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1、1,电缆的EMC设计,电气工程系 江滨浩,研究生学位课电磁兼容（6）,2,主 要 内 容,电磁场在电缆线上的感应噪声 电缆之间的串扰 电缆的辐射干扰,3,处于电磁场中的电缆,所有的电磁兼容标准中均规定了电缆的传导敏感性试验 实际是空间电磁场对电缆干扰性的试验 前述，电磁场对电缆的影响分为：在信号回路中的差模干 扰电流，在电缆与大地回路间的共模干扰电流,4,差模电压和共模电压,差模电压 电场产生电压的原理是导线处于不同的电位点，而磁场是通过回路中的磁通时变。电缆中信号线和回线间距极小，线间电压和磁感应电压几乎为零。因此，差模干扰电压无需考虑。电路的干扰主要来自差模电压和电流，而差模感应电压又很小
2、，差模干扰电压是在电路不平衡时，共模电压转换到差模干扰电压的结果,5,电磁场在电缆上的感应电压,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,随频率增加，感应电压增大，线越长，感应越大,6,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好坏用共模抑制比表示：CMRR=20lg(VC/VD),VC,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,7,提高共模干扰抑制比的方法,8,屏蔽静（低频）电场,9,非平衡转换为平衡,10,回路面积A,磁场对电缆的干扰,由于外界干扰场的频率和强度是不受控的，应尽量减小回路的面积。,11,理想同轴线的信号电流与
3、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,减小感应回路的面积,两个相邻的回路上感应出的电流具有相反的方向，因此相互抵销。双绞线的绞节越密，则效果越明显。,12,屏蔽电缆减小磁场影响,只有两端接地的屏蔽层才能屏蔽磁场,13,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(A),(B),(D),(E),(C),0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,抑制磁场干扰的试验数据,单端接地,非磁性材料的屏蔽套,磁性材料的屏蔽套,双绞线/单端接地,屏蔽层两端接地,14,抑制磁场干扰的实验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(
4、F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,电缆的屏蔽层作为回流路径，大大减小了感应回路的面积,双绞线,H中的屏蔽层两端接地,H中的屏蔽层单端接地,15,导线之间两种串扰机理,接收导线的两端情况是不同的，在靠近信号源的一端，电容耦合产生的电流与电感耦合产生的电流方向相同，幅度叠加，而在远离信号源的一端，电容耦合产生的电流与电感产生的电流方向相反，幅度抵消。因此，近端的干扰较强。,16,耦合方式的粗略判断,ZSZL 10002：电场耦合为主其它情况难说，取决于几何结构和频率,源电路阻抗ZS，接收电路的阻抗ZL,17,电容耦合模型,C12,C1G
5、,C2G,R,V1,VN,18,耦合公式化简,频率很低的情况,频率、被干扰导体对地电阻、两导体之间的电容成正比,频率很高的情况,与频率和电路的阻抗都无关。而仅与两个导体之间的电容和接收导体与地之间的电容有关,19,电容耦合与频率的关系,可以控制电容耦合的参数有三个：两个导体之间的电容C12，接收导体对参考地的电阻R，接收电路对参考地的电容C2G。其中，前两个参数在实践中最重要。在实践中，常通过降低接收电路的电阻来减小电容耦合。,VN=j R C12 V1,20,屏蔽层不接地：相当于R无限大，应用R很大时的前面公式 VN=VS=V1 C1S/(C1S+CSG)，与无屏蔽相同 屏蔽层接地（此时R0
6、）时：VN=VS=0，具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,21,R 很大时：VN=V1 C12/(C12+C2G+C2S),R 很小时：VN=jRC12,部分屏蔽对电容耦合的效果,C12的大小取决于导体2在屏蔽体外的长度。要减小C12，就要使暴露出屏蔽层的导体长度尽量短,22,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中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M=（/2）lnb2/（b2-a2）,互电感定义与计算,23,电感耦合,VN d1
7、2/dt=d(MI1)/dt=M dI1/dt,减小互感耦合的方法：M=（/2）lnb2/（b2-a2）1 增加两个回路之间的距离；2 减小第一个回路产生的磁通密度（在电流幅度不变的情况下），例如将第一个回路的两根长导线用双绞线；3 减小接收回路的面积；4 调整两个回路的相对位置、角度关系。,24,电感耦合与电容耦合的判别,区分方法：测量导体一端的噪声电压，同时调整导体另一端对地的阻抗，若测量电压值随阻抗增加而增加，则为电容耦合，若变化方向相反，则为电感耦合。,由电容耦合噪声可看成是并联在接收导体与地之间的电流源，电感耦合噪声可看成是串联在接收导体中的一个电压源。,25,屏蔽对电感耦合的影响,
8、关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,I1,M1S,M12,如屏蔽体两端接地，在屏蔽层与地构成的回路中会产生感应电流。感应电流产生新的磁场将叠加在原来的12上，由于12 12，因此，这个屏蔽措施的引入改变了互感，因此可以断定这种屏蔽对互感耦合有影响。,26,双端接地屏蔽层的分析,V12=j M12 I1 VS2=j MS2 IS VN=V12+VS2,求解这项,根据电磁感应定律，IS的方向与I1 的方向相反，因此 V12的方向与VS2的方向相反，两者相抵消。因此减小了耦合电压VN。,27,VS2项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,LS=/IS MS2=/IS 因此：LS=MS2,导体
9、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),28,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),V12,29,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,当频率很低时（j Ls Rs）：VN=V12，与无屏蔽作用,当频率较高时（j Ls Rs）：VN=M12I1(Rs/Ls)感应电压不随频率增加而增加，保持一个常数，差值就是屏蔽效果。,30,长线上的耦合电压,电缆与波长相比较短时电场耦合和磁场耦合电压都随着频率的升高增加。当电缆较长时，这个结论不再正确。,31,电缆的辐射干扰,
