地线对EMC的影响

接地对EMC的影响很多人认为电路中的接地和接地电路不带电，但实际上这种想法是错误的。 一般的直流电路和低频电路中，不考虑电磁感应时，电路中的接地和接地电路不带电，但存在电磁感应的电路中，电路中的接地和接地电路不带电的话，请不要容易考虑。举个简单的例子，谁相信几十万伏特的高压输电线的中间没有带电呢？ 但是，实际上，由于电场的相互作用，导体中的电荷分布主要集中在导体的外表面，但导体的中心电荷几乎为零，因此带电导体的中心不带电。 这个原理可以通过在带电的中空金属球的中心使用验电器进行测试来证明，也可以证明在带电的中空金属球的中心电场强度确实为零，在带电的导体的中心电场强度为零，即不带电。在具有电磁感应的电路中，无论电路闭合还是开路，在与电场方向一致的导体上都会产生位移电流，无论是导体还是绝导体经极化带电的过程可参考图12的天线经极化的过程。 另外，磁感应在导体和电路中产生感应电动势，使导体和电路带电。被充电的电容器，其两个电极为带电体，一个带正电，另一个带负电，真正不带电的地方处于电容器的中间，同样，被感应的变压器的二次线圈，其两个输出端口也带电，但真的不带电严格地说，可以说只有电位为零的物体不带电，或者电位不为零的物体应该称为带电体。 但是，由此，由于实际上接触许多具体电路的只能用等效电路来表现，所以有时问题过于复杂也不好，但如果过于简单，有时会隐藏实质问题。小鸟如果站在电视广播天线的正中间，就不会有触电的危险，但如果站在电视广播天线的一侧，就有可能马上触电。 这表示发射天线中间不带电，而发射天线的两端是带电的。 但是，为什么小鸟站在几十万伏特的高压线上不触电，站在只有几十伏特的电压的发送天线的一端上会触电呢？这是电磁感应的性质，微波炉是根据电磁感应的原理制作的。小鸟站在高压线上没有触电，是因为小鸟的容量很小，所以即使几十万伏特的高压充电放电，电流也很小(i=Cdv/dt )。 小鸟站在发送天线的一端是因为发送天线的电压信号的频率高，电容器充放电的电流大，所以小鸟容易触电。由此可知，连接多个非真零电位的电路和带电体时，接点上会流过电流。 例如，三相变压器的中线一般接地，三相电源的负载不平衡时，在接地点产生电流，另外，将变压器的次级线圈的一端接地，在接地端也产生电流，电流的大小与变压器的次级线圈的电容有关，与工作频率也与输出电压有关。进行电路设计时，连接和处理地线要慎重。 如果不这样做，就会产生严重的接地噪声。 这里再次指出的是，一般电路中的地不是大地，其电位不为零，只不过是公共连接线。 与大地不连接时，不应该认为接地线。 理想的地线电位哪里都为零，即理想的地线没有电流流过，如果导体有电流流过，我们应该不能把它当作地线。然后以图18为例，分析了接地线对EMC的影响。 图18 q 1是开关电源，T1是开关变压器，D1是整流二极管，C1、C2、C3是平滑电容器，A1是功率放大器，S1是功率放大器输入信号，R1是功率放大器输出负载，G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8是各dee首先，G1、G1是开关电源变压器的二次接地，该G1接地的电位不为零，变压器二次的真的0电位是变压器二次线圈的中心抽头，如果变压器二次线圈的两个端子不成为环路，那么，当相当于振子天线的G1与大地接触时， 即使变压器次级线圈的另一端不与其他电路连接，G1也产生地电流，变压器次级线圈的热端电位上升两倍，其工作原理与广播站的中波辐射天线的工作原理很相似。变压器的输出电压是由二极管D1整流脉动直流，脉动直流包含非常丰富的高次谐波，不能直接给功率放大器供电，所以必须通过储藏滤波器把脉动直流变成波动小的直流，然后再给功率放大器供电。图18中的c-1是积蓄滤波器电容，具有积蓄从开关电源输出的脉冲电力，并供给稳定的电力和电压输出的功能。 电容器C1被充电的情况相当于电力积蓄，被放电的情况相当于电力输出。 由于C1的充放电电流特别大，如果电路处理不适当，充电放电电路产生的电磁干扰就变得非常严重。 根据式(12 )、(13 )、(14 )、(15 )、(16 )可知，产生感应电动势的大小与电流的变化率成比例，与产生感应磁通的电路的面积成比例，与互感的大小成比例也就是说e=Ldi/dt (12 )e=d /dt (13 )e=SdB/dt (14 )i=Cdv/dt (15 )e=Mdi/dt (16 )图19是开关电源的整流输出电压及电源平滑电容器的脉动电压和脉动电流波形。 图19中的红线表示电容器充电时的电压电流变化曲线，蓝色线表示电容器放电时的电压电流变化曲线。 这里，Ui表示整流输出电压，Uo表示滤波后的输出电压，uc表示滤波电容器的脉动电压，ic表示滤波电容器的脉动电流。从图19可以看出，电源滤波电路同时存在两种非常严重的电磁辐射，一种是变压器输出电压方波产生的高频电场辐射，另一种是电源滤波电路电容器的充放电电流产生的高频磁场辐射，综合来说是电磁辐射。为了减少电磁辐射，比较简便有效的方法是减少电磁辐射的面积，或者减少电压和电流的上升率，减少电压上升率，电源开关管的损失增加，减少电流上升率，这可以在电容器充放电电路上串联连接小的电感，但是串联电感是新的为了减少电磁辐射的有效辐射面积，整流二极管D1、电源平滑电容器C1必须接近开关电源变压器的二次侧，电源平滑电容器C1的接地G2必须接近变压器的二次侧的接地G1而连接，即，必须在PCB基板上接地变压器的输出电压用C1电容器进行滤波的话，脉动电压的成分和高次谐波部分大幅度减少，在这种情况下，G1和G2与大地连接，流过大地的高次谐波电流也大幅度减少。看看别的地方吧。 G7是功率放大器A1的输出地，G7也是功率放大器A1电源的负极。 我们可将功率放大器A1视为软开关，功率放大器的输出级通常包括两个推挽管，其中两个放大管在输入信号的控制下前后导通，不断地向负载R1供给功率输出，向电源请求能量的电流。 因为流过功率放大器A1或负载R1的电流是波动电流，所以功率放大器的电源输入电路和功率输出电路也在外部产生强电磁辐射，为了减少电磁辐射，请尽量缩小电源输入电路和功率输出电路的面积。在功率放大器a-1的馈电电路中，减少电磁辐射面积的最佳方式是将电源直接连接到功率放大器的电源输入端子的两端。 由于充电的电容可被视为电源，所以C2、C3可被视为向功率放大器供电的电源，因此C2、C3必须尽可能靠近向功率放大器供电的输入端，并贴近电源输入的两端。 C3是高频电容，能在短时间内输出大电流，即高频响应好，而且体积小于C2，靠近功率放大器的电源输入端更方便，有利于减少电磁辐射。 因此，G4应该优先连接到G7，然后希望在存储电容C2的接地G3处，G7、G4、G3这三个接地能连接到一个点上，即，最后G7连接到G8，而不在它们之间插入其他接地。 C2是大容量的存储电容，但是无法瞬间供给大电流，因此需要并联连接高频电容C3。G5是信号源的地方，G6是功率放大器输入信号的地方，当然应该连接两者。 功率放大器的输入信号的电路在其他电流电路中容易产生电磁感应噪声，所以输入信号电路的面积也尽可能缩小，输入信号的输入接地线和信号输入线尽可能接近，并且平行地走，电磁感应在各信号线中产生的噪声信号对放大器来说成为共模信号，可以抵消。 当G5和G6没有稍微接地时，在G5和G6之间产生的电位差成为放大器的输入信号的一部分。 即，干扰信号通过接地线与输入信号发生串扰，损害放大器的正常动作，在严重的情况下放大器自激。图20是经过接地最优化后的电路图，经过接地最优化后，图19中的8个接地点现在减少了5个，变成了3个。 并且，无论这3个接地点之间如何连接，所连接的导线(接地线)都不会产生大的脉动电流，也不会相互产生信号噪声，即使将任一接地点与大地连接，也不会产生大的脉动电流。 因此，经过接地优化，不仅可以降低设备各部分电路之间经由接地线产生的各种信号相互干扰，还可以降低本设备对其他设备的干扰。结语最后，抑制电磁辐射噪声的最有效方式是屏蔽电磁场，用导体屏蔽两个带电体之间的电力线，或者用高导磁率的磁性材料屏蔽产生干扰磁场的物体。 但是，电场屏蔽使用的导体如果不良好地接地，则无效。 如果电场屏蔽件的导体不能良好地接地，则电场屏蔽件的导体不仅不能作为屏蔽件起作用，而且对电场放射噪声发挥继电器的效果，电场也通过感应使屏蔽件带电。