VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR

VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR Trong thực tế,ngoài việc sử dụng nối đất đúng, bọc chắn,mối nối liên kết, và lọc ,tương thích điện từ trong hệ thống điện và mạch điện tử đạt được bằng việc sử dụng một vài thiết bị khử thành phần giao thoa điện từ

GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN “VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR” GVHD : PGS.TS Tăng Tấn Chiến Học viên : Phạm Hữu Phương Lớp : K25 KĐT.ĐN HVTH: Phạm Hữu Phương 1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU HVTH: Phạm Hữu Phương 2 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Trong thực tế,ngoài việc sử dụng nối đất đúng, bọc chắn,mối nối liên kết, và lọc ,tương thích điện từ trong hệ thống điện và mạch điện tử đạt được bằng việc sử dụng một vài thiết bị khử thành phần giao thoa điện từ Để đạt được tương thích điện từ trong các mạch và các thiết bị cần lựa chọn các phương pháp được kết nối cáp, cáp tín hiệu và cáp điều khiển định tuyến với sự mất mát tín hiệu nhỏ nhất, giảm giao thoa điện từ Trong tự nhiên dạng sóng tín hiệu giao thoa không tuần hoàn hoặc nhất thời, bao gồm thời gian lên nhanh, thành phần tần số cao của tín hiệu giao thoa khó để giảm bằng việc sử dụng những bộ lọc phần tử thụ động riêng bởi vì hiệu ứng ký sinh.Trong điều kiện này, thiết bị hoạt động hoặc các thành phần ghép lai đáp ứng với tốc độ của tín hiệu tương thích điện từ tức thời(EMI) là cần thiết Trong phần này ta sẽ cung cấp một phép tính xét đến mối quan hệ lựa chọn và sử dụng các loại cáp, các mối nối, đệm lót, bộ triệt tăng vọt điện, thiết bị cách ly cho việc đạt được tương thích điện từ HVTH: Phạm Hữu Phương 3 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN CHƯƠNG I EMC TRONG CÁP 1.1 Giới thiệu Việc chọn lựa cáp phụ thuộc vào các thông số khác nhau bao gồm chiều dài của cáp, tổn thất chấp nhận được, tần số và công suất ,trường nhiễu và tần số của chúng trong môi trường cáp sẽ được đặt,và khoảng nhiệt độ có thể tiếp xúc với cáp. Trong mạch số, sườn trước của xung lên bị làm méo bởi điện trở cao gây ra bởi hiệu ứng bề mặt ngay cả khi chiều dài của cáp đồng trục nhỏ. Một dây cáp dài,tổn thất do suy hao chèn có thể dẫn đến mất mát tín hiệu. Do sự nhạy cảm của dây nối và cáp dẫn đến tiếp nhận tán xạ, tất cả các dây nối, đặc biệt là những tín hiệu mang mức điện áp thấp và những tín hiệu nhạy cần được che chắn cho toàn bộ băng tần hoạt động. Triệt giao thoa điện từ trong cáp thường được thực hiện bằng cách che chắn và hấp thụ điện áp nhiễu tần số cao(RF) trong chiều dài cáp. Vỏ chắn bện(For braided shields), trở kháng truyền tỉ lệ nghịch với số lượng (một lần, hai lần hoặc ba lần) ở tần số thấp. Tại tần số trên 500kHz, trở kháng truyền sẽ giảm về độ lớn(20db) với sự tăng của số lá chắn bảo vệ. Trở kháng truyền của một cáp bọc xoắn đơn không thay đổi trên các dải tần từ 1kHz đến 100kHz và tăng với tốc độ khoảng 10dB mỗi thấp kỷ trong dải tần số từ 500kHz đến 5MHz Uỷ ban kỹ thuật điên quốc tế(IEC) khuyến nghị giới hạn trở kháng truyền tối đa tại 30MHz và tại 3GHz và hiệu quả tối thiểu cho cáp đồng trục xoắn thể hiện trong bảng : HVTH: Phạm Hữu Phương 4 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN 1.2 Cáp hấp thụ (absorptive cable) Ứng dụng trong các nhà máy tự động và vi tính hóa văn phòng, các loại cáp lọc thông thấp triệt giao thoa điện từ có thể được thiết kế trong đó các tín hiệu nhiễu bị suy giảm, tán xạ và ghép ký sinh giữa các đường cũng nhỏ nhất Ngoài việc che chắn cáp dẫn để bảo vệ chống bức xạ ghép nối,một bộ lọc và giảm nhiễu có thể được trải dài trên toàn bộ chiều dài dây dẫn kết nối bằng cách phủ dây dẫn cáp bằng hợp chất hấp thụ tần số cao như vật liệu đàn hồi trộn với bột lossy ferit để triệt nhiễu truyền tải điện, kết quả này dẫn đến hấp thụ năng lương nhiễu tần số cao rò rỉ khắp chiều dài cáp và dẫn đến cải thiện hiệu suất tương thích điện từ khi so sánh với cáp cấu trúc chuẩn. Hình 1.1 biểu diễn một số dạng của cáp triệt EMI HVTH: Phạm Hữu Phương 5 Bảng 1.1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Hấp thụ năng lượng rò rỉ của RF trong cáp khử EMI là kết quả chính của mất mát từ trong bột ferit,sự suy giảm tăng đều đặn theo tần số và tỉ lệ với chiều dài cáp.Lợi thế chính của cáp hấp thụ RF là năng lượng RF rò rỉ tiêu tan bằng cách chuyển đổi thành nhiệt. Vì vậy dòng rò cao tần không chuyển hướng đến mạch nối đất nơi mà chúng có khả năng tạo ra vòng tiếp đất vì chung trở HVTH: Phạm Hữu Phương 6 Hình 1.1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN kháng đất.Những cáp này do đó được bảo vệ từ cả nhiễu chế độ chung và chế độ vi sai .Hình 1.2 biểu diễn kiểu cáp đồng trục lọc thông thấp hấp thụ tần số cao(RF) và mạch tương đương của nó. Trong đó R là điện trở phân bố không đổi của lớp bọc điện trở , L và C là cuộn cảm phân bố và tụ điện phân bố tương ứng Độ suy giảm α của năng lượng nhiễu cao tần trên cáp được xác định bởi: mdB R L R L LC         +         = 2 22 2 1 2 22 12 686.8 ω ω α HVTH: Phạm Hữu Phương 7 Hình 1.2 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Đường cong độ suy giảm có slope ban đầu tỉ lệ thuận với bình phương tần số và đạt đến điểm dốc tại tần số m f được xác định bởi: L R f m 28.0 = Độ suy giảm lớn nhất được xác định bởi: LCf mm 3.19 ≈ α Tuy nhiên băng thông truyền có ích của cáp lọc thông thấp hấp thụ tần số cao bị giới hạn khi so sánh với cáp sử dụng cấu trúc thường. Giải thông đặc trưng của cáp này từ DC đến khoảng 10MHz, tần số cắt của cáp này tương ứng với độ suy giảm truyền là 3dB/m, giảm theo hệ số 10 so với cáp thông thường không dùng vỏ bọc điện trở,vì vậy việc lựa chọn thiết kế ứng dụng thích hợp phải được thực hiện trong thực tế 1.3 Cáp Ribbon Cáp Ribbon được sử dụng rộng rãi trong những ứng dụng đa kết nối như bus kết nối máy tính hoặc mạch điều khiển với yêu cầu đa đường chi phí thấp. Vị trí và hướng của dây dẫn trong cáp được biểu diễn hình 1.3. Cấu hình thiết kế của dây được chọn để giảm điện thế dòng điện vòng giữa tín hiệu dẫn và nối đất,kết quả này làm giảm kết nối trở kháng chung khi tất cả các đường tín hiệu sử dụng chung nối đất, mỗi dây dẫn nên có một nối đất riêng bên cạnh. HVTH: Phạm Hữu Phương 8 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Tuy nhiên số dây dẫn có thể được giảm bằng cách chọn một dây dẫn như là một điểm chung và dây dẫn còn lại là tín hiệu dẫn khi vấn đề giao thoa điện từ không quá xấu CHƯƠNG II EMC TRONG MỐI NỐI Việc che chắn hiệu quả giữa cáp bảo vệ và vỏ bọc chắn được bảo vệ bằng việc sử dụng cáp kết nối đồng trục được bảo vệ ở cả hai đầu của đầu nối dây cáp ,duy trì một phân bố đều của dòng điện dọc bảo vệ xung quanh chu vi lá chắn và giảm rò rỉ năng lượng từ,điều này cũng loại trừ tia lửa điện tại tiếp giáp khi mạch truyền công suất lớn .Chúng ta cần xem xét một số vấn đề liên quan đến kết nối điện và kết nối để cải thiện EMC 2.1 Hiệu ứng dây nối quang (pigtail effect) HVTH: Phạm Hữu Phương 9 Hình 1.3 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Một kết nối pigtail được biểu diễn trong hình 2-1 được sử dụng để nối dây dẫn ngoài trời của cáp đồng trục với hộp bảo vệ. Những kết nối pigtail gây ra dòng bảo vệ tập trung một bên của lá chắn(shield) do đó làm giảm hiệu quả che chắn Một electrically short pigtail không phát xạ ở tần số thấp,nhưng nó có thể kích thích mạch ngoài trên bề mặt bên của cáp đồng trục làm rò rỉ và tạo ra nhiễu xuyên âm tần số cao. Nếu lá chắn được giới hạn bằng việc sử dụng một pigtail ,sau đó cảm kháng của pigtail có thể cộng hưởng với điện dung giữa tấm chắn và dây đất mà nó kết nối, và điện áp nhiễu xuất hiện trên lá chắn,kết quả là hiệu quả che chắn rất thấp. 2.2 Mối nối bảo vệ (connector Shielding) Việc che chắn hiệu quả nhất thu đươc bằng cách nối một kim loại nặng từ lá chắn cáp đến lá chắn thiết bị.Một ví dụ được biểu diễn hình 2-2: một lá đồng HVTH: Phạm Hữu Phương 10 Hình 2.1 [...]... trở oxit kim loại trong đó chất bán dẫn oxit kim loại được dùng để biểu diễn điện trở phụ thuộc điện áp Khi kết nối giữa đường dây và điểm chung (Hình 4-9) Các thiết bị hiện nay trở kháng rất cao tại mức điện áp hoạt động bình thường,khi điện áp cao tăng vọt xuất hiện trên đường AC và DC, điện áp đầu vào vượt quá điện áp đóng ngắt (điện áp nội bộ) và điện trở giảm nhanh, vì vậy gim điện áp quá độ đến... đặt trong các thiết bị như bộ hiển thị HVTH: Phạm Hữu Phương 19 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN nơi mà các bức xạ nhiễu điện từ vào ra các thiết bị phải đươc giảm thiểu.Lớp phủ trong suốt dẫn điện có điện trở suất bề mặt 14 Ω in 2 và truyền ánh sáng khoảng 70 %trong quang phổ nhìn thấy được.Hiệu quả bọc chắn của cửa sổ là 20-30dB cho từ tại tần số thấp và trường sóng phẳng tần số cao, và 80-90dB cho điện. .. khí (gas discharge tube) có thể điều khiển dòng điện quá độ rất lớn (>10kA) khi ống được nối giữa đường dây và đất như Hình 4-5 HVTH: Phạm Hữu Phương 24 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Hình 4-5 Khi điện áp quá độ giao thoa điện từ (EMI) trong đường dây vượt quá điện áp mồi của ống khí, phóng điện hồ quang xảy ra và khí ion hóa tạo ra một đường trở kháng thấp từ đường dây đến đất để dòng đột biến mạch song... CHIẾN CHƯƠNG IV BIẾN ÁP CÁCH LY VÀ BỘ CÁCH LY QUANG 4.1 Biến áp cách ly (isolation transformers) Máy biến áp được sử dụng để cách ly dòng điện vòng đất Ngoài ra để ghép từ tính giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của một máy biến áp (Hình 4-1(a)),việc ghép giao thoa điện từ giữa hai cổng của máy biến áp thông qua điện dung giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Hình 4-1 Việc ghép điện dung có thể được giảm bằng... single-shield,để ghép điện dung nhỏ nhất người ta sử dụng máy biến áp hình xuyến Hình 4-3 4.2 Bộ cách ly quang (opto-isolators) Vấn đề giao thoa điện từ được giảm đáng kể trong đường dây truyền tải tín hiệu khi bộ cách ly quang được sử dụng cho việc ghép tín hiệu trong cả dạng số và tương tự,sự lan truyền sóng liên kết của tín hiệu quang bị biến điệu thông qua cáp quang không chứa bức xạ, và tín hiệu nhiễu... cung cấp che chắn rò rỉ điện từ cũng như môi trường.Lưới che chắn giao thoa điện từ( EMI) được gấp nếp trong khung nhôm rắn tạo thành một dạng khác của miếng đệm để đảm bảo cố định cho lưới che chắn EMI 3.2 Wire- screen Gaskets (vòng đệm dây lưới) Dây lưới dệt nhôm được nhúng cao su đàn hồi có thể che chắn cả EMI và môi trường và có thể cung cấp hiệu quả che chắn điện trường từ 7 đến 100 dB trên tần... tục điện giữa bề mặt mối nối Đặc tính điện của dây đệm được lựa chọn gần giống với tấm chắn để duy trì một bậc cao của độ dẫn điện tại mặt phân cách và để tránh lỗ hổng không khí hoặc khe hở trở kháng cao Hiệu suất của EMC gaskets phụ thuộc vào hình dạng tiếp giáp ,điện trở tiếp xúc và lực được đặt vào các khớp,chúng là cáp điều khiển rò rỉ điện từ dãy tần số từ vài kHz đến hàng chục GHz.Đặc trưng tính... ngõ vào vì khả năng dòng đỉnh cao của chúng .Trong trạng thái nhiễu phức,mạch ghép lai bao gồm các ống khí,MOVs, và diode thác có thể được dùng để khử đột biến năng lượng cao, đột biến vừa phải và thời gian tăng vọt nhanh Cuối cùng không có kỹ thuật nào duy nhất có thể mang lại giải pháp hoàn toàn thỏa đáng cho việc khắc phục giao thoa điện từ. Thay vào đó nối đất,bọc chắn,kết nối ,lọc cáp và kết nối và. .. pF ) giữa LED và transistor dẫn đến sự cách li tốt giữa ngõ vào và ngõ ra,dòng điện vòng đất cũng bị hở.Bộ cách ly quang là một ý tưởng cho việc kết nối máy tính và điều khiển thiết bị được dùng trong môi trường như ứng dụng công nghiệp, thiết bị bay (máy bay) và bệnh viện 4.3 Thiết bị khử sự đột biến của dòng điện 4.3.1 Gas-tube Surge Suppressors (giảm đột biến trong ống khí) Ống phóng điện khí (gas... những vỏ bọc mối nôi, tiếp xúc cửa và cáp Để có hiệu quả che chắn thì lực nén yêu cầu tại mối nối đệm từ 30 kPa đến 400 kPa phụ thuộc hình dạng của các dải Dải hai lớp của vỏ bọc lưới thép cũng có ích cho đầu nối dây cáp được dùng để ứng dụng che chắn giao thoa điện từ, nối đất và mạch tĩnh điện. Lớp vỏ được bọc thép,lớp ở giữa được tránh đồng và lõi được bọc thiếc như trong Hình 3-1 HVTH: Phạm Hữu Phương . hổ Mối nối phẳng liền trong liên kết và nối đất,hoặc trong kết nối cáp đồng trục và ống dẫn sóng, dạng tiếp giáp không tuyến tính phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn của chúng và ảnh hưởng của sự. TRONG CÁP 1.1 Giới thiệu Việc chọn lựa cáp phụ thuộc vào các thông số khác nhau bao gồm chiều dài của cáp, tổn thất chấp nhận được, tần số và công suất ,trường nhiễu và tần số của chúng trong. TẤN CHIẾN Trong thực tế,ngoài việc sử dụng nối đất đúng, bọc chắn,mối nối liên kết, và lọc ,tương thích điện từ trong hệ thống điện và mạch điện tử đạt được bằng việc sử dụng một vài thiết