電子電氣裝置的接地常識

2021-03-03 22:23:49 字數 3418 閱讀 7394

摘自「電源技術應用2023年10月」 總第32 期,黃耀峰)

1 概述

接地是提高電子電氣裝置電磁相容性有效的重要手段之一。正確的接地即能抑制外部電磁干擾的影響,又能防止電子電氣裝置向外部發射電磁波;而錯誤的接地常常會引入非常嚴重的干擾,甚至會使電子電氣裝置無法正常工作。尤其是成套控制裝置自動控制系統,往往形成十分複雜的接地網路,不僅需要在系統設計時周密考慮,而且在安裝除錯時也要嚴格施工、仔細檢查和做適當調整。

地線是對接地的具體實施,狹義上講,「接地」----即與地球保持「同電位」;廣義上講,「接地」-----是電路系統中的「等電位點或等電位面」,它是電路系統的基準電位,但不一定是大地電位。

2,電氣裝置接地的作用及分類

2.1 電子電氣裝置接地的作用

電子電氣裝置接地的作用有二,一是出於安全的考慮,二是為了抑制外部的干擾。

(1) 安全的考慮

以確保人員和裝置安全為目的的接地為「保護接地」,它們必須可靠的接在大地電位

上。一般的說,電子電氣裝置的金屬外殼、底盤、機座都要可靠接地。

(2) 抑制外部的干擾

電子電氣裝置的某些部位與大地相連可以起到抑制外部的干擾的作用,例如靜電屏

層接地可以抑制變化的電場的干擾,電磁遮蔽用的導線原則上可以不接地,但不遮蔽的導線會帶來由靜電耦合而產生所謂的「靜電遮蔽」效應,所以仍需要接地為宜。

2.2 電子電氣裝置接地的分類

一般來說,電子電氣裝置有許多需要接地的部位,由於電路性質和接地的目的不同,必須嚴格加以區分,需要分成若干個子系統,然後接在一起進行總接地。從接地的性質來看,可把接地分為三大類:

(1) 保護接地

電子電氣裝置的金屬外殼、底盤、機座用良好的導體與大地連線成等電位,稱為保

護接地,它對電子電氣裝置的安全執行和維護人員的生命安全起到十分重要的作用。

(2) 遮蔽接地

為了抑制變化的電磁場的干擾而採用的多種遮蔽層、遮蔽體,都必須良好地接地,

才能起到良好的遮蔽作用。

(3) 系統接地

要使電子電氣裝置能正常的執行和可靠地工作,就必須處理好等電位點的接地題,

這類接地稱之為系統接地。對於系統接地來說,視工作性質和用途的不同,又可分為訊號地、模擬地、數字地、電源地、計算機地、負荷地、外設地等。

3 接地的方式

地線設計是一項重要的設計,也是一項難度較大的設計。在emc設計的初期就進行地線設計是解決emc問題的最有效、最廉價的方法。下面對三大類接地方式分別進行討論。

3.1 保護接地

接地做為一種措施,起源於強電技術,由於強電電壓高、容量大,容易危及人身和

裝置的安全。因此,從安全的角度考慮,電氣裝置的外殼、底盤、機座都應與大地良好的連線成等電位,從而在故障狀態下能確保人身和裝置的安全。電器裝置保護接地的方式有兩種:

(1) 保護接零

三相四線制供電系統中的中性線即為保護接零線,它是電路環路的重要組成部分,在

供電系統中是不允許零線斷開的。

(2) 保護接地

除零線以外,另外配備一條保護接地線,它與電子電氣裝置的外殼、底盤、機座等金屬部件相連,一般情況下,保護接地線是沒有電流流動的,即使有電流也是非常小的漏電流,所以說保護接地線上是沒有壓降的,使與之相連的電子電氣裝置的金屬外殼呈現地電位。

出於上述目的,各國都對保護接地做了必要的規定,我國的三相四線制供電系統的保護接地方法表示在圖1和圖2中

3.2 系統接地

為了保證電子電氣裝置正常、穩定和可靠地執行,還必須處理好裝置內部系統中各

個電路工作的參考電位,這種基準參考電位的連線線稱為「系統接地」。

系統接地線即是各電路環節間的靜態動態電流的通道,又是各級電路通過各自的接

地阻抗而相互耦合的途經,從而構成各電路間相互干擾的干擾源。可以肯定的講,電子電氣裝置中的一切抗干擾措施,都毫無例外的與接地有關。因此,正確地接地是抑制躁聲和防止干擾的主要途經。

電子電氣裝置的系統接地方法有三種:

(1) 浮空地

「 浮空」就是不接大地,它的實質是使電路(或裝置)的某一部分與「大地」完全

隔離,以便抑制來自地線的干擾。由於沒有電氣上的聯絡,因而也就不可能形成接地環路電流而產生接地阻抗的耦合干擾。圖3和圖4是兩種浮空地示意圖

接地懸空方式有優點,但也有其不足之處。乙個較大的電子裝置(或系統),必然存在較大的對地分布電容,它的基準電位將會通過分布電容受電磁場的干擾,使得電路產生位移電流,從而影響電路正常工作。分布電容的存在還會產生靜電積累和靜電放電,特別是在雷電情況下,還會在機箱與單元之間產生飛弧,甚至影響操作人員安全。

所以對於比較複雜的電磁環境,「浮地方式」是不太適合的。圖5所示電路中的分布電容用c表示,在外界干擾的作用下會產生干擾電勢,這常常是造成電路工作不穩定的關鍵因素。

(2) 系統地直接接大地

這種接地方式的優缺點正好與浮空地相反,當電子電氣裝置的對地分布電容較大時,

宜採用直接接大地的方式,但要注意選擇接地點的位置和接地點的多少,只要合理選擇,便能把干擾降低到最低程度。

(3) 電容接地方式

經電容把系統地與大地連線起來,接地電容多為高頻電容,它提供「系統地」與「大地」之間的高頻干擾分量的通路,相當乙個高通濾波器,可抑制由對地分布電容所造成的影響。這種接地方式只上適合低頻系統,所用電容應具有良好的高頻特性和足夠的耐壓值,電容量一般為2μf至4μf。

4 系統接地的原則

4.1 低頻電路接地原則

低頻電路的接地,應堅持一點接地的原則,而在一點接地的原則中,又有串連和並

連之區別,如圖6所示。

單點接地是為許多連在一起的電路提供共同參考點的方法。並連單點接地最為簡單而實用,它沒有公共阻抗耦合和低頻地環路的問題。每乙個電路模組都接到乙個單點地上,每乙個子單元在同一點與參考點相接。

地線上其它部分的電流不會耦合進電路。這種接地方式在1mhz以下的工作頻率下能工作得很好。但是,隨著頻率的公升高,接地阻抗隨之增大,電路上會產生較大的共模電壓。

所以單點接地不上識合高頻電路。

4.2 高頻電路接地原則

對於工作頻率較高的電路,由於各元器件的引線和電路布局本身形成的電感都將增加接地的阻抗,因而在低頻電路中普遍採用的一點接地的方法,若用在高頻電路就很容易增加接地線的阻抗。而且地線間的雜散電感和分布電容也會造成電路間的相互耦合,從而使電路工作不穩定。

為了降低接地線阻抗和地線間的雜散電感和分布電容造成的電路間的相互耦合,高頻電路採用就地接地---即「多電接地」的原則,把各電路的系統地線就近接至低阻抗地線上,如圖7所示。

一般說來,當電路工作頻率高於10mhz時,應採用多點接地的方式。由於高頻電路接地的關鍵是儘量減少接地線的雜散電感和分布電容,所以在接地的實施方法上與低頻電路有很大的區別。

4.3 整機系統的混合接地的原則

混合接地即包含了單點接地的特性,又包含了多點接地的特性。例如,系統內的低頻部分需要單點接地,而高頻部分需要多點接地。圖8是某一電子電器裝置的混合接地,把裝置的地線分為三大類:

電源地、訊號地、遮蔽地。所有的電源地線都接到電源總地線上,所有的訊號地線都接到訊號總地線上,所有的遮蔽地線都接到遮蔽總地線上,三根總地線最後彙總到公共的參考地上。

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