.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，所述的敏感频率范围，其特征在于：发生电平波动率最大且发生固定0/1失效情况对应的频率范围。8.根据权利要求1所述的数字磁耦隔离器磁场抗扰失效评价方法，其特征在于，所述的对器件磁场抗扰度进行评级方法：a级别：数字磁耦隔离器的所有功能在受到干扰期间和之后都按设计的要求执行。b级别：数字磁耦隔离器的大部分功能在测试期间执行设计，可能受到影响但是能够正常执行功能。去除干扰后，传输功能能够自动恢复到正常范围内。c级别：数字磁耦隔离器的部分功能在测试期间不按照设计的方式执行，但在去除载荷后立即恢复正常操作并且造成的影响随着载荷减小而减小。d级别：数字磁耦隔离器的功能在测试期间不按照设计执行，直到载荷被移除，通过简单的操作动作或冷却等就可以重置。e级别：数字磁耦隔离器的一个或多个功能在测试期间和之后不能按照设计的方式运行，并且永久性不能恢复正常运行。9.根据权利要求3所述的，其特征为，波动率的定义公式：α＝v_b/vh，其中v_b为单电平波动偏移最大值，vh为理论输出高电平值。10.一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法，其特征在于，包括：s1：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0v；s2：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7
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vh和低电平高于0.3
·
(vh-vl)+vl为失效阈值，电平固定0/1失效取电平长度l(0/1)≥λ为失效阈值；
s3：确定器件对辐射敏感的频率范围，该频率范围覆盖电平波动超限峰值和电平固定0/1失效部分；s4：形成两种失效模式对应器件失效分析图，包含失效状态、失效峰值频率、频率对应电平波动情况、失效敏感频率；s5，确定评级准则，a级别：器件正常执行功能。b级别：器件受到干扰但未达到失效状态。c级别：器件部分功能发生失效但产生的干扰随着干扰载荷减小而减小。d级别：器件功能发生持续失效但移除干扰载荷后通过简单操作或冷却就可以恢复。e级别：器件功能永久失效；s6，对数字隔离器磁场抗扰度进行评价，评价结果包含敏感频率范围、器件失效分析图、器件失效评级。

技术总结
本发明公开了一种数字隔离器磁场抗扰度评价方法：S1：获取数字隔离器磁场抗扰度测试数据，隔离器输入信号采用方波，占空比50％，电平0-5.0V；S2：确定失效判据，包含电平波动超限和电平固定0/1两种失效模式，电平波动超限取高电平低于0.7


技术研发人员：高成 刘宇盟 黄姣英 李凯
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/12