飞机电气线路互联系统（EWIS） EMC之传导耦合分析

飞机电气线路互联系统（EWIS） EMC是一个复杂的问题。从飞机EMC的研究范畴而言，EMC的研究对象包括电磁干扰（EMI），静电防护（ESD），雷击防护（lightningprotection），高强度辐射场（HIRF），每个研究对象都被认为与EWIS有关，且EWIS专业作为飞机设计单位的公共专业，其需求相关方几乎涉及全部飞机专业，EWIS EMC问题需要EWIS专业、E3专业、系统专业、结构专业、总体专业的充分协调，专业界面划分、设计源一致性显得尤为重要。

仅从EWIS 电磁干扰（EMI）角度分析，就需要从EWIS电源（信号）类型（电压、电流、频率、工作时间等）、耦合方式、耦合机理、电（磁）屏蔽体设计、接地与搭接设计、滤波技术等方面加以考虑。

 EWIS电磁干扰根据传播途径的不同，可以分为传导耦合和辐射耦合，本文只进行EWIS EMI中的传导耦合分析。

传导耦合可分为电阻性耦合、电容性耦合、电感性耦合。

1 电阻性耦合

电阻性耦合干扰的产生，至少存在两个相互耦合的电流回路，其电流全部或部分在公共阻抗中流过。

简化的电阻性耦合模型电路

显然，当公共阻抗Zk无穷大时，信号源U01与干扰源U02直接耦合，当Zk接近于0时，及时信号电路与干扰电路相接触，但可以认为互相产生的耦合干扰为0.很容易理解，这种情况的典型实例是飞机公共接地阻抗耦合与公共电源阻抗耦合。

公共接地阻抗耦合等效电路

公共电源阻抗耦合

两种情况下，电路2中电流的任何变化，都会在公共阻抗中产生压降，导致电路1中负载端电压产生变化。尽量减少公共阻抗和避免公用电源，是有效解决EWIS EMI电阻耦合的有效方法。

因此不难理解，在FAR（CAAR）25.1707 系统分离章节中，有如下规定：

与独立飞机电源或几个电源组合连接相关的每个EWIS设计和安装必须确保足够的物理分离和电气隔离，使得任何一个飞机电源EWIS的故障不会对任何其他独立电源产生负面影响。此外：

（1） 飞机独立电源之间不得公用接地端；

（2） 飞机系统的静电接地不得与任何飞机独立电源公用接地端。

此外，尽量避免不同类型的接地（模拟地、数字地、电源地、屏蔽地）公用接地端子。

2 电容性耦合

电容性耦合又称电场耦合，是由两点路之间电场相互作用而产生的。对EWIS信号传递的影响因素为电路间的杂散电容。

电容性耦合等效模型

设定电路1为干扰电路，电路2为被干扰电路，U1视为干扰电压，U_N视为耦合电压，C均为分布电容。不难画出等效电路如图：

经过计算可得：U_N≈jwRC₁₂U_1。（适用于大多数情况，R较小时），可以很清楚的看出，两个导体间产生的干扰电压直接正比于干扰源频率，线缆间分布电容，负载电阻R以及干扰源电源U1。

那么不难理解，为了减少EWIS 电容性耦合干扰，应该做的工作是：

1）增加隔离距离，合理选择EWIS布线位置；

2）采用线缆屏蔽的方式，尽可能减小C₁₂

关于屏蔽有效性、屏蔽长度、与屏蔽接地形式的分析比较复杂，后续文章会介绍。

3 电感性耦合

电感性耦合又称磁耦合，它是由两电路之间磁场相互作用而引起的。一个电路电流变化，其周围磁场也发生变化，磁场中另一电路中出现感应电动势，这样一个电路中的信号就耦合到另一个电路中了。

因此不难理解，电流电压剧变即di/dt或du/dt大的线缆或设备就是干扰源，例如继电器开合、电容充电、电机运转、集成电路开关工作等。

EWIS电感耦合等效模型与等效电路

根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度B在面积为S的闭合回路中产生的感应电压为：

若电流I₁为正弦电流，则UN=jwBS cos⍬，为矢量B与S的夹角，BS cos⍬为穿过敏感电路的磁通量。

因此，不难看出，为了减少EWIS电感耦合电压，可以减小干扰场强B，或者敏感电路所包围的面积或者cos⍬。实际工程应用中，B值往往不受控，因此，可解释为何要求线束尽量靠近结构敷设安装，但考虑结构的摩擦、震动等因素，一般要求线束距离结构10mm作为安全隔离距离。

 

 王哲

北京航空航天大学双学士

EWIS工程师