Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

EMC © Farkas György. A VEZETÉK MODELLEZÉSE  Rövid vezeték: l < /10 koncentrált elemekkel modellezzük,  Hosszabb vezeték: elosztott paraméterekkel kezelhető.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "EMC © Farkas György. A VEZETÉK MODELLEZÉSE  Rövid vezeték: l < /10 koncentrált elemekkel modellezzük,  Hosszabb vezeték: elosztott paraméterekkel kezelhető."— Előadás másolata:

1 EMC © Farkas György

2 A VEZETÉK MODELLEZÉSE  Rövid vezeték: l < /10 koncentrált elemekkel modellezzük,  Hosszabb vezeték: elosztott paraméterekkel kezelhető. Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

3 RÖVID VEZETÉK IMPEDANCIÁI Huzal: R S =  l /A Domináns az induktivitás! L / l  10 nH / cm PCB: R S = R  l /s Farkas Gy. : EMC Z S = R S + j  L S Z P = R P + 1 / j  C P soros párhuzamos © Farkas Gy. : EMC

4 HOSSZABB VEZETÉK Farkas Gy. : EMC U 2  U 1 U1U1 ELOSZTOTT PARAMÉTEREK késleltetés, reflexiók ennek okai © Farkas Gy. : EMC

5 VEZETÉKEK HUZAL, ÉRPÁR LÉGVEZETÉK SZALAG KÁBEL KOAXIÁLIS KÁBEL PCB fólia-szalagok: vezetékpár, microstrip, stripline PCB síkok: Ground Plane, Power Plane Farkas Gy. : EMC

6 PROBLÉMÁK Soros ellenállás Induktivitás Kapacitás Késleltetés Áthallás Sugárzás Hullámellenállás, reflexió Farkas Gy. : EMC

7 A VEZETÉK SOROS ELLENÁLLÁS általában : R =  l /A Farkas Gy. : EMC

8 FOLIA VEZETÉK SOROS ELLENÁLLÁSA Itt A = v·s, aholv a vezeték vastagsága, s a vezeték szélessége l a vezeték hossza. s s t v l Farkas Gy. : EMC

9 SOROS ELLENÁLLÁS ÁLTALÁBAN : R =  l /A FÓLIÁNÁL : A = v·s ha l = s, (tehát négyzetalakú) R  =  / v [  /  ] R = R  l / s Pl. v = 17,5  m Cu : R  =1 m  Farkas Gy. : EMC

10 SOROS ELLENÁLLÁS ÁLTALÁBAN: R =  l /A FÓLIA : R = R  l / s, PLANE : (Ground Plane, Power Plane) R = R  /  ln(2D/d), D d pad Farkas Gy. : EMC

11 HULLÁMELLENÁLLÁS R C L G ZoZo =  R/l + j  L/l G/l + j  C/l Farkas Gy. : EMC

12 ÉRPÁR HULLÁMELLENÁLLÁSA R 0 = a lg b / D d a = 276  b = 2 D /d Pl. R O = 240  Farkas Gy. : EMC

13 KOAXIÁLIS KÁBEL HULLLÁMELLENÁLLÁSA R 0 = a lg b / D d a = 138  b = D /d Pl. R O = 50  Farkas Gy. : EMC

14 HULLÁMELLENÁLLÁS NAGYOBB LESZ, HA mivel ezzel C/l : csökken, L /l :nő a vezetékek közötti távolság nő vagy, ha az átmérő nő Farkas Gy. : EMC

15 HULLÁMELLENÁLLÁS KISEBB LESZ, HA mivel ezzel C/l : nő, L /l : csökken a vezetékek közötti távolság csökken vagy, ha az átmérő csökken Farkas Gy. : EMC

16 LÉGVEZETÉK HULLÁMELLENÁLLÁSA R 0 = a lg b D d a = 138  b = 4 D /d R 0 igen nagy Farkas Gy. : EMC

17 PCB VEZETÉK vezeték HORDOZÓ rr Farkas Gy. : EMC

18 PCB VEZETÉKPÁROK vezetékpárok HORDOZÓ rr Hullámellenállással lezárhatók, gyakorlatilag veszteségmentes szalagkábelek Z 0  R 0 Farkas Gy. : EMC

19 PCB VEZETÉK GROUND PLANE POWER PLANE HORDOZÓ rr Farkas Gy. : EMC

20 PCB VEZETÉK Beágyazott microstrip microstrip GROUND PLANE POWER PLANE Kettős stripline stripline HORDOZÓ rr Farkas Gy. : EMC

21 PCB VEZETÉKEK szalagkábelek microstrip Beágyazott microstrip stripline Kettős stripline GROUND PLANE POWER PLANE HORDOZÓ rr Farkas Gy. : EMC

22 PCB HULLÁMELLENÁLLÁSOK  r = 4,4 Farkas Gy. : EMC H H [mm] Z 0 [  ] H [mm] Z 0 [  ] s t=0,2 t=0,15 t=0,1 t 0,1 0,2 0,4 0,3 0,1 0,2 0,4 0,3 t=0,2 t=0,1

23 SOKERES SZALGKÁBEL „SODROTT” R 0 = 60…100  Farkas Gy. : EMC

24 KAPACITÁS C = 0,885 [pF]  r F[mm 2 ] / h[mm]  r = 4…5 C/l = 0,3…5 [pF/cm] Farkas Gy. : EMC

25 INDUKTIVITÁS L/l  4 h/s [nH/cm] h s Sín  1 nH alkatrészláb  2..3 nH PCB  10 nH/cm huzalozás > 100 nH Farkas Gy. : EMC

26 FREKVENCIA-FÜGGÉS R = f 1 (  ) a szkin-hatás miatt Z = f 2 (  ) az X= j  L miatt Például f [Hz] = 10 4 R [m  ] = 0,8  Z rel /l  = Farkas Gy. : EMC

27 PCB VEZETÉKPÁR HULLÁMELLENÁLLÁS R 0 = (377 / ) · h / s h s D Farkas Gy. : EMC

28 HULLÁMELLENÁLLÁS Vezetékpár:R 0 = (377 / ) · h / s Beágyazva: R 0 = (300 / ) / (1+ s/h) h s D Farkas Gy. : EMC

29 HULLÁMELLENÁLLÁS Vezetékpár:R 0 = (377 / ) · h / s Beágyazva: R 0 = (300 / ) / (1+ s/h) Microstrip: R 0 = (180 / ) / (1+ s/h) h s D Farkas Gy. : EMC

30 HULLÁMELLENÁLLÁS Vezetékpár:R 0 = (377 / ) · h / s Beágyazva: R 0 = (300 / ) / (1+ s/h) Microstrip: R 0 = (180 / ) / (1+ s/h) KettősstriplineR 0 = (276 / ) ·(4h/  d) th(D  / 2h) h s D Farkas Gy. : EMC

31 KÉSLELTETÉS Szinuszos esetben T periódus-idővel:  t << T, l << T v ~ c / f l <<, ( c = f, = c/f = 300 [m] / f [MHz] ) A terjedési sebesség: v = c / c = 30 cm/ns,  r  4…5, v  cm/ns  t = l /v = l /c Farkas Gy. : EMC

32 ÁTHALLÁS M C Csökkentés s s s s 2s Farkas Gy. : EMC

33 ÁTHALLÁS M C Csökkentés s s s s 2s Farkas Gy. : EMC

34 SUGÁRZÁS Csökkentés s 3s s 2s 3s Farkas Gy. : EMC

35 SARKOK Rossz s 2s Jó A SUGÁRZÁS és a TÖBBLET KAPACITÁS CSÖKKENTÉSE Farkas Gy. : EMC

36 MULTILAYER 2 RÉTEG: [S 1 +GP] -- [S 2 +PP] 2 RÉTEG: [S] -- [GP+PP] 4 RÉTEG: [S 1 ] -- [GP] -- [PP] -- [S 2 ] 6 RÉTEG: [S 1 ]--[GP]--[S 2 ]--[PP]--[GP]--[S 3 ] 6 RÉTEG: [S x ]--[GP]--[S xy ]--[PP]--[GP]--[S y ] GROUND TRACE  GP = GROUND PLANE POWER TRACE  PP = POWER PLANE SIGNAL TRACES  S 1, S 2, S x, S y stb. Például: Farkas Gy. : EMC

37 ZAVAROK A VEZETÉKEKEN

38 A VEZETÉKRE HATÓ ZAVAROK Farkas Gy. : EMC saját áram: I, zavaró mágneses tér: H I, zavaró villamos tér: U I I U 2  U 1 U1U H I UIUI ennek okai © Farkas Gy. : EMC

39 A vezetékre közeli villamos zavar hat A csatolás kapacitással modellezhető Farkas Gy. : EMC USUS ZSZS UIUI ZVZV ZIZI UVUV © Farkas Gy. : EMC

40 Farkas Gy. : EMC ZSZS USUS UIUI ZVZV ZIZI UVUV Z’ V = Z V x Z I Z” V = Z V x Z S ZSZS © Farkas Gy. : EMC a S = Z’ V Z’ V +Z S a I = Z” V Z” V +Z I a = | a I | |a S |

41 A csatolás kapacitással modellezhető: a S = Z’ V / (Z’ V + Z S ) Z’ V = Z V x Z I a I = Z” V / (Z” V + Z I ) Z” V = Z V x Z S a = | a S | / |a I | = | Z S | / | Z I | ha | Z I | = 1 / C I  I | a | = R S C I  I =  I /  0 ahol  0 = 1 / R S C I Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

42 A referencia pont elve és gyakorlata Vonatkoztatási potenciál: elvi fogalom referencia pont, közös pont, (Signal Referenz, Bezugsleiter ) Gyakorlati megvalósítás: visszatérő vezeték, nulla vezeték, tápvezeték, potenciál kiegyenlítő sín stb.(Circuit Common) Föld vezeték: földelés, (ground), villám-levezető védőföld (Protective Earth, Schutzleiter) Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

43 A referencia pontok nem ekvipotenciálisak Farkas Gy. : EMC UIUI UIUI földelés közös pont © Farkas Gy. : EMC

44 A referencia pontok nem ekvipotenciálisak Farkas Gy. : EMC UIUI Z GS Z GV ZVZV ZSZS USUS © Farkas Gy. : EMC

45 Nincs nullavezeték Farkas Gy. : EMC UIUI Z GS Z GV ZVZV ZSZS USUS a S = a I a = 1 Nincs zavarelnyomás © Farkas Gy. : EMC

46 Van nullavezeték Farkas Gy. : EMC UIUI Z GS Z GV ZVZV ZSZS USUS a S >> a I a << 1 Van zavarelnyomás Z0Z0 Z 1 << Z V © Farkas Gy. : EMC

47 Nulla vezeték zavarcsökkentő hatása USUS UIUI ZSZS ZVZV Z GS Z GV Z0Z0 Farkas Gy. : EMC ZSZS ZVZV Z N = Z 0 x Z G ZNZN USUS a S = Z V / ( Z S + Z V + Z N ) Z G = Z GS + Z GV © Farkas Gy. : EMC

48 Nulla vezeték zavarcsökkentő hatása USUS UIUI ZSZS ZVZV Z GS Z GV Z0Z0 Farkas Gy. : EMC a I = |a S | |Z 0 | / |(Z 0 +Z G )| a = |a I | / | a S | a = |Z 0 | / |(Z 0 + Z G )| ZGZG Z0Z0 ZSZS UIUI ZVZV © Farkas Gy. : EMC ZGZG

49 Nulla vezeték zavarcsökkentő hatása Farkas Gy. : EMC a I = a S Z 0 / ( Z 0 + Z G ) A zavarcsillapítás képletében Z V nem szerepel !!! A zavarelnyomás javulna, ha Z 0 nulla lehetne, vagy Z G lehetne végtelen nagy. Utóbbi életvédelmi okból nem megengedhető. Gyakorlatilag csak a | Z 0 | / | Z G | arányt lehet csökkenteni. © Farkas Gy. : EMC a =a = |a I | | a S | = Z0Z0 Z 0 + Z G

50 A kölcsönös induktivitás hatása RSRS LSLS ZGZG ISIS I0I0 IGIG R0R0 L0L0 M Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

51 A kölcsönös induktivitás hatása A CÉL: I G legyen 0 (pontosabban I G / I 0 kicsi) L S = L 0 = L M = k (L S L 0 ) 1/2 =k L Z G = R G + j  L G Csomópont: I S + I 0 + I G = 0 Hurok: I 0 ( R 0 + j  L 0 ) + I S j  M - I G Z G = 0 innen: I G / I 0 = [R 0 + j  L (1-k)] / [R G + j  (kL +L G )] Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

52 A kölcsönös induktivitás hatása I G / I 0 = [R 0 + j  L (1-k)] / [R G + j  ( kL +L G )] Annak érdekében, hogy kicsi legyen I G / I 0 csökkenthető R 0, de ennek gyakorlati határa van nem növelhető R G, életvédelmi okból növelhető L G, de az csak nagyobb frekvencián hatékony (tehát célszerű egy fojtótekercset beiktatni) a csatolási tényező növelése igen hatékony: k  1 Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

53 A kölcsönös induktivitás növelésével a közös módusú zavar csökkenthető! Farkas Gy. : EMC I G / I 0 = [R 0 + j  L (1-k)] / [R G + j  ( kL +L G )] k  1 ferrit gyűrű © Farkas Gy. : EMC

54 A kölcsönös induktivitás hatása a kétféle módusú (CM/DM) zavarra Farkas Gy. : EMC I 1 = I CM + I DM I 2 = I CM - I DM L 1 = L 2 = L M = k (L 1 L 2 ) 1/2 = kL L1L1 I2I2 I1I1 L2L2 M I CM I DM I CM I DM U1U1 U2U2 © Farkas Gy. : EMC

55 A kölcsönös induktivitás hatása a kétféle módusu (CM/DM) zavarra U 1 = j  (L I 1 + M I 2 ) = j  L (I 1 + k I 2 ) U 2 = j  (L I 2 + M I 1 ) = j  L (I 2 + k I 1 ) U 1 = Z CM I CM + Z DM I DM U 2 = Z CM I CM – Z DM I DM Z CM / Z DM = (U 1 +U 2 )/(U 1 – U 2 ) (I 1 – I 2 )/(I 1 +I 2 ) Z CM / Z DM = (1 + k) / (1 – k) k  0Z CM = Z DM mindkettőre egyformán hat k  1 Z CM / Z DM  a közösmódusúra hat Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

56 KOAXIÁLIS KÁBEL Farkas Gy. : EMC ISIS IKIK IGIG A cél: I G = 0, I K = - I S belső ér köpeny M LBLB LKLK RKRK RBRB

57 KOAXIÁLIS KÁBEL A cél: I G = 0, azaz I K =  I S A hurokegyenletből: I K [R K + j  L K ] +j  M I S  Z G I G = 0 legyen Z G = 0, és M = L K = L, (k=1) ekkor I G = 0, ha I K / I S =  1 I K /  I S = j  L K / (j  L K + R K ) = 1/(1- j  0 /  ) ahol  0 = R K / L K csak  >>  0 feltétellel hatékony mágneseses zavar esetén a koaxiális árnyékolás. Farkas Gy. : EMC

58 KÉTSZERES ÁRNYÉKOLÁS Farkas Gy. : EMC C1C1 ZSZS C3C3 C2C2 ZGZG ZIZI ZVZV USUS UIUI

59 KÉTSZERES ÁRNYÉKOLÁS Farkas Gy. : EMC UIUI USUS ZIZI ZSZS ZGZG ZVZV C1C1 C2C2 C3C3

60 GUARD Farkas Gy. : EMC GUARD ZVZV Z1Z1 Z0Z0 ZgZg ZGZG ZSZS Z’ USUS UIUI

61 GUARD Farkas Gy. : EMC ZSZS Z0Z0 ZgZg Z1Z1 ZGZG Z’ ZVZV USUS UIUI

62 GUARD Farkas Gy. : EMC USUS Z S + Z 1 Z0Z0 ZVZV Z’ ZGZG ZgZg Z S + Z 1 Z’ ZGZG Z0Z0 ZVZV ZgZg UIUI a  [Z g / (Z g + Z G )]  [ Z 0 / (Z 0 + Z’)]

63 SZIMMETRIKUS VEZETÉKRENDSZER USUS ZSZS UIUI U DM Z0Z0 Z GV Z GS Z a /2 Z b /2 Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

64 SZIMMETRIKUS VEZETÉK RENDSZER UIUI Z0Z0 Z a / 2 Z b / 2 Z a / 2 Z b / 2 Z G = Z GS + Z GV ha Z 0 >Z a Z0Z0

65 SZIMMETRIKUS VEZETÉK RENDSZER U DM UIUI Z0Z0 Z a / 2 Z b / 2 Z a / 2 Z b / 2 Z G = Z GS + Z GV ha Z 0 <  U CM  U I Z 0 / (Z 0 + Z G ) A nulla-vezeték hatása Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC ha Z 0 =  Nincs nulla-vezeték U DM = U CM k  Z /Z

66 SZIMMETRIKUS Z G = Z GS + Z GV U DM = U CM k  Z / Z ha Z 0 =  CMR = U DM /U CM = k  Z / Z k = V / (1 + V) 2 k  1/V << 1 V= (Z b /2) / ( Z a /2) ha Z 0 <  A nullavezeték hatása Z b >> Z G Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC U CM  U I Z 0 / (Z 0 + Z G )

67 Szimmetrikus összekötés Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC Z0Z0 Z GS Z GV R S /2 Z1Z1 Z2Z2

68 Földfüggetlen összekötés ??? Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC ? ? R S /2 Z1Z1 Z2Z2

69 ÁRNYÉKOLT SZIMMETRIKUS KÁBEL Farkas Gy. : EMC Z S / 2 ZIZI ZKZK ZGZG ZbZb UIUI USUS CbCb C” a C’ a Z I = 1 / j  C I Z = Z S x Z b x 1/ j  C b Z S / 2 Z K elosztottan jelentkezik. Nem mindegy, hogy melyik oldalhoz rendeljük.

70 A mágneses terek zavarcsatolása Farkas Gy. : EMC H DM H CM © Farkas Gy. : EMC

71 A DM zavarcsatolás csökkentése szimmetrikus vezetékrendszerben Aktív és passzív védelem szempontjából egyaránt előnyös, egyszerű megoldás: Farkas Gy. : EMC A vezetékeket összecsavarva a szomszédos hurkocskák hatása egymást kioltja. + + – – © Farkas Gy. : EMC

72 A CM zavarcsatolás csökkentése szimmetrikus vezetékrendszerben Farkas Gy. : EMC A vezeték hurkot illetve a csatolását csökkenteni kell © Farkas Gy. : EMC

73 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Common Mode Rejection  Áramköri megoldások Differenciál erősítő Transzformátoros csatolás (10-100pF)  Konstrukciós megoldások Árnyékolt transzformátor (és jó hidegpont, DC nem) Jelfogó (10 pF, nagyon korlátozott alkalmazhatóság) Optikai csatolás (1-2 pF a lehető legjobb, ha lehet) Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC

74 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC „Galvanikus” elválasztás transzformátorral Szórt kapacitás R1R1 C2C2 R2R2 C1C1 C 1  C 2 és R 1  R 2 © Farkas Gy. : EMC Ezért CM  DM

75 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC A tekercsek elárnyékolása Helyettesítő kép C p  C s Z G > 0 CpCp CsCs ZGZG ZGZG © Farkas Gy. : EMC

76 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC Árnyékolás © Farkas Gy. : EMC Az E-vas A fólia nem hozhat létre rövidzárat!

77 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC Kettős árnyékolás © Farkas Gy. : EMC

78 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC Hármas árnyékolás © Farkas Gy. : EMC Az árnyékoló fóliák természetesen nem hozhatnak létre rövidrezárt menetet és nem érintkezhetnek egymással!

79 CMR a közös-módusú zavar elnyomása Farkas Gy. : EMC © Farkas Gy. : EMC Az E-vas Az árnyékoló fóliák természetesen nem hozhatnak létre rövidrezárt menetet és nem érintkezhetnek egymással!

80 ÁTHALLÁSOK A VEZETÉKEKEN

81 PÁRHUZAMOSVEZETÉKEK ÁTHALLÁSA Farkas Gy. : EMC Kapacitív csatolás Induktív csatolás UIUI victim culprit victim HIHI culprit

82 KAPACITÍV ÁTHALLÁS Farkas Gy. : EMC d D C UIUI U1U1 U2U2 UVUV R1R1 R2R2 R g1 R g2 C2C2 C1C1 [pF/m] lg C/l lg D/d

83 KAPACITÍV ÁTHALLÁS Farkas Gy. : EMC U1U1 USUS UVUV C1C1 C2C2 R1R1 R2R2 R g2 R g1 C t U I (t) U V (t)

84 INDUKTÍV ÁTHALLÁS Farkas Gy. : EMC A I I (  I ) HIHI UVUV U V  f ( H I, A, D -3,  I 2, cos  ) D

85 KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe Farkas Gy. : EMC CbCb CKCK C’ C” C’” UIUI USUS ZSZS ZGZG ZVZV

86 FELTÉTELEK:  Z G = 0  az impedanciák ohmosak: Z V =R V, Z S =R S  a S (  =0) = R / R S  a I (  =  ) = C C / C   0 = 1/RC Farkas Gy. : EMC KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe

87 Farkas Gy. : EMC C C = C’+ C”+ C”’ C= C b + C C R= R S x R V aIaI UIUIC CbCb R S x R V aSaS USUS C RSRS RVRV Z G = 0C ZGZG UIUI USUS CKCK CbCb ZVZV ZSZS ZVZV KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe

88 Farkas Gy. : EMC ASAS AIAI lg  00 00 KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe

89 Farkas Gy. : EMC -A S lg  00 KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe AIAI 00 lg 

90 Farkas Gy. : EMC 00 KAPACITÍV ÁTHALLÁS koaxiális vezetékbe A=A I - A S 00 lg  AIAI -AS -AS


Letölteni ppt "EMC © Farkas György. A VEZETÉK MODELLEZÉSE  Rövid vezeték: l < /10 koncentrált elemekkel modellezzük,  Hosszabb vezeték: elosztott paraméterekkel kezelhető."

Hasonló előadás


Google Hirdetések