电磁兼容4 接地

1、接地技术本章主要内容 概述概述 安全接地安全接地 地环路问题与解决方法地环路问题与解决方法 公共阻抗耦合问题公共阻抗耦合问题 各种接地方法各种接地方法 搭接技术搭接技术概述所谓“地”，一般定义为电路或系统的零电位参考点。概述概述概述小结理想的等电位接地面是不存在的。良好的接地：应该尽量避免形成不必要的地回路；尽量减轻由于多个电路共用接地阻抗而产生的干扰电压。安全接地安全接地是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，避免因设备外壳漏电或静电放电而发生触电危险。也包括建筑物、高压电力设备的接地，目的是防止雷电放电造成设施破坏和人身伤亡。设备安全接地设备安全接地是安全接地的一种，任何高压电气设

2、备、电子设备的机壳、底座需要安全接地，以避免高电压直接接触设备外壳或由于设备内部绝缘损坏造成漏电打火使机壳带电。NON !DisjoncteurTERREClacOUI !Disjoncteurdiffrentiel机壳通过杂散阻抗（也称漏电阻）带电，或因绝缘击穿而带电，如图。U1为电子设备中电路的电压，Z1为电路与机壳间的杂散阻抗，Z2为机壳与地间的杂散阻抗，U2为机壳与地之间的电压。 即：当机壳与地绝缘，即Z2Z1时，则U2 U1。如果U1足够大，人触机壳就会有危险。设备安全接地12122UZZZU设备安全接地图中显示了带有保险丝的交流电力线引入封闭机壳内的情况。如果电力线触及机壳，机壳提

3、供保险丝能承受的电流至机壳外。若人员触及机壳，电力线的电流将直接经人体进入地端。若接地，则当发生绝缘崩溃或电力线触及机壳时，保险丝烧掉，机壳将不带电。设备安全接地人体的电阻？ 10- 1.5k欧欧干燥无破损 40-100k 出汗潮湿 1000 人体的安全电压？干燥环境36V（24V以上必须采取保护措施）潮湿环境12V人体安全电流？30mA交流为交流为 15-20mA ，直流电流为，直流电流为 40mA持续时间在持续时间在 1s以上以上人体对电流的反映: 810mA 手摆脱电极已感到困难,有剧痛感(手指关节). 2025mA 手迅速麻痹,不能自动摆脱电极,呼吸困难. 5080mA 呼吸困难,心房

4、开始震颤. 90100mA 呼吸麻痹,三秒钟后心脏开始麻痹,停止跳动.接零保护接地所谓接零保护，就是用电设备通常采用220V（单向三线制）或者380V（双相四线制）电源提供电力，设备的金属外壳除了正常接地之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保护。只有发生故障，即绝缘被击穿时，安全地线上才会有电流，但该电流是瞬时的，因为保险丝在发生故障时会立即切断电路。保护接零通常用在采用380/220伏三相四线制,变压器中性点直接接地的系统中.防雷接地防雷接地是将建筑物等设施和用电设备的外壳与大地连接，将雷电电流引入大地，以避免影响设备正常工作。防雷接地系统是一个单独的系统，又避雷针、下导体和与接地系统相连

5、的接头组成。信 号 接 地n 新定义新定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径信号电流流回信号源的低阻抗路径强调强调： 流回路径，低阻抗流回路径，低阻抗分为单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地。信 号 接 地单点接地单点接地可以有效地避免形成地回路干扰在低频系统中被广泛采用分成串联单点接地和并联接地两种方式（a）串联单点接地 （b）并联接地信 号 接 地串联单点接地是用一公共接地线接到电位基准点，需要接地的部分就近接到该公共接地线上这种接地方式较简单，各个电路的接地引线比较短，其电阻相对较小但因各单元共用一条线，易引起公共地阻抗干扰。从抑制干扰的角度看，串联式单点接地是性能最差的接地方式。在具体

6、实施中，要把低电平电路放置在最靠近接地点G的地方。的地方。此处电路最接近于基准电位，该电路接地线也最短，使受干扰的可能性尽量减小。信 号 接 地并联单点接地是将需要接地的各部分分别以独立接地导线直接连到电位基准点（一般是直流电源的负极或零伏点） 。各电路的地电位只与本电路的地电流及地阻抗有关，不受其它电路的影响。这种接地方式在低频时能有效地避免公共地阻抗干扰。其缺点是接地线既多且长，会导致设备体积增大。信 号 接 地并联单点接地在高频时，这种接地方式会造成各地线相互间的耦合，且随着频率升高而增强，相邻地线间的电感性耦合和电容性耦合都会增强，易造成各单元间的相互干扰。较短一段地线也有较大的阻抗由

7、于分布电容的作用，可能会产生谐振效应实际上也很难实现“单点接地单点接地”当地线的长度接近于波长的1/4时，时，地线不仅起不到接地地线不仅起不到接地作用，而且将会有很强的天线效应向外辐射干扰因此一般要求地线的长度不大于信号波长的1/20。信 号 接 地单点接地总结串联单点接地串联单点接地容易产生公共地阻抗耦合的问题容易产生公共地阻抗耦合的问题并联单点接地并联单点接地往往由于地线过多而没有可实现性。往往由于地线过多而没有可实现性。在实际中可以灵活采用这两种接地方式：可以将电路按照信号特性分组，相互不会产生干扰的电路放在一组，组内采用串联单点接地，组间采用并联单点接地。 这种接地方式适用于较低的频率

8、范围（一般小于1MHz），或者接地线长度小于波长的1/20的情况。信 号 接 地多点接地在高频情况下应该采用多点接地的方式，以尽可能限制接地线长度，使其高频阻抗和驻波效应减至最小。为了降低电路的地电位，每个电路的地线应尽可能短。信 号 接 地多点接地优点：优点：电路结构比单点接地简单，电路结构比单点接地简单，接地线上可能出现的高频驻波现象就显著减少。接地线上可能出现的高频驻波现象就显著减少。问题：问题：设备内部就形成了许多地线回路，造成地回路干扰，对设设备内部就形成了许多地线回路，造成地回路干扰，对设备内频率较低的电路信号会产生不良影响。备内频率较低的电路信号会产生不良影响。应用：应用：一般来

9、说，在频率高于一般来说，在频率高于10MHz时，应采用多点接地方式。对于时，应采用多点接地方式。对于1MHz到到10MHz间的频率而言，只要最长接地线的长度小于波长的间的频率而言，只要最长接地线的长度小于波长的1/20，则可采用单，则可采用单点接地方式以避免公共阻抗耦合。点接地方式以避免公共阻抗耦合。信 号 接 地混合接地混合接地 混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性。 混合接地一般是在单点接地的基础上通过一些电感或电容多点接地，利用了电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使地线系统在不同的频率下具有不同的接地结构。A图低频时单点接地，高频时多点接地。图低频时单点接地，高频时多

10、点接地。常用于抗高频干扰的传输低频信号的常用于抗高频干扰的传输低频信号的屏蔽电缆上，由于传输低频信号，需要单点接地，高频时，电缆是多点接地屏蔽电缆上，由于传输低频信号，需要单点接地，高频时，电缆是多点接地的。的。B图低频时多点接地，高频时单点接地。图低频时多点接地，高频时单点接地。这种不常见，主要用在出于安全考虑，这种不常见，主要用在出于安全考虑，多个机箱需要接到安全地上而希望电路单点接地的场合。多个机箱需要接到安全地上而希望电路单点接地的场合。信 号 接 地混合接地举例（1）一个低电平视频电路，希望低频段实现单点接地，高频段多点接地。图中同轴电缆的屏蔽层与两端的机壳连接，主回路的机壳被直接接

11、地，而负载一侧的机壳通过电容（或寄生电容）对高频进行接地。此电容对低频呈现高阻抗，避免了低频地电流回路的形成，实现低频条件下单点接地；高频时该电容呈极低阻抗，实现了高频条件下两点接地。信 号 接 地混合接地举例（2）上图为低频时多点接地的例子。采用电感在低频下多点接地是为了泄放电荷的安全需要，也有助于阻止地线中的感应瞬变现象和电磁干扰噪声进入计算机供电逻辑总线。信 号 接 地混合接地举例（3）电子设备的混合接地电源地和信号地电源地和信号地。设备中各部分的电源地线都接到电源总地线上，所有信号地线都接到信号总地线上。两根总地线最后汇总到一个公共的参考地。在信号地中，根据工作频率不同而分别采用单点接

12、地和多点接地。接地选择原则对低频（小于对低频（小于1MHz）和公共地面小的情况（小于波）和公共地面小的情况（小于波长的长的 20 分之一），用单点接地。分之一），用单点接地。对高频（大于对高频（大于10MHz）和公共地面大的情况（大于波）和公共地面大的情况（大于波长的长的20分之一），用多点接地。分之一），用多点接地。 介于上述两种情况，用混合接地。介于上述两种情况，用混合接地。悬浮接地悬浮接地是将信号接地与安全接地分开的方法悬浮接地是将信号接地与安全接地分开的方法地线回路中的干扰及抑制技术地线回路中的电磁干扰在实际的电子设备中，地线本身既有电阻分量又有电抗分量，当有电流流过地线时，就会产生电

13、压降，通过一定的耦合方式对电路形成干扰。不同接地点之间的电位差导致了地环路电流。地线回路中的干扰及抑制技术地环路干扰形成的原因地环路干扰形成的原因高高1. 接地点电位不同接地点电位不同2. 处在强交变电磁处在强交变电磁场中感应电压场中感应电压 V低低地线回路中的干扰及抑制技术地环路干扰形成的原因地环路干扰形成的原因 地线电压地线电压强电流强电流线（地）阻抗）线（地）阻抗）干扰电流抑制地环路干扰的措施1）减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。）减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。2）增加地环路的阻抗，从而减小环路电流。）增加地环路的阻抗，从而减小环路电流。当阻抗很大时，实际上是将地环路切断。3）消除公

14、共阻抗耦合，避免共用地线，一般）消除公共阻抗耦合，避免共用地线，一般要避免强电和弱电线路共用地线。u更实用的方法：更实用的方法： 隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法隔离变压器通过阻隔地回路的形成来抑制地回路干扰。但是，变压器绕组之间存在分布电容。隔离变压器隔离变压器VG12屏蔽屏蔽下式表示隔离变压器抑制地回路干扰的能力，Un/UG越小，变压器的一直干扰的能力越强。应减小分布电容应减小分布电容C，即加屏蔽层。即加屏蔽层。n为了防止地回路电压通过电绕组之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，造成干间的分布电容耦合加至负载，

15、造成干扰，扰，电屏蔽层应接至负载的接地端电屏蔽层应接至负载的接地端。n隔离变压器不能传输直流和频率很隔离变压器不能传输直流和频率很低的信号，体积大，成本高低的信号，体积大，成本高共模扼流圈的作用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，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。没有电感量，所以差摸电流可以无衰减地通过。 （差摸电流）（差摸电流）（共摸电流）

16、共摸电流）当传输的信号中有DC分量或频率很低时，分量或频率很低时，可采用纵向扼流圈（中和变压器）。由两个绕向相同、匝数相同的绕组所构成，一般常用双线并绕而成。共模扼流圈的作用信号电流（差模）：不起抑制作用，不切断直流回路。干扰电流（共模）：呈现高阻抗，抑制。等效电路如上图所示，若扼流圈的两个绕组完全相同，且在同一个铁芯上构成紧耦合，则有L1=L2=M共模扼流圈的作用随着信号频率的增大，经地线回流的信号电流比例越来越小。当c时，时，IG0。（1）扼流圈对信号电压的影响）扼流圈对信号电压的影响忽略忽略UG的影响，忽略的影响，忽略Rt1。IS流经负载流经负载RL后就分成两路后就分成两路第1部分部分：

17、RLRt2共模扼流圈的作用结论：当扼流圈的电感足够大，且满足c时，可以认为时，可以认为扼扼流圈对信号传输没有影响。（1）扼流圈对信号电压的影响）扼流圈对信号电压的影响第2部分：部分：US、L1与与RL所在的回路满足所在的回路满足RLRt2共模扼流圈的作用干扰信号的愈高，扼流圈的电感L愈大、扼流圈的绕组及愈大、扼流圈的绕组及导导线的电阻Rt2愈小，抑制干扰的效果愈好。愈小，抑制干扰的效果愈好。（2）扼流圈对地环路电压干扰电压扼流圈对地环路电压干扰电压UG的抑制作用的抑制作用不加扼流圈时，地回路干扰电压全部加到RL上，加上扼流圈后，干扰电流分别为I1、I2，负载上的干扰电压UN=I1RLRt22t

18、RL共模扼流圈的作用结论：结论：增大信号传输线的电感可以增强电路抵制地环路增大信号传输线的电感可以增强电路抵制地环路干扰的能力。干扰的能力。可以在传输线的来、去电流线上套装铁氧体磁环。可以在传输线的来、去电流线上套装铁氧体磁环。其效果如同纵向扼流圈，可以增加信号线的电感，其效果如同纵向扼流圈，可以增加信号线的电感，从而提高抗地环路干扰的能力。从而提高抗地环路干扰的能力。VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VNM由VG引起的干扰电压VN光电耦合器光电耦合器件用光来传递信息，输入和输出在电气上完全隔绝，因而能有效地抑制地回路干扰。把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管

19、）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电光电”转换。光耦器件RL发送接收VGVS差分平衡电路差分器件是按照加于电路两输入端的电压差值工作的。当电路两输入端对地平衡时，即为平衡差分器件。地环路干扰电压UG同时加于两输入端，由于同时加于两输入端，由于电路是平衡的，两个输入端对地具有完全相同的阻抗，相应的噪声电流等量地加于两输入端。差分平衡电路负载RL远大于接地电阻RG，忽略RG。由等效电路（b）可得UG在放大器输入端引起的干扰电压为：GCLLSCLLNURRRRRRRUUU22211121差分平衡电路增大RL1和RL2可使U

20、N减小。：搭接技术搭接形成了两导电体之间具有导电性的固定结合，实现了屏蔽、接地、滤波等抑制电磁干扰的技术措施和设计目的，是EMC的重要技术之一。搭接技术 搭接（Bonding）是指两个金属物体之间通过机械、化学或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗低阻抗电气通路的工艺过程。搭接的目的搭接的目的在于为电流的流动提供一个均匀的结构面和低阻抗通路，以避免在相互连接的金属件间形成电位差。 (因为这种电位差对所有频率都可能引起电磁干扰)搭接技术搭接的应用一个设备的机箱另一个设备的机箱设备机箱接地平面信号回路地回路电源回路地回路屏蔽层 地回路接地平面连接大地的地网或地桩之间，都要进行搭接。搭接阻抗

21、一般很小 ，EMC考虑 直流电阻也是决定搭接有效性的指标搭接技术搭接的作用良好的搭接是减小电磁干扰，实现电磁兼容性所必须的。良好搭接的作用在于：减少设备间电位差引起的骚扰；减少接地电阻,从而降低接地公共阻抗骚扰和各种地回路骚扰;实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目的；防止雷电放电的危害，保护设备等的安全；防止设备运行期间的静电电荷积累，避免静电放电骚扰。 此外，良好搭接可以保护人身安全，避免电源与设备外壳偶然短路时所形成的电击伤害等。 因此，搭接技术是抑制电磁干扰的重要措施之一。 搭接技术搭接的方法搭接方法(Bonding Methods)可分为永久性搭接永久性搭接和半永久性搭接半永久性搭接两种

22、。永久性搭接永久性搭接是利用铆接(Rivet)、熔焊(Welding)、钎焊(Soldering)、压接等工艺方法，使两种金属物体保持固定连接（焊缝的长度要大于导体的重叠部分）。永久性搭接在预定的寿命期内应具有稳定的低阻抗电气性能。半永久性搭接半永久性搭接是利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两种金属物体保持连接的方法，它有利于装置的更改、维修和替换部件，有利于测量工作，可以降低系统造成成本。 搭接技术搭接的类型直接搭接(Direct)和间接搭接(Indirect)。直接搭接直接搭接是两裸金属或导电性很好的金属特定部位的表面直接接触，牢固地建立一条导电良好的电气通路。实际工程中，有许多情况要求两种

23、互连的金属导体在空间位置上分离或者保持相对的运动，显然这一要求妨碍了直接搭接方式的实现。间接搭接间接搭接采用搭接带(搭接条，Bond Strap)或者其它辅助导体将两个金属物体连接起来搭接技术搭接的类型直接搭接的连接电阻的大小取决于搭接金属接触面积、接触压力、接触表面的杂质和接触表面硬度等因素。间接搭接的连接电阻等于搭接条两端的连接连接电阻之和与搭接条搭接条电阻相加搭接条在高频时呈现很大的阻抗。所有高频时多采用直接搭接；所有高频时多采用直接搭接；设备需要移动或者抗机械冲击时，需要用间接搭接。设备需要移动或者抗机械冲击时，需要用间接搭接。搭接技术搭接的方法搭接技术搭接的方法搭接技术搭接的方法搭接技术搭接的方法搭接技术搭接的方法搭接技术搭接的实施搭接的电化学腐蚀原理搭接的电化学腐蚀原理 当两种不同的金属互相接触时，会出现一种质变，即腐蚀腐蚀(Corrosion)。所谓腐蚀是指在电化学序列(Electrochemical Series)中，属于不同组的两种金属(见表7-1)在溶液(起电解液作用)存在情况下相互接触，形成了一个化学电池，使金属逐渐产生原电池腐蚀和电解腐蚀。能起电解液作用的液体电解液作用的液体有盐水、盐雾、雨水(雨水能够携带许多杂质使金属表面上各种杂质湿润)、汽油等。搭接技术搭接的