哈工大 接地技术

1、第五章 接地技术5.1 设施接地系统（安全接地、防雷接地）5.2 信号地 装置内(PCB)理想地：零阻抗的等位面，如大地、装置的接理想地：零阻抗的等位面，如大地、装置的接地体，地体，PCB的接地平面。的接地平面。理想接地：需接地点与地之间的零阻抗连接理想接地：需接地点与地之间的零阻抗连接。5.1 设施接地系统接地系统的组成部分：接地系统的组成部分：（1）大地电极分系统）大地电极分系统（2）雷电保护分系统）雷电保护分系统（3）故障保护分系统）故障保护分系统（4）信号参考分系统）信号参考分系统5.1.1 大地电极分系统 图5-1 设施大地电极分系统配置（GJB Z25)5.1.1 大地电极分系统图

2、5-2 接地棒的配置5.1.2 故障保护分系统图5-3 故障保护分系统配置图5.1.3 信号参考分系统图5-4 单点接地系统的两种实现形式（低频系统） GJB/Z 25-91 电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南5.2 信号地信号电流的信号电流的返回路径返回路径n信号地引起的典型问题n判断接地好坏的标准n电流如何选择返回路径n单点接地、多点接地和混合接地5.2.1 信号地引起的典型问题n共阻抗耦合n地弹5.2.2 判断接地好坏的标准n环路面积和路径长短n阻抗大小（粗地线、地平面、接地网格粗地线、地平面、接地网格）地环路干扰地环路干扰IGVGVN地环路

3、I1I2 当当 时，产生噪声电压时，产生噪声电压 。 差模电流差模电流 干扰干扰12IINVd12III（） 地环路干扰形成的原因地环路干扰形成的原因 高高接地点电位不同接地点电位不同处在强交变磁场中处在强交变磁场中 感应电压感应电压 V低低地线电位示意图 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mVp 原因：信号（地线电流）频率高，感抗大，容抗小原因：信号（地线电流）频率高，感抗大，容抗小p 设计方案：分割相对稳定的电位区域设计方案：分割相对稳定的电位区域 解决地环路干扰的方法解决地环路干扰的方法 n减小地线的阻抗，从而减小干扰电压减小地线的阻

4、抗，从而减小干扰电压n单点接地消除地环路单点接地消除地环路n更实用的方法：隔离变压器、光耦合、共更实用的方法：隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、差分平衡电路等方法模扼流圈、差分平衡电路等方法5.2.3 电流如何选择返回路径n电流通过具有最低阻抗的路径返回源端n阻抗直流+高频5.2.3 电流如何选择返回路径n电流沿着信号线正下方的接地面返回(a)(b)5.2.4 串联单点接地串联单点接地优点：优点：简单，多用简单，多用缺点缺点：地线不再是等电位线地线不再是等电位线 共阻抗干扰，各点共阻抗干扰，各点电位不稳定电位不稳定 。p 注意，要把具有最低接地电平的电路放置在最靠近接地点处，即图注意，要把具有最

5、低接地电平的电路放置在最靠近接地点处，即图A点处，点处，以便以便 B 点和点和 C 点的接地电位对其影响最小。点的接地电位对其影响最小。p 适合于低频情况，高频时工作地线中的电阻和分布电感增大，适合于低频情况，高频时工作地线中的电阻和分布电感增大，共阻抗共阻抗 干扰干扰更加严重。更加严重。 123I1I2I3ABCR1R2R3123123233BBAAACIIIZIUUUUIZUI ZU5.2.5 单点并联接地单点并联接地123I1I2I3ABC112233ABCUI ZUI ZUI Zp 优点：优点：无公无公共阻抗耦合，共阻抗耦合，各电路的地电位只与本电路的地电流及各电路的地电位只与本电路的

6、地电流及 地线阻抗有关地线阻抗有关, 不受其他电路的影响。不受其他电路的影响。p 缺点：缺点：接地线过多，过长。接地线过多，过长。p 适合于低频情况适合于低频情况u 高频时，地线（过长）之间、地线和其他导线之间可能产生电容、电感耦合高频时，地线（过长）之间、地线和其他导线之间可能产生电容、电感耦合 相互串扰（接地反弹）相互串扰（接地反弹） 出现出现公公共阻抗耦合共阻抗耦合。u 当地线长度大于波长的当地线长度大于波长的1/4时，为终端短路的传输线，特别长度为时，为终端短路的传输线，特别长度为(波长波长 4)的的 奇数倍时，接地点相当于开路状态，这时地线变成了天线向外辐射干扰。奇数倍时，接地点相当

7、于开路状态，这时地线变成了天线向外辐射干扰。 长地线的阻抗长地线的阻抗设备设备Z0 = (L/C)1/2RRLLCCfP1 = 1/2 (LC)1/2ZP = ( L)2/R RDC 谐振谐振p 地线和地平面，类似一条传输线，可用LCR模型来描述。L、C决定了传输 线的阻抗Z。随着频率的增加，交流电阻增加，电路的损耗增加，因此谐振 的峰值和峰谷越来越不明显。p 谐振时，影响电路的稳定性稳定性 p 为了保证接地阻抗很小，地线的长度要小于最小波长的为了保证接地阻抗很小，地线的长度要小于最小波长的1/201/20。 多点接地多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3p 优点优点 ：地线较短，

8、适用于高频情况地线较短，适用于高频情况p 缺点缺点： 可能形成地线回路，造成地回环路干扰可能形成地线回路，造成地回环路干扰.u 通过减小地线阻抗（镀银，良好搭接减少表面通过减小地线阻抗（镀银，良好搭接减少表面电阻，宽金属板地电阻，宽金属板地 线减小电感）来解决。线减小电感）来解决。 混合接地混合接地Vs地电流Rs混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。在低混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。在低频段实现单点接地，而在高频时实现采用多点接地。适频段实现单点接地，而在高频时实现采用多点接地。适合于工作合于工作宽频带情况。情况。u 图为低频工作的系统，为了避免公共阻抗耦合，需要系统单点接

9、地。但这 个系统暴露在高频强电磁场中，屏蔽电缆需要双端接地（多点接地）。u 在低频时，电容的阻抗较大，电路为单点接地方式，在高频时，电容阻在低频时，电容的阻抗较大，电路为单点接地方式，在高频时，电容阻 抗较低，电路呈现成为两点接地方式。抗较低，电路呈现成为两点接地方式。p 要避免所使用的电容器与引线电感发生谐振。要避免所使用的电容器与引线电感发生谐振。 折衷的方法折衷的方法模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路n 按照特性分组，将相互之间不易发生干扰的电路放在同一按照特性分组，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。同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。 例：线路板上的地线例：线路板上的地线噪声噪声模拟模拟数字数字在设计线路板时，要将模拟地、数字地以及在设计线路板时，要将模拟地、数字地以及大功率驱动电路的地分开的依据大功率驱动电路的地分开的依据。 模拟、数字地分割，好吗