七部分电缆EMC设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,杨继深 2002年4月 电话,*,第七部分电缆的EMC设计,场在导线中感应的噪声,电缆之间的串扰,电磁场在导体上感应的电压,E,V = E,d,d,V,V,V =,d,/dt,处于电磁场中的电缆,信号线和回流线在一根电缆中,用地线面作回流线,共模电流,差模电压,不平衡,直接产生差模电压,S,h,电磁场在电缆中的感应噪声以共模为主,信号线与回线几乎处于同一电场环境中，差模电压很小。,信号线与回线所形成的面积很小，所包围磁通量很少。,电磁场在电缆上的感应电压,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,0,-10,-20,-30,-40,-50,A,B,C,D,E,高度= 0.5m,长度：A = 100m,B = 30m,C = 10m,D = 3m,E = 1m,与 长度、高度 无关,dBV,1V/m场强产生的电压,电磁场干扰的对策,平衡电路,共模滤波,电缆屏蔽,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V,1,V,2,I,1,I,2,V,D,平衡性好坏用共模抑制比表示：,CMRR = 20lg ( V,C,/ V,D,),V,C,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,提高共模干扰抑制的方法,平衡电路,屏蔽电缆,共模扼流圈,平衡电路,CMRR,CMRR,f,f,非平衡转换为平衡,屏蔽电缆的评估,CM,CM,接收环路,I,屏蔽层与芯线之间的互感,屏蔽低频电场,0V,电缆长度 ,/20，多点接地,对付低频磁场的有效方法,理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因,此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分,屏蔽电缆减小磁场影响,V,S,V,S,V,S,只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场,地环路的危害,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(A),(B),(D),(E),(C),0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,消除地环路的效果,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,C与D的实验数据说明,设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1，,双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/230),13 dB,单端接地的屏蔽层的效果：,20lg(230/229),0 dB,双绞线,单端接地屏蔽层,G与H的实验数据说明,设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1，,双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/1.3),58 dB,单端接地的屏蔽层的效果：,20lg(1.3/0.3),13 dB,双绞线,单端接地屏蔽层,导线之间两种串扰机理,M,C,I,C,I,C,I,L,I,L,R,0,R,L,R,2G,R,2L,耦合方式的粗略判断,Z,S,Z,L, 1000,2,： 电场耦合为主,300,2, Z,S,Z,L, 1000,2,：取决于几何结构和频率,电容耦合模型,C,12,C,1G,C,2G,R,C,1G,C,2G,C,12,R,V,N,V,1,V,1,j, C,12,/ ( C,12,+ C,2G,),j, + 1 / R ( C,12,+ C,2G,),V,1,V,N,耦合公式化简,R 1 / j,( C,12,+ C,2G,),V,N,= V,1, C,12,/ ( C,12,+ C,2G,) ,电容耦合与频率的关系,耦合电压,V,N,= j,RC,12,V,1,C,12,V,1,(C,12,+ C,2G,),V,N,=,1 / R (C,12,+ C,2G,),频率,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,屏蔽层不接地：V,N,= V,S,=V,1, C,1S,/ ( C,1S,+ C,SG,) ，与无屏蔽相同,屏蔽层接地时：V,N,= V,S,= 0， 具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,Cs,G,C1G,C,SG,C,1,s,Vs,V,1,V,1,Vs,C,2S,部分屏蔽对电容耦合的效果,R 很大时：V,N,= V,1, C,12,/ ( C,12,+ C,2G,+ C,2S,) ,C1s,C,1G,Cs,G,C,SG,C,1,s,V,N,V,1,V,1,V,N,C,2S,C,12,C,12,C,2G,R 很小时：V,N,= j,R,C,12,互电感定义与计算,定义： 自感L ,1 / I,1,， 互感 M ,12 / I,1,1,是电流I1在回路1中产生的磁通，,12,是电流I1在回路2中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M =,（, / 2 ）lnb,2,/（b,2,- a,2,）,减小M的方法：回路1用双绞线或同轴线，减小回路2的面积，增加两,个回路的距离,电感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,V,N, d,12,/ dt =,d(MI,1,)/dt = M dI,1,/ dt,R1,I,1,V,N,I1,V,N,V,1,V,1,电感耦合与电容耦合的判别,I,N,= j,C,12,V,1,R,2,R,1,V,V,V,N,= j,M,12,I,1,R,2,R,1,电容耦合,电感耦合,非磁性屏蔽对电感耦合的影响,I,1,M,1S,M,12,关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,双端接地屏蔽层的分析,M,1S,M,12,M,S2,+ -,- +,V,12,V,S2,导体1,导体2,屏蔽体,V,12,= j,M,12,I,1,V,S2,= j,M,S2,I,S,V,N,= V,12,+ V,S2,I,1,I,S,求解这项,这就是屏蔽的效果,V,S2,项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,L,S,=,/ I,S,M,S2,=,/ I,S,因此：L,S,=,M,S2,导体2,屏蔽层,V,S2,= j,M,S2,I,S,= j,M,S2,( V,S,/ Z,S,),= j,L,S, V,S,/ ( j,L,S,+R,S,),=,V,S, j,/ ( j,+R,S,/L,S,),屏蔽后的耦合电压,V,N,= V,12,+ V,S2,V,12,= j,M,12,I,1,V,S,= j,M,1S,I,1,因为：M,12,= M,1S,所以：V,S,= j,M,12,I,1,所以：V,S2,=,j,M,12,I,1, j,/ ( j,+R,S,/ L,S,),V,N,= V,12,- V,12, j,/ ( j,+R,S,/ L,S,),= V,12, (R,S,/ L,S,) / ( j,+R,S,/ L,S,),V,12,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,V,N, M,12,I,1,（Rs / Ls ),V,N, j,M,12,I,1,V,N,Rs / Ls,无屏蔽电缆,屏蔽效能,屏蔽电缆,lg,