電磁兼容中的接地技術(shù)

1、電磁兼容中的接地技術(shù) 接地技術(shù)最早是應(yīng)用在強(qiáng)電系統(tǒng)（電力系統(tǒng)、輸變電設(shè)備、電氣設(shè)備）中。 后來(lái)，接地技術(shù)延伸應(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。主講內(nèi)容 地線 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì) E1接口的接地問(wèn)題地線接地的目的：從電壓方面考慮：提供一個(gè)等電位體；從電流方面考慮：提供一個(gè)電流通路?？偟膩?lái)說(shuō)接地的目的就是為了提高電力電子設(shè)備的電磁兼容能力。對(duì)于信號(hào)地來(lái)說(shuō)：在電氣工程師看來(lái)：地線是電位參考點(diǎn)；對(duì)于電磁兼容性（）工程師看來(lái)：地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的低阻抗路徑。地線引發(fā)干擾問(wèn)題的本質(zhì) 根據(jù)上面的闡述，地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的低阻抗路徑。由此來(lái)揭示地線引發(fā)干擾問(wèn)題的本質(zhì)： （1） 地線中有電流流過(guò)，當(dāng)電流流過(guò)有限阻抗時(shí)，必

2、然會(huì)導(dǎo)致壓降。實(shí)際工程中用作地線的導(dǎo)體都是有一定阻抗的，而且設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牡鼐€其阻抗還相當(dāng)大。因此地線電流流過(guò)地線時(shí)，就會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓。因此地線不是一個(gè)等電位體。 （）地線非等電位體，作為電位參考點(diǎn)的等電位體，在實(shí)際系統(tǒng)中地線上各點(diǎn)電位不相同，于是設(shè)計(jì)電路的前提就被破壞了，電路也就不能正常工作了。所以必須認(rèn)識(shí)到地線非等電位體的嚴(yán)重性。（）電流總是選擇阻抗最小的路徑，地線電流也是如此。 在一個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)于頻率較低的電流，地電流的信號(hào)回路相對(duì)容易確定，就是電阻最小的路徑，此路徑與系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)路徑基本一致，不會(huì)出現(xiàn)大的偏差。 但是對(duì)于頻率很高的電流，由于印制板中過(guò)孔、交互在一起的導(dǎo)線以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件

3、各種寄生電容和雜散電感的存在，地線電流的路徑并不容易確定，這就導(dǎo)致實(shí)際的地線電流往往并不流過(guò)所設(shè)計(jì)的地線，這就使地線電流路徑不確定，此時(shí)如果出現(xiàn)電磁干擾問(wèn)題，由于不知道地線電流的真實(shí)路徑，也就很難找到解決方案了。結(jié)論：地線設(shè)計(jì)的核心就是減小地線的阻抗。接地地線引發(fā)的問(wèn)題及其解決方法1、地環(huán)路干擾 地環(huán)路干擾是一種較常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是地環(huán)路電流的存在，如下圖所示。地環(huán)路形成的原因包括以下個(gè)方面：（1）在個(gè)設(shè)備之間的地電壓驅(qū)動(dòng)下，在電路-互聯(lián)電纜-電路-地線形成的環(huán)路之間有電流流動(dòng)。由于電路的不平衡性，每根導(dǎo)線上的電流不同，因此會(huì)產(chǎn)生差模電壓，對(duì)電路造成干擾。（2）當(dāng)處于互聯(lián)的設(shè)備

4、處在較強(qiáng)的電磁場(chǎng)中，電磁場(chǎng)在設(shè)備、互聯(lián)線纜和地線形成的環(huán)路中會(huì)感應(yīng)出環(huán)路電流，與原因的過(guò)程一樣導(dǎo)致干擾。通過(guò)上面的分析可以提出兩個(gè)解決地環(huán)路干擾的思路： （1）盡可能減小地線的阻抗，從而減小共模干擾電壓； （2）盡可能增大地環(huán)路的阻抗，從而減小地環(huán)路電流。當(dāng)?shù)丨h(huán)路阻抗無(wú)限大時(shí)，就等同于斷路，即消除了地環(huán)路。工程中具體的使用方法有： （1）隔離變壓器 由電磁兼容三要素知道，切斷地環(huán)路后此干擾會(huì)自然消失。隔離變壓器正好就起到了這個(gè)作用，個(gè)設(shè)備之間的信號(hào)傳輸通過(guò)磁場(chǎng)耦合進(jìn)行，避免了電氣直接連接。 減小初次級(jí)之間寄生電容的方法：在初、次級(jí)之間加屏蔽層可以減小寄生電容。 屏蔽層的構(gòu)造是用銅箔或鋁箔繞一匝

5、，但不能形成短路環(huán)（可以在搭接處墊一片絕緣材料），經(jīng)過(guò)良好屏蔽的變壓器能夠工作到1MHZ。（）光耦隔離器 光耦器件的寄生電容為2pF左右，因此能夠在很高的頻率起到隔離作用。在一些強(qiáng)弱電共同存在的系統(tǒng)中，如大功率變流器系統(tǒng)使用光纖傳輸驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，則沒(méi)有寄生電容的問(wèn)題，并且還能抑制強(qiáng)電的大電流快速通斷帶來(lái)的高du/dt及di/dt引起的電磁干擾問(wèn)題，從而能夠獲得十分完善的隔離效果。（）共模扼流圈 電流流過(guò)地線的噪聲電壓作為一種共模電壓，在其電纜中流過(guò)的電流是共模電流。因此可以采用在電纜上繞制共模扼流圈的方法增加共模電流的感性阻抗，以抑制地環(huán)路電流。2、公共阻抗耦合 當(dāng)個(gè)或個(gè)以上不同電路的電流流過(guò)

6、公共阻抗時(shí)，就出現(xiàn)了共阻抗耦合。 在電源線和接地導(dǎo)體上傳播的干擾電流，通常都是通過(guò)共阻抗耦合進(jìn)入敏感電路的。 地電流和都流過(guò)公共地阻抗。一個(gè)電路的地電位會(huì)受到另一個(gè)電路工作狀態(tài)的影響，就電路來(lái)說(shuō)，它的地電壓被流動(dòng)在共地阻抗上的地電流所調(diào)制。因此，一些噪聲信號(hào)從電路通過(guò)共地阻抗耦合到電路，即一個(gè)電路的地電位受另一個(gè)電路的地電流的調(diào)制。 常用的解決辦法是對(duì)每個(gè)電路分別供電，或加解耦電路。接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)際工程中按工作頻率常常采用以下幾種接地方式：1、單點(diǎn)接地 工作頻率低（30MHz）的采用多點(diǎn)接地式（即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因?yàn)榻拥匾€的感抗與頻率和長(zhǎng)度成正比

7、，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長(zhǎng)度盡量短。 采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地。3、混合接地 工作頻率介于130MHz的電路采用混合接地式。 在單點(diǎn)接地的基礎(chǔ)上再通過(guò)一些電感或電容多點(diǎn)接地，利用電感、電容器件在不同頻率下具有不同阻抗的特性，使得地線系統(tǒng)在不同的頻率下呈現(xiàn)出不同的接地結(jié)構(gòu)，以保證電流的低阻抗回流路徑，這就是混合接地的設(shè)計(jì)方法。它能很好地適用于工作在混合頻率下的系統(tǒng)。4、浮地 即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。 其優(yōu)點(diǎn)是由外部共模干擾引起的流過(guò)電子線路的干擾電流很小，對(duì)直接傳入的傳導(dǎo)干擾有較好抑制作用，并能避免因接地不當(dāng)而產(chǎn)生

8、的干擾。該電路不受大地電性能的影響，可使功率地（強(qiáng)電地）和信號(hào)地（弱電地）之間的隔離電阻很大，所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。 其缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加了對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾；由于該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)烈的干擾。 因此，浮地的效果不僅取決于浮地的絕緣電阻的大小，而且取決于浮地的寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。接地電阻的討論1 對(duì)接地電阻的要求 接地電阻越小越好，因?yàn)楫?dāng)有電流流過(guò)接地電阻時(shí)，其上將產(chǎn)生電壓。 該電壓除產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾外，還會(huì)使設(shè)備受到反擊過(guò)電壓的影響，并使人員受到電擊傷害的

9、威脅。2 降低接地電阻的方法 接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以下三種： （1）降低接地線電阻，為此要選用總截面大和長(zhǎng)度短的多股細(xì)導(dǎo)線。 （2）降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極緊密又牢靠地連接并要增加接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度。 （3）降低地電阻，為此要增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率（如在土壤中注入鹽水）。3 接地電阻的計(jì)算 垂直接地極接地電阻R為： R=0.366(/L)lg(4L/d) 式中：土壤電阻率,m； L接地極在地中的深度,m； d接地極的直徑,m。例如，黃土取200m，L為2cm，d為0.05m，則垂直接地極接地電阻

10、R為80.67。如在土壤中注入鹽水，使降為20m時(shí)，則接地極接地電阻R為8.067。E1接口的接地問(wèn)題 在通信領(lǐng)域，E1數(shù)字中繼信號(hào)的應(yīng)用非常廣泛，但許多產(chǎn)品E1接口在做電磁兼容實(shí)驗(yàn)時(shí)，有很多項(xiàng)目難以通過(guò)。 問(wèn)題分析 E1信號(hào)線一般通過(guò)同軸線、雙絞線連接到相關(guān)設(shè)備上，E1信號(hào)線的工作頻率是2048kHZ，如果E1信號(hào)線在單板上不做任何處理，或者只是按照ITU.G703標(biāo)準(zhǔn)，單端接地處理，則傳到發(fā)射的頻譜圖就可能出現(xiàn)下面兩種超標(biāo)。 由于E1信號(hào)的接口單元和成幀器發(fā)射有用信號(hào)的同時(shí)，多次頻譜和交流分量也會(huì)沿著導(dǎo)線傳輸，這些就會(huì)形成干擾，特別是不通的E1接口器件供應(yīng)商的接口電路和成幀器部分。 解決措施 在E1接口電路設(shè)計(jì)時(shí)，在PCB上采取共模電路進(jìn)行高頻抑制； 同時(shí)采用不