EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析

EWIS EMC的傳導耦合可分為電阻性耦合,電容性耦合,電感性耦合三方面進行分析,其中電容性耦合又稱電場耦合,是兩個電路之間的電場相互作用產生的,被干擾源上耦合產生的干擾電壓,由干擾源頻率、幅值、被干擾源對地電阻(或負載電阻)、線間電容共同決定。平行雙導線間的電容性耦合物理模型與等效電路如下:

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖1

電容性耦合等效模型

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖2

電容性耦合等效電路

上文闡述,經過計算可得:UN≈jwRC12U1實際上,這里只考慮了一種情況,即R為電路2的負載電阻。但是如果R較大,即R為導線2對地的絕緣電阻(通常R>50MΩ),那么此種情況就要另當別論。

由上圖(等效電路圖)可以看出,UN為U1在R上面的分壓,不難得出,當R>50MΩ時,

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖3

由此可見,無論R為電路2的負載電阻,或導線2的對地電阻,在導線2無屏蔽層的情況下,導線2上耦合產生的電壓UN都是不可忽視的。增加屏蔽層后,等效模型與電路如下:

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖4

下面分三種情況討論:

(1)     若導線2與地之間的電阻無限大,且導線2完全被屏蔽層包圍,此時R=∞,C12=0,C2G=0,可以得出,

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖5

由于屏蔽層與導線2之間無電流電壓,因此導線2上耦合出的干擾電壓(屏蔽層對地電壓加導線2對屏蔽層電壓)就是US即:

UN=US

此時,如果屏蔽層接地,則Us=0,即UN=0,此種情況為理想情況,可以理解為,當導線2對地電阻無限大時(對地絕緣),如果把導線2完整的屏蔽,且屏蔽接地,則導線2上無耦合干擾電壓。

(2)若導線2與地之間電阻無限大(對地絕緣),但導線2沒有完全被屏蔽層覆蓋,此時R=∞,C12與C2G有限值,,在導線2上耦合的干擾電壓可以表示為:

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖6

其中,C12取決于導線2露在屏蔽層外的那部分長度,露出的長度越大,值越大。這種情況下,為了減小UN,就要減小導線露在屏蔽層外的長度,且保證屏蔽層的良好接地。

(3)若導線2延伸到屏蔽層之外,且R為有限值(R為負載電阻),當屏蔽層接地時,可得:

UN≈jwRC12U1

這個式子與前文所得R為負載電阻,導線2未屏蔽時的UN完全一致,但是此式子中的C12為導線2露出屏蔽那部分與導線1之間的電容,遠小于前文中的C12,因此,耦合電壓因為屏蔽而大大減小。

由上述三種情況,可以得出結論,在EWIS隔離設計中,為降低被干擾源的受擾,要對被干擾源進行全路徑的屏蔽,且屏蔽要進行良好接地。

實際工程應用中,導線屏蔽層的引出通常使用焊錫環加屏蔽引出線,或特殊尾部附件進行屏蔽層處理,目的都是進行屏蔽層的有效接地。

在實際EWIS研制過程中,經常會遇到單芯屏蔽線拼接或屏蔽電纜拼接的情況,此時做到線芯可靠連接的同時,也要做到屏蔽層的有效搭接,推薦使用屏蔽死接頭。若只做到線芯拼接,由上述計算論證可得出,干擾電壓UN不可忽略。

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖7

EWIS研制過程中被普遍選用的焊錫環

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖8

EWIS屏蔽接地引出實例

EWIS EMC之屏蔽層長度及接地影響分析的圖9

保證屏蔽連續完整的屏蔽死接頭

 王哲

北京航空航天大學雙學士

EWIS工程師

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