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电动汽车屏蔽电缆屏蔽效能测试方法的研究
2020-07-03 23:03:32· 来源：上海电器设备检测所
摘要屏蔽电缆的屏蔽效果对于汽车的汽车内的电磁环境起着至关重要的作用。在本文中，使用不同的方法来测量高压屏蔽电缆的屏蔽效能。通过比较不同方法的结果，可以
摘要
屏蔽电缆的屏蔽效果对于汽车的汽车内的电磁环境起着至关重要的作用。在本文中，使用不同的方法来测量高压屏蔽电缆的屏蔽效能。通过比较不同方法的结果，可以得到不同测试方法的特点。研究表明，不同方法对结果的影响主要与所关注的频率密切相关。
01 引言
随着电动汽车的发展，使用了大量的电气电子器件，这使得车内的电磁环境越来越复杂。使用屏蔽电缆可以减少器件的射频电磁发射，并且提高相关器件的电磁抗干扰能力。对于高压器件，如动力电池，电机控制器以及车载充电机，会用到屏蔽电缆进行连接。除此之外，随着电动汽车智能网联化的发展，越来越多的高速数字系统被应用于汽车上，高速数字系统的传输线也使用屏蔽线束。
汽车屏蔽线束屏蔽效能的测试方法包括线注入法和三轴法。通常根据电缆的电气长度来定义屏蔽效能，表面转移阻抗反映了电短时的屏蔽效能，屏蔽衰减表示电长时的屏蔽效能。
使用线注入法时，可以将注入线附着在被测电缆表面的不同位置，如果电缆的屏蔽层均匀，则在不同位置的测试结果应具有一致性。线注入法可以在远端和近端进行测试，也可以使用匹配电路。除了线注入法以外，三同轴法也可以用作屏蔽效能测试。当使用三同轴法时，可以使用匹配电路，阻尼电阻或终端匹配电阻。这些因素都可能会对试验结果产生影响，在本文中，使用30mm2高压屏蔽电缆来分析这些因素的影响。
02 表面转移阻抗
A．线注入法
根据IEC62153-4-6采用线路注入方法测试。被测电缆的特性阻抗为12Ω，耦合长度Lc为0.5m，因此截止的上限频率为
式中，εr2表示电缆的电介质的介电常数，εr1表示注入线的电介质的介电常数。加号和减号分别对应于近端测试和远端测试。测试样件的近端截止频率约为100MHz，远端的截止频率约为300MHz。
测试的布置图如图1所示，四个不同位置注入时的测试结果如图2所示。可以看出，该电缆的屏蔽层的均匀性较好。
图1.测试布置图
图2.四个位置测试结果
当使用近端和远端进行测试时候，得到的测试结果如图3所示，从图中可以看出来，在低频段小于30MHz时，测试曲线基本重合，高频段出现差异。在低频时，该电路为集总元件电路，因此近端和远端方法之间没有区别。然而，在30MHz以上时，需要考虑波传播过程，近端和远端传播距离不同使得注入信号衰减不同，因此造成了测试结果上的差异。
图3.远端和近端测试结果比对
图4.匹配电路对于结果的影响
当使用匹配电路进行测试时候，得到的测试结果如图4所示，从图中可以看出，带有匹配电路的测试值与没有匹配电路的测试结果相比高一些。随着频率的增加，差异变得越来越明显。这是因为在高频下，需要考虑波传播过程，在没有匹配电路的情况下，更多的能量被反射掉，因此测得的值相对较低。
B．三同轴法
根据IEC62153-4-3：2013，屏蔽电缆也可以通过三同轴方法进行测量。当样本长度为0.5m时，上限频率约为50MHz。
图5.测试布置图
图6. ABC方法对比
方法A使用匹配电路和阻尼电阻，以及终端电阻，方法B使用终端电阻，方法C中未加电阻。图6表明，在低频时，三个曲线重合，高频的值有差异。在高频下，方法C具有比方法B大的值，这是因为缺少终端电阻，在端接点处的能量损耗较小意味着有更多能量进入网络分析仪的端口2。方法A的问题在于，使用不同的电阻会导致电路中出现谐振，因此会有更多能领进入端口2。
03 屏蔽衰减
屏蔽衰减是对电长电缆来定义的，根据IEC62153-4-4：2015下限截止频率为
式中，εr1代表电缆的电介质的介电常数，εr2代表次级电路的介电常数。0.5m长电缆的截止频率约为600MHz。
图7. 屏蔽衰减
根据IEC62153-4-4：2015的三同轴方法对屏蔽衰减进行测试。屏蔽衰减值在-70dB附近波动，并且没有随频率变化的趋势。屏蔽层的编织足够紧密，并用铝箔可以使得在高达3GHz的频率下，仍然具有良好的屏蔽效果。
04 结论
从以上数据可以得出结论，对于0.5m样品，不同的测试方法在低于30MHz的频率下没有区别，因为在该频率范围整个测试电路为集总参数电路。尽管通常认为在频率高于30MHz且低于截止频率的测试电路在电气上仍然考虑为集总参数电路，但该研究表明波传播的影响却不能忽略。波传播过程解释了不同因素在高频段对于测试结果的影响。
屏蔽电缆的屏蔽效果对于汽车的汽车内的电磁环境起着至关重要的作用。在本文中，使用不同的方法来测量高压屏蔽电缆的屏蔽效能。通过比较不同方法的结果，可以得到不同测试方法的特点。研究表明，不同方法对结果的影响主要与所关注的频率密切相关。
01 引言
随着电动汽车的发展，使用了大量的电气电子器件，这使得车内的电磁环境越来越复杂。使用屏蔽电缆可以减少器件的射频电磁发射，并且提高相关器件的电磁抗干扰能力。对于高压器件，如动力电池，电机控制器以及车载充电机，会用到屏蔽电缆进行连接。除此之外，随着电动汽车智能网联化的发展，越来越多的高速数字系统被应用于汽车上，高速数字系统的传输线也使用屏蔽线束。
汽车屏蔽线束屏蔽效能的测试方法包括线注入法和三轴法。通常根据电缆的电气长度来定义屏蔽效能，表面转移阻抗反映了电短时的屏蔽效能，屏蔽衰减表示电长时的屏蔽效能。
使用线注入法时，可以将注入线附着在被测电缆表面的不同位置，如果电缆的屏蔽层均匀，则在不同位置的测试结果应具有一致性。线注入法可以在远端和近端进行测试，也可以使用匹配电路。除了线注入法以外，三同轴法也可以用作屏蔽效能测试。当使用三同轴法时，可以使用匹配电路，阻尼电阻或终端匹配电阻。这些因素都可能会对试验结果产生影响，在本文中，使用30mm2高压屏蔽电缆来分析这些因素的影响。
02 表面转移阻抗
A．线注入法
根据IEC62153-4-6采用线路注入方法测试。被测电缆的特性阻抗为12Ω，耦合长度Lc为0.5m，因此截止的上限频率为
式中，εr2表示电缆的电介质的介电常数，εr1表示注入线的电介质的介电常数。加号和减号分别对应于近端测试和远端测试。测试样件的近端截止频率约为100MHz，远端的截止频率约为300MHz。
测试的布置图如图1所示，四个不同位置注入时的测试结果如图2所示。可以看出，该电缆的屏蔽层的均匀性较好。
图1.测试布置图
图2.四个位置测试结果
当使用近端和远端进行测试时候，得到的测试结果如图3所示，从图中可以看出来，在低频段小于30MHz时，测试曲线基本重合，高频段出现差异。在低频时，该电路为集总元件电路，因此近端和远端方法之间没有区别。然而，在30MHz以上时，需要考虑波传播过程，近端和远端传播距离不同使得注入信号衰减不同，因此造成了测试结果上的差异。
图3.远端和近端测试结果比对
图4.匹配电路对于结果的影响
当使用匹配电路进行测试时候，得到的测试结果如图4所示，从图中可以看出，带有匹配电路的测试值与没有匹配电路的测试结果相比高一些。随着频率的增加，差异变得越来越明显。这是因为在高频下，需要考虑波传播过程，在没有匹配电路的情况下，更多的能量被反射掉，因此测得的值相对较低。
B．三同轴法
根据IEC62153-4-3：2013，屏蔽电缆也可以通过三同轴方法进行测量。当样本长度为0.5m时，上限频率约为50MHz。
图5.测试布置图
图6. ABC方法对比
方法A使用匹配电路和阻尼电阻，以及终端电阻，方法B使用终端电阻，方法C中未加电阻。图6表明，在低频时，三个曲线重合，高频的值有差异。在高频下，方法C具有比方法B大的值，这是因为缺少终端电阻，在端接点处的能量损耗较小意味着有更多能量进入网络分析仪的端口2。方法A的问题在于，使用不同的电阻会导致电路中出现谐振，因此会有更多能领进入端口2。
03 屏蔽衰减
屏蔽衰减是对电长电缆来定义的，根据IEC62153-4-4：2015下限截止频率为
式中，εr1代表电缆的电介质的介电常数，εr2代表次级电路的介电常数。0.5m长电缆的截止频率约为600MHz。
图7. 屏蔽衰减
根据IEC62153-4-4：2015的三同轴方法对屏蔽衰减进行测试。屏蔽衰减值在-70dB附近波动，并且没有随频率变化的趋势。屏蔽层的编织足够紧密，并用铝箔可以使得在高达3GHz的频率下，仍然具有良好的屏蔽效果。
04 结论
从以上数据可以得出结论，对于0.5m样品，不同的测试方法在低于30MHz的频率下没有区别，因为在该频率范围整个测试电路为集总参数电路。尽管通常认为在频率高于30MHz且低于截止频率的测试电路在电气上仍然考虑为集总参数电路，但该研究表明波传播的影响却不能忽略。波传播过程解释了不同因素在高频段对于测试结果的影响。
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