[第5章 抑制电磁干扰的接地技术090316.ppt]

第5章:抑制电磁干扰的接地技术5.1接地的概念5.2安全接地5.4屏蔽体接地5.5地回路干扰及其抑制5.6搭接5.3信号接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术5.1接地的概念指电路或系统的电位基准面（相对电位零点）接地的两种含义：（2）系统基准“地”指电路、设备、或系统与“地”所建立的低阻通路。如设备外壳、金属底座、屏蔽罩、粗铜线、铜带等。什么是地？接地：在系统的选定点与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。（1）接“大地”，以地球电位作为基准，并以大地作为零电位。提供放电通路。第5章:抑制电磁干扰的接地技术几点说明：①理想接地面处处零电位，零阻抗。实际上即便是超导，表面两点之间也存在电抗效应，实际只是近似而已。接地面应采用低阻抗材料（如铜）制成，并有足够的长度、宽度和厚度，以保证在所有的频率上都呈现低阻抗。如：用于安装固定设备的接地平面应当有整块铜板或网格（25cm×25cm）或更密一些的铜栅网组成。对多路发射机装置要求用薄铜板作接地平面。第5章:抑制电磁干扰的接地技术接地平面还应对大地呈现很大的电容。在组装时，接地平面应延伸到所有设备底面的下方，而且应比设备底面最大尺寸伸长1.8m或更远。如：大功率发射机要求接地平面在径向延伸到最低工作频率波长的1/4,以便排除地电流。还需设计一条接地母线，以便为设备提供就近接地汇流点，该母线应该每隔1.8m或更短的间距与接地平面经铜带熔焊连接在一起。第5章:抑制电磁干扰的接地技术•避免因静电感应，使机壳上积累过多电荷，产生高电压，导致设备内部放电造成干扰；②“接地”不一定与大地相通，但在某些情况下必须相通。•为操作人员提供安全保障。Z2Z1U1U2机箱Z1+Z2Z2U2＝U1Z1:高压部件与机箱间的阻抗；Z2:机箱与大地之间的阻抗。•若不接地，Z2为无限大，机箱电压就是电源电压，危险!!!•若接地，Z2=0，U2=0,安全第5章:抑制电磁干扰的接地技术•使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路，以达到系统稳定工作的目的。•为系统的屏蔽接地，取得良好的电磁屏蔽效果，达到抑制电磁干扰的目的。第5章:抑制电磁干扰的接地技术③在电磁兼容领域，最容易犯的错误是忽视了导线电感引起的阻抗，特别是当频率较高时，电感的感抗会远远大于电阻。,5000.657215000001119.4cm0.58mΩ5.1810(/2)2510157mΩ882822[ln(1)],(0.50.2235)22cuKHzDlmiDCLiACeeRDfLlXLLlrhhwtLlLlrwtl9.07ΩmΩ15765.04.94LXL)2235.0212(ln20ltWtWllLe)12(ln20rllLe第5章:抑制电磁干扰的接地技术作用分类安全接地信号接地单点接地多点接地混合接地悬浮接地设备安全接零保护防雷接地接地的分类第5章:抑制电磁干扰的接地技术5.2安全接地设备安全接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术动力电气设备（如电动机），除了外壳接地外，还应与电网零线连接，称为接零保护。接零保护机壳相线零线地线第5章:抑制电磁干扰的接地技术防雷接地：把可能受到雷击的物体和大地连接，以便提供泄放大电流的通路。避雷针由三部分组成：•接闪器（指高架避雷塔上的金属棒、金属针，建筑物或构筑物上的避雷网、避雷线）、•引下线•接地体第5章:抑制电磁干扰的接地技术信号接地：为信号电流提供流回信号源的低阻抗路径接地电流流经接地线时，会产主传输线效应和天线效应。当线条长度为1／4波长时，可以表现出很高的阻抗，接地线实际上是开路的，接地线反而成为向外辐射的天线。5.3信号接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术单点接地多点接地混合接地悬浮接地信号接地方式串联单点接地并联单点接地信号接地方式的种类第5章:抑制电磁干扰的接地技术332321321)()(RIUURIIUURIIIUBCABA(1)串联单点接地优点:结构简单，易于实现。缺点:各点的地电位相互影响较大，最容易引起干扰。实践处理:•具有最低接地电平的电路放在最靠近接地点的地方；•敏感设备放在最靠近接地点的地方；•大功率电路与小功率电路的混合系统，应避免单点接地。N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC单点接地（低频）第5章:抑制电磁干扰的接地技术•接地点的选择1231()ALUIIIR接地点靠近最低电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC接地点靠近最高电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC121231231()()AHUIRIIRIIIRALAHUU第5章:抑制电磁干扰的接地技术(2)并联单点接地332211RIURIURIUCBA优点:各电路互相不影响缺点:1)结构复杂、不便于使用；2）各地线间可能形成电容性和电感性耦合。结论：单点接地只适用于低频电路•当l接近于/4时，有很强的天线效应，向外辐射；•高频时分布电容与分布电感的影响，难以实现真正的单点接地。各电路的地电位R1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABC第5章:抑制电磁干扰的接地技术说明:多点接地，应尽可能减少接地线长度，使高频阻抗减至最小。一般情况下，电子设备往往以镀银版作为接地子母线，以减少表面阻抗。)()()(333222111LjRIULjRIULjRIUCBA各电路的地电位优点:接地线较短，适用于高频及数字电路。缺点:形成各种地回路，可能造成地回路干扰。R2N2I2BL1N1I1AR3I3N3CL2L3R1多点接地（高频）第5章:抑制电磁干扰的接地技术小结：•单点接地适用于低频，多点接地适用于高频；1MHzf•当时，一般采用单点接地；10MHzf•当时，一般采用多点接地；•当时，若，则采用多点接地；若，则采用多点接地。/20l1MHz10MHzf/20l1MHzf•当时，一般采用单点接地；•如果电路对电压降很敏感，则接地线长度应比更小；若电路只是一般敏感，则接地线可大于。/20/20准则/20第5章:抑制电磁干扰的接地技术•第一类接地系统：敏感信号和小信号接地系统。包括低电平、小信号检测、传感器输入、前级放大、混频器电路等。•第二类接地系统：非敏感信号或大信号接地系统，包括高平电路、末级放大器电路以及大功率电路。（1）不同接地系统的特点特点：特别容易受到干扰，出现电路失效或电路性能降低，接地导线应尽量避免混杂其他电路。特点：必须将其与小信号接地线分开设置。按照电路各自的特点，对不同的电路采用不同的接地方式。混合接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术•第三类接地系统：干扰源器件、设备的接地系统。如电动机、继电器、火花塞等。•第四类接地系统：机壳、设备底座、系统金属构架等。注意：工程实践中，模拟地与数字地必须分别设置；直流地与交流地必须分别设置。特点：干扰频带宽、瞬态电平高。除屏蔽外，必须与其它接地分开设置。特点：保证人身安全和设备工作的稳定。模拟电路•窄带•低电平（μV,mV）数字电路•宽带•中电平（V）第5章:抑制电磁干扰的接地技术(2)低频电路的串、并联混合接地•低电平电路串联接地•高电平、强噪声电平电路串联接地•机箱、机架串联接地并联接地G低电平电路高电平、强噪声电平电路机箱、机架第5章:抑制电磁干扰的接地技术第5章:抑制电磁干扰的接地技术机架2机架1机箱机箱第5章:抑制电磁干扰的接地技术(3)高、低频电路单点与多点混合接地低频：电容的阻抗大——单点接地高频：电容的阻抗小——多点接地N1N2N3低频单点、高频多点混合接地如：抗高频干扰的低频传输屏蔽电缆。低频单点、高频多点混合接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术如图所示为一低电平视频电路，在从音频到高频下，实现了低频单点、高频多点，避免了低频地电流回路的形成。注意:避免电容与引线电感发生谐振。音频端高频端大地或车辆的接地面N1N2第5章:抑制电磁干扰的接地技术高频：电感的阻抗大——单点接地低频：电感的阻抗小——多点接地N1N2N3高频单点、低频多点混合接地低频多点、高频单点混合接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术如图所示，计算机及其外设一般需要导线接地，但是容易引起电气干扰。通过加线圈（1mH：f=50Hz，Z0.4Ω；f=50k~1MHz，Z约为1KΩ）这种方式有助于抑制地线中的感应、瞬变和干扰进入逻辑总线。第5章:抑制电磁干扰的接地技术4.浮地设备地线系统在电气上与大地相绝缘。N1信号地安全地N2N3利用悬浮机壳内的屏蔽层降低地回路干扰机壳屏蔽层第5章:抑制电磁干扰的接地技术•可以避免安全接地回路中的干扰电流影响信号接地回路。•可以减少由于地电流引起的共模干扰；优点：缺点：N1信号地安全地N2N3•减少由于不当的接地而产生的干扰；•对传导干扰也有较好的抑制作用。•不能适应复杂的电磁环境，特别是对于一个较大的电子系统，对地的分布电容较大，不能做到真正的悬浮；•雷击、静电感应时，会击穿绝缘，甚至引起弧光放电。第5章:抑制电磁干扰的接地技术5.4屏蔽体接地1.单层屏蔽盒的接地•放大器输出端电压，形成反馈，此反馈不除，放大器将产生自激震荡。2C1S～1C2SC3SUNU33Zin123C2SC3SC1SU3Zin•消除此干扰的方法：屏蔽盒与放大器的公共端短接。•注意：这种连接方式在放大器公共端不接地也适用。111SinNABSinjCZUUjCZ33123SABSSSCUUCCC11/()inSZC通常，则第5章:抑制电磁干扰的接地技术2.双层屏蔽盒的接地第5章:抑制电磁干扰的接地技术3.电缆屏蔽层的接地(1)放大器接地，信号源不接地•f1MHz时，电缆一般采取一端接地。•四种可能的接地方式：A、B、C、D结论：方式D最好①方式A干扰会直接流入一条芯线，产生干扰，不合适。USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～②方式B112112()SNGGSCUUUCCC1SUG2～UG1～12UN屏蔽体BC2S等效电路C12第5章:抑制电磁干扰的接地技术③方式C0NU11112SNGSCUUCC仍然不理想④方式DUSUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～C1SUG2～UG1～12UN屏蔽体CC2SC12C1SUG2～UG1～12UN屏蔽体DC2SC12第5章:抑制电磁干扰的接地技术USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～(2)放大器不接地，信号源接地结论：方式A最好小结：•当电路有一个接地信号源与一个不接地的放大器连接时，连接电缆的屏蔽层接地应接至信号源的公共端；•当电路有一个不接地信号源与一个接地的放大器连接时，连接电缆的屏蔽层接地应接至放大器的公共端。第5章:抑制电磁干扰的接地技术~~~~~~同轴电缆屏蔽双绞线同轴电缆屏蔽双绞线第5章:抑制电磁干扰的接地技术5.5地回路干扰及其抑制1.地回路干扰由地回路中的共模干扰电压在受害回路输入端引起的干扰电压。•地回路干扰的来源:•共地阻抗的共模干扰；•场对导线的共模干扰。地回路干扰模型信号电流电路1电路2UG~地电流IGISZG•地回路耦合系数:(dB)20log/NGCLCUU第5章:抑制电磁干扰的接地技术计算地电流的等效电路UG~IGZGZCZSZLGGGLCSUIZZZZ干扰源电压地阻抗负载阻抗线路阻抗电源阻抗地电流的计算第5章:抑制电磁干扰的接地技术RC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源与放大器都接地RLUN~RGUGRC1RSRC2等效电路AB22CSCLRRRR通常22CABGGCRUURR则2112()()LCLNABGLSCLSCGCRRRUUURRRRRRRR故两点接地的噪声干扰第5章:抑制电磁干扰的接地技术•在信号源的接地端接入一阻抗ZSG22CSCLRRRR当222CCABGGGCS