文档介绍：电磁兼容中的接地技术
接地技术最早是应用在强电系统(电力系统、输变电设备、电气设备)中。
后来,接地技术延伸应用到弱电系统中。
主讲内容
地线
接地系统设计
E1接口的接地问题
地线
接地的目的:
从电压方面考虑:提供一个等电位体;
从电流方面考虑:提供一个电流通路。
总的来说接地的目的就是为了提高电力电子设备的电磁兼容能力。
对于信号地来说:
在电气工程师看来:地线是电位参考点;
对于电磁兼容性(EMC)工程师看来:地线是信号电流流回信号源的低阻抗路径。
地线引发干扰问题的本质
根据上面的阐述,地线是信号电流流回信号源的低阻抗路径。由此来揭示地线引发干扰问题的本质:
(1) 地线中有电流流过,当电流流过有限阻抗时,必然会导致压降。实际工程中用作地线的导体都是有一定阻抗的,而且设计不当的地线其阻抗还相当大。因此地线电流流过地线时,就会在地线上产生电压。因此地线不是一个等电位体。
(2)地线非等电位体,作为电位参考点的等电位体,在实际系统中地线上各点电位不相同,于是设计电路的前提就被破坏了,电路也就不能正常工作了。所以必须认识到地线非等电位体的严重性。
(3)电流总是选择阻抗最小的路径,地线电流也是如此。
在一个系统中,对于频率较低的电流,地电流的信号回路相对容易确定,就是电阻最小的路径,此路径与系统和电路设计路径基本一致,不会出现大的偏差。
但是对于频率很高的电流,由于印制板中过孔、交互在一起的导线以及产品结构件各种寄生电容和杂散电感的存在,地线电流的路径并不容易确定,这就导致实际的地线电流往往并不流过所设计的地线,这就使地线电流路径不确定,此时如果出现电磁干扰问题,由于不知道地线电流的真实路径,也就很难找到解决方案了。
结论:地线设计的核心就是减小地线的阻抗。
接地地线引发的问题及其解决方法
1、地环路干扰
地环路干扰是一种较常见的干扰现象,其产生的内在原因是地环路电流的存在,如下图所示。
地环路形成的原因包括以下2个方面:
(1)在2个设备之间的地电压驱动下,在电路1-互联电缆-电路2-地线形成的环路之间有电流流动。由于电路的不平衡性,每根导线上的电流不同,因此会产生差模电压,对电路造成干扰。
(2)当处于互联的设备处在较强的电磁场中,电磁场在设备、互联线缆和地线形成的环路中会感应出环路电流,与原因1的过程一样导致干扰。
通过上面的分析可以提出两个解决地环路干扰的思路:
(1)尽可能减小地线的阻抗,从而减小共模干扰电压;
(2)尽可能增大地环路的阻抗,从而减小地环路电流。当地环路阻抗无限大时,就等同于断路,即消除了地环路。
工程中具体的使用方法有:
(1)隔离变压器
由电磁兼容三要素知道,切断地环路后此干扰会自然消失。隔离变压器正好就起到了这个作用,2个设备之间的信号传输通过磁场耦合进行,避免了电气直接连接。