电磁兼容第3章接地江滨浩(重新上传完整版).ppt

第三章 接地技术,概述 安全接地 地环路问题与解决方法 公共阻抗耦合问题 各种接地方法,概 述,接地的概念： 一般指为了使电路、设备或系统与“地”之间建立通路，而将电路、设备或系统连接到一个作为参考电位点或参考电位面的良导体的技术行为 接地的分类: 安全接地 信号接地 接地的要求 : 理想的接地应使流经地线的各个电路、设备的电流互不影响。 理想的接地导体(导线或导电平面)应是零阻抗的实体，即各接地点之间没有电位差。,安 全 地,220V,0V,+,+,+,+,+,关键词： 安全，漏电保护，雷击电流，泄放路径，泄放电荷,接零保护接地,人体电阻: 10- 1.5k欧， 人体的安全电流值: 交流为 15-20mA ，直流电流为 40mA 持续时间在 1s以上, 安全电压为 36V,PH,N,Relativement frquent,Trs rare,Terre,contact indirect,信 号 接 地,传统定义： 地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提供一个电位基准（假设零阻抗的理想）。 真实情况 地线为信号流回源的路径（少刻意画出） 地线阻抗不为零，电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降 接地体(导线或导电平面) 各接地点之间有电位差 信号回路阻抗不为零,地线引发干扰问题的原因,V = I R,地线电压,地线是等电位的假设不成立,电流走最小阻抗路径,难以确定地 电流的确切 路径,地电流失去控制,较大的信号 回路面积,较强的电磁辐射 电路间的互感耦 增加对外的敏感度,1,2,3,接地体(平面）地线电位示意图,原因：信号（地线电流）频率高，感抗大，容抗小 设计方案：分割相对稳定的电位区域,信 号 接 地,新定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径,强调： 流回路径，低阻抗,导线的阻抗,导线的阻抗电阻内电感,Z = RAC + jLin,内电感 直流电阻, = 1 / ( f r r)1/2,d,深度,0.37I,I,趋肤效应,圆柱导线的阻抗,高频时，导线的直径作用减小,随频率增加，导线电阻增大,半径变小，电阻增大,金属条与导线的阻抗比较,l / W,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,金属条阻抗/圆导线阻抗,同周长的金属条阻抗和圆导线阻抗的比较,回路的阻抗,回路的阻抗电阻回路的感抗,回路的面积大，回路的电感值大，高频时，回路的感抗高,回路感抗均正比于频率,导线电阻=,地线问题1地环路干扰,IG,VG,VN,地环路,I1,I2,当 时，产生噪声电压 。 共模电流 干扰,干扰源电压,地环路干扰形成的原因,高,1. 接地点电位不同,2. 处在强交变电磁场中感应电压 V,低,地环路干扰形成的原因,地线电压强电流线（地）阻抗）,干扰电流,解决地环路干扰的方法,在地线上干扰电流确定时（情况3），应减小地线阻抗，从而减小干扰电压 在地线上干扰电压确定时（情况2）， ，增加地环路的阻抗，从而减小地环路共模电流 单点接地消除了地环路 更实用的方法： 隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法 思考题：当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失，往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：“当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联线断开，就可以解决问题” ？,隔离变压器,VG,1,2,屏蔽,CP,VG,VS,VN,RL,方向相同的共模电流在变压器初级绕组中互相抵消，变压器 起到了隔离作用 。 为了防止地回路电压通过电绕组之间的分布电容耦合加至负 载，造成干扰，电屏蔽层应接至负载的接地端。 隔离变压器不能传输直流和频率很低的信号，体积大，成本高,光隔离器（光电耦合器）,光耦器件,发光二极管中有差模信号电流通过时就输出与信号电流强度相对应 的光通量，光敏晶体管根据光通量的大小转换成相应的电流。光电 耦合器不能传输共模信号，可完全切断了两个电路之间的地环路。 寄生电容为 2pf量级，因此能够在很高的频率起到隔离作用。 光纤连接需要较大的功率和器件，安装和维护复杂，光线形态和动 态范围达不到模拟信号的要求，多应用于数字电路。,共模扼流圈的作用,流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差摸电流可以无衰减地通过。,（差摸电流）,（共摸电流）,共模扼流圈的作用,Vs,R1,R1,RL,L,VG,IN1,IN2,IS,VS + VN,VN / VG,M,由VG引起的干扰电压VN,尽量减小 R1 和增大 L（磁导率）。,R1和,平衡电路对地环路干扰的抑制,平衡电路： Rs1= Rs2，RL1 = RL2，VS1 = Vs2 VL = IS（RL1 + RL2 ），地环路噪声 Vg 在负 载上没有造成影 响，仅有信号电流 IS（差分电流） 流过负载。 高频平衡电路难以实现，通常抑制效果较差。,地线问题2公共阻抗耦合,当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时， 就发生了公共阻抗耦合。,公共阻抗耦合实例,Vg,改进1,改进2,说明：放大器（或类似电路）的实质是用小信号来对直流电 源调制，得到功率较大的信号。因此，共用直流电源的路径上 的公共阻抗都会造成耦合干扰。,放大器,功率放大器,Vg,接地方式种类,串联单点接地,优点：简单 缺点：公共阻抗耦合,单点并联接地,各电路的地电位只与本电路的地电流及地线阻抗 有关, 不受其他电路的影响。 优点：无公共阻抗耦合， 缺点：接地线过多，长度为(波长4)的奇数倍，为辐射天线,适用于低频电路,多点接地,R1,R2,R3,L1,L2,L3,电路1,电路2,电路3,优点：无公共阻抗耦合，地线较短地线较短， 适合于高频情况 缺点：地环环路干扰,混合接地,Vs,地电流,Rs,低频时，电容的阻抗较大，放电路为单点接地方式，在高频时，电容阻抗较低， 电路成为两点接地方式.,接地选择原则： 对低频（小于1MHz）和公共地面小的情况（小于波长的 20 分之一），用单点接地。 对高频（大于10MHz）和公共地面大的情况（大于波长 的20分之一），用多点接地。 介于上述两种情况，用混合接地.,悬浮接地,信号接地系统与安全接地系统分开； 各电路的接地面互相隔离而无公共的接地干扰。,串联单点、并联单点混合接地,折衷的方法：按照特性分组，将相互之间不易发生干扰的电路放在同一组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。,例：线路板上的地线,在设计线路板时，要将模拟地