【教学课件】第七部分电缆的EMC设计.ppt

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1、杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电磁场在导体上感应的电压,E,V=Ed,d,V,V,V=d/dt,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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

2、量很少。,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电磁场干扰的对策,平衡电路共模滤波电缆屏蔽,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好坏用

3、共模抑制比表示：CMRR=20lg(VC/VD),VC,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,非平衡转换为平衡,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,屏蔽低频电场,0V,电缆长度/20，单点接地,电缆长度/20，多点接地,杨继深 2002年4月 电话

4、 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,屏蔽电缆减小磁场影响,VS,VS,VS,只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,消除地环路的效果,100,1M,1M,1

5、M,100,100,每米18节,(F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,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

6、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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,导线之间两种串扰机理,M,C,IC,IC,IL,IL,R0,RL,R2G,R2L,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,耦合方式的粗略判断,ZSZL 10002：电场耦合为主3002 ZSZL 10002：取决于几何结构和频率,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电容耦合模型,C12,C1G,C2G,R,C1G,C2G,C12,R,VN,V1,V1,j C12/(C12+C2G),j+1/R(C12+C2G),V1,V

7、N,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,耦合公式化简,R 1/j(C12+C2G),j C12/(C12+C2G),j+1/R(C12+C2G),V1,VN,VN=j R C12 V1,R 1/j(C12+C2G),VN=V1 C12/(C12+C2G),杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电容耦合与频率的关系,耦合电压,VN=j RC12V1,C12V1,(C12+C2G),VN=,1/R(C12+C2G),频率,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,屏蔽层不接地：VN=VS=V1 C1S/(C1S+CSG

8、)，与无屏蔽相同屏蔽层接地时：VN=VS=0，具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,部分屏蔽对电容耦合的效果,R 很大时：VN=V1 C12/(C12+C2G+C2S),C1s,C1G,CsG,CSG,C1s,VN,V1,V1,VN,C2S,C12,C12,C2G,R 很小时：VN=jRC12,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,互电感定义与计算,定义：自感L 1/I1，互感 M 12/I1,1 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

9、的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M=（/2）lnb2/（b2-a2）,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,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,VN d12/dt=d(MI1)/dt=M dI1/dt,R1,I1,VN,I1,VN,V1,V1,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,电感耦合与电容耦合的判别,IN=j C12V1,R2,R1,V,V,VN=j M12 I1,R2,R1,电容耦合,电感耦合,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,非磁性屏蔽对电感

10、耦合的影响,I1,M1S,M12,关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,双端接地屏蔽层的分析,M1S,M12,MS2,+-,-+,V12,VS2,导体1,导体2,屏蔽体,V12=j M12 I1 VS2=j MS2 IS VN=V12+VS2,I1,IS,求解这项,这就是屏蔽的效果,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,VS2项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,LS=/IS MS2=/IS 因此：LS=MS2,导体2,屏蔽层,VS2=j MS2 I S=j MS2(V S/ZS)=j LS V S/(jLS+RS)=VS j/(j+RS/LS),杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,屏蔽后的耦合电压,VN=V12+VS2,V12=j M12I1 VS=j M1SI1因为：M12=M1S所以：VS=j M12I1所以：VS2=j M12I1 j/(j+RS/LS),VN=V12-V12 j/(j+RS/LS)=V12(RS/LS)/(j+RS/LS),V12,杨继深 2002年4月 电话 010-68386283,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,VN M12 I1（Rs/Ls),VN j M12 I1,VN,Rs/Ls,无屏蔽电缆,屏蔽效能,屏蔽电缆,lg,