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EMC的接地原來是這樣

14小時前
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1. ? EMC 基本概念

1.1 接地(接參考地)

“接地”一詞在不同場合有不同理解:一種是真正意義上的接地(也就是我們平常所說的接大地);另一種是接參考地(設備里的一個公共參考電位點)。

設備接大地,是為了設備的安全以及與人員的安全。

設備接參考地,是為了在設備里建立一個穩(wěn)定可靠的基準電位點。

1.1.1 參考地的概念

理想的參考地是一個零電位、零阻抗的物理實體,任何電流通過它時都不會產生壓降。因此,理想的參考地可以為設備中的任何信號提供公共的參考電位,而不必擔心各接地點之間是否存在電位差。

理想的參考地并不存在,但參考地的概念對于設備的電磁兼容性仍有重要意義。

在實用中,設備的參考地可以是一塊金屬薄板(在實際設備中,往往是一塊大面積的金屬板,如設備的底板、專用接地銅排、甚至是由設備的框架來擔當的)。這塊金屬板在設備里作為部分或全部電路的信號參考平面。

1.1.2 設備參考地的接法

設備有四種基本的參考接地方法:即浮地、單點接地和多點接地,以及由單點接地和多點接地派生出來的混合接地。

a. 浮地

采用浮地的目的是將設備或電路與公共地或可能引起環(huán)流的公共導體隔離開來。浮地還可以使不同電位的電路間配合(通過光耦變壓器)變得容易。

浮地方式的最大優(yōu)點是抗干擾性能好。 浮地的主要缺點是設備不與公共地直接連接,容易產生靜電積累,當電荷積累到一定程度,會在設備與公共地之間的電位差會引起強烈的靜電放電,成為破壞性很強的干擾源。作為折衷,可在采用浮地的設備與公共地之間接進一個阻值很大的電阻,以便泄放掉所積累的電荷。

實例:西門子模板的“地”

實例:西門子模板的“地”

?實例:CPU 模板和信號模板

b.單點接地

單點接地是在一個電路或設備中,只有一個物理點被定義為參考接地點,其他凡是需要接地的點都被連接到這一點上。如果在一個系統(tǒng)中包含有許多機柜,則每個機柜的“地”都是獨立的(即機柜內的電路采 用自己的單點接地),然后各機柜的“地”再被連到系統(tǒng)中唯一的參考點上。

單點接地的優(yōu)點是簡單。但是單點接地的最大缺點是,當系統(tǒng)工作頻率很高,以致波長小到與系統(tǒng)接地線長度可以比擬時(如達到λ/4 時),就不能再用單點接地了。此時,這根接地線就好像是一根天線,通過它向外輻射電磁波, 會影響周圍設備和電路的工作。

單點接地分串聯單點接地和并聯單點接地。從噪聲觀點看,串聯單點接地是最差的接地方式,因任何導線都有電阻,流經導線的電流都會在導線上產生壓降,造成相互間干擾。

串聯單點接地

Va=(I1+I2+I3)R1; Vb=(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1; Vc=I3R3+(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1?。對于地線電流大而線徑細的場合, 三點電位將相差很多。

并聯單點接地

c.多點接地

多點接地是指設備(或系統(tǒng))中凡是需要接地的點都是直接接到離它最近的接地平面上(就近接地),以便使接地線的長度為最短。這里所說的接地平面可以是設備的底板、專用接地母線、甚至是設備的框架。多點接地的這一特點使得它在高頻場合(>10M)下的應用有上佳表現(而單點接地在低頻(<1M)時的性能為最好)。多點接地的形式看 似比較簡單,但對系統(tǒng)中的眾多接地線的維護提出了更高的要求。因為任何接地點上的腐蝕、松動都會使接地系統(tǒng)出現高阻抗,從而使接地效果變差。

d.混合接地

單點接地的優(yōu)點和多點接地的缺點,使人們想到了混合接地:即個別要求高頻接地的點選擇多點接地(就近接地),其余各點都采用單點接地。所謂混合接地,要求設計人員對系統(tǒng)各部分工作情況作一個分析,只將那些需要就近接地的點直接(或需要高頻接地的點通過旁路電容)與接地平面相連。而其余各點都采用單點接地的辦法。

接地的主要目的應該是提供一個低阻抗的參考面/低阻抗的回流路徑。選擇單點接地、多點接地或者混合接地的思路,應該綜合考慮噪聲的頻率、接地線的長度等因素,從而選擇一個地線阻抗最低的接地方法。

下面是幾個單點接地的應用實例,通過這些實例可以知道哪些做法是正確的;哪些做法是可以采用的;又有哪些做法是錯誤的。

實例 1.

實例 2.

1.1.3 參考接地線的處理(搭接)

參考接地是在一個需要接參考地的點(或面)與一個稱為參考地的點(或面)之間建立導電通路。

搭接則是在參考接地線處理中采用的一個辦法,通過它實現低阻抗互連的目的。搭接后的兩個金屬面便成為等電位面。搭接可實現電路與機箱、電路與參考地、電纜屏蔽層與機箱、濾波器與機箱之間的連接,屏蔽體上不同部位的連接以及不同機箱的地線連接等等。

搭接分直接搭接(將要連接的點直接構通)和間接搭接(通過中間導體實現連接點之間的相互構通)兩種。

1.1.4 常用的搭接方法有:

①焊接。是比較理想的搭接方法,可避免金屬面曝露在空氣中,因銹蝕造成的搭接性能下降。

②鉚接。在鉚接部位的阻抗很小,但其他部位阻抗較大。在高頻時不能提供良好的低阻抗連接。

③螺釘連接。由于螺釘運動,使兩部分金屬接觸由面變成了線接觸。 麻煩的是,由于腐蝕和高頻電流趨膚效應使射頻電流沿螺釘的螺旋線流動,使這種連接在很大程度上呈現電感性,對于高頻信號的接地線處理不利。也正是基于這一原因,建議尤其不要采用自攻螺釘作接地線的連接處理。

1.1.5?搭接不良對設備的影響

實例 1

實例 2

1.2設備的接地(接大地)

將大地作基準電位是基于以下幾個理由:

①可實現設備的安全接地。當設備不接地時,一旦電源線與機箱之間的絕緣層發(fā)生破損就會造成觸電。設備接地后,機箱的對地電壓為 0V,即使電源線與機箱間的絕緣遭到破壞,也只有大電流流到地線,引起進線保險絲的燒斷,從而保護設備的安全。

②泄放掉因靜電感應在機箱上所積蓄的電荷,從而避免由于電荷積聚使機箱電位升高而造成的設備內部放電。

③提高設備工作的穩(wěn)定性,防止設備在外界電磁環(huán)境作用下使設備對大地電位發(fā)生變化,造成電路工作不穩(wěn)定。將設備的外殼接地,設備就以大地為零參考電位,可以有效防止干擾的發(fā)生。

所以,設備接大地能夠保證設備安全、人員安全和設備可靠運行。實用中如能把接地與屏蔽兩大技術配合使用,則對提高設備電磁兼容性能起到事半功倍的作用。

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