地概念总结(接地与浮地技术).doc

地概念总结(接地与浮地技术)“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种，容易混淆,故总结一下“地”的概念。 “接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。 一： 信号“地”又称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共端。 (1) 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。 (2) 交流地：交流电的零线。应与地线区别开。 (3) 功率地：大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。 (4) 模拟地：放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。 (5) 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。 (6) “热地”：开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，即所谓的“热地”，它是带电的 。 (7) “冷地”：由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。 信号接地 设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。 有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。（这里主要介绍浮地） 单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。 多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）。在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路，常采用多点接地。 浮地，即该电路的地与大地无导体连接。虚地:没有接地，却和地等电位的点。 其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。 1：浮地技术的应用 a交流电源地与直流电源地分开 一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。 b 放大器的浮地技术 对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常。因此，采用放大器的浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高放大器的电磁兼容能力。 c 浮地技术的注意事项 1）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。 2）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。 3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。 4）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。 2：混合接地 混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。 二：设备接大地 在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是： 1）保护地，保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电气连接。为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳，另一端与大地作可靠连接。 2）防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。 3）屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。 此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。在实际电气控制系统中,接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要方法。在设计和施工安装中如能把接地和屏蔽正确地结合起来使用，可以抑制来自工业现场的大部分干扰，也有利于提高控制系统运行的可靠性。1 正确的接地方法接地设计有两个基本目的：消除各电路电流流经公共地线阻抗时所产生的噪声电压和避免磁场与电位差的影响，使其不形成地环路。如果接地方式不好就会形成环路，造成噪声耦合。正确接地是重要而又复杂的问题，理想的情况是一个系统的所有接地点与大地之间阻抗为零，但这是不可能做到的。实际接地中总存在着连接阻抗和分散电容，所以如果地线不佳或接地点不当，都会影响接地质量。为保证接地质量，一般接地过程中要求如下：（1）接地电阻在要求的范围内。对于由PLC组成的控制系统一般应小于4。（2）接地系统要保证有足够的机械强度。（3）接地系统要经防腐处理，能耐腐蚀。（4）在整个工厂中，控制系统要单独设计接地。在上述要求中，后3条只要按规定设计、施工就可满足要求。关键是第1条的接地电阻。降低电阻的主要方法是增加接地棒数量并同时设法降低地面的固有电阻。在埋设接地棒的施工中，如果将土、水和盐按1：0.2：(0.20.1)的比例混合埋在接地棒周围，则可降低接地电阻约1/10。另外，尽量减少接地导线长度以降低接地线的阻抗。2 各种不同接地的处理除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。控制系统中，大致有以下几种地线：（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。（3）信号地：通常为传感器的地。（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。（5）直流地：直流供电电源的地。（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就接地问题提出一些看法：（1）控制系统宜采用一点接地。一般情况下,高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下,可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在110MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。（2）交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。（3）浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50M。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。（4）模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。（5）屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地；电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一