地线干扰与接地技术.ppt

杨继深 2000 实践电磁兼容 - 第二章 地线干扰与接地技术 杨继深 2002年3月 第二章 地线干扰与接地技术 为什么要地线 地环路问题与解决方法 公共阻抗耦合问题与解决方法 各种接地方法 电缆屏蔽层的接地 安全地 信号地 地线引发干扰问题的原因 导线的阻抗 导线的阻抗 金属条与导线的阻抗比较 地线问题－地环路 隔离变压器 光隔离器 共模扼流圈的作用 平衡电路对地环路干扰的抑制 地线问题－公共阻抗耦合 单点接地对噪声的抑制 接地方式种类 单点接地 串联单点、并联单点混合接地 线路板上的地线 长地线的阻抗 多点接地 混合接地 放大器屏蔽壳的接地 屏蔽电缆的接地 电场屏蔽的电缆接地 电缆多点接地带来的问题 电缆屏蔽层接地位置 低频磁场对电缆的干扰 抗磁场干扰的电缆接地方式 双绞线对磁场干扰的抑制 抑制磁场干扰的试验数据 抑制磁场干扰的实验数据 接地位置不当造成的干扰 100 1M 1M 1M 100 100 每米18节 (F) (G) (I) (J) (H) 80 55 70 63 77 1M 1M 100 100 稳压电源 稳压电源 火灾 报警器 火灾 报警器 问题：某内含微处理器的设备需要通过在电源线上施加幅度为1500V的电快速脉冲的敏感度试验，结果当试验脉冲幅度达到700V左右时，发生死机现象。 检查结果1：设备的电源线入口处虽然安装了安装电源线滤波器，但滤波器安装方式不对（电源输入线过长、滤波器与金属机箱之间没有良好搭接）。 解决方法1：重新安装滤波器，使满足滤波器安装要求。 效果1：稍微改善，但仍达不到要求。 检查结果2：滤波器插入损耗不足。 解决方法2：更换滤波器（原滤波器为单级，更换为两级滤波电路）。 效果2：可以满足要求。 奇怪的现象：此产品批量生产时，抽查发现，当试验电压为1000V以下时，又发生死机。 检查结果3： 经过与原机（通过试验的样机）对比，发现新设备除了电源输入变压器上比原机的电源变压器多了一根接地线外，其它完全一样。 解决方法3：断开电源变压器上的接地线。 效果2：可以满足要求。 原因分析：经向制造厂家了解，新产品为了更可靠地通过试验，将原来的普通变压器更换为隔离变压器（初次级之间加一金属屏蔽层），这根接地线是隔离层的接地线。但是这根地线连接到了滤波器的接地点，结果滤波器滤除的干扰直接串到变压器的隔离层上，通过隔离层与变压器次级之间的寄生 电容耦合到了变压器的次级。 为了防止外界电场的影响，高增益放大器通常放在屏蔽壳内。这时放大器与屏蔽壳之间的寄生电容C3S和C1S构成了一个从输出到输入的反馈通路。这个反馈会引起放大器的振荡。 解决办法：为了解决这个问题，必须将放大器的公共端与屏蔽壳连接起来。通过将屏蔽壳与放大器公共端连接起来，寄生电容C2S被短路，反馈被消除。 混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。 上图是一个系统工作在低频状态，为了避免公共阻抗耦合，需要系统串联单点接地。但这个系统暴露在高频强电场中，因此屏蔽电缆需要双端接地（在电缆屏蔽一章中会看到：屏蔽高频需要多点接地）。图中所示的接地结构解决了这个问题。对于电缆中传输的低频信号，系统是单点接地的，而对于电缆屏蔽层中感应的高频干扰信号，系统是多点接地的。接地电容的容量一般在10nF以下，取决于需要接地的频率。要注意电容的谐振问题（见滤波一章），在谐振点电容的容抗最小。 下图所示的是一个系统受到地环路电流的干扰。如果将设备的安全地断开，地环路就被切断，可以解决地环路电流干扰。但是出于安全的考虑，机箱必须接到安全地上。图中所示的接地系统解决了这个问题，对于频率较高的地环路电流，地线是断开的，而对于50Hz的交流电，机箱都是可靠接地的。 为了减小地线电感，在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中，每个电路就近接到低阻抗的地线面上，如机箱。电路的接地线要尽量短，以减小电感。在频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。 如前所述，多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过减小地线阻抗（减小公共阻抗）来解决。由于趋肤效应，电流仅在导体表面流动，因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。 通常1MHz以下时，可以用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地，在1MHz和10MHz之间时，可如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。 单点接地有两种类型，一种是串联单点接地，另一种是并联单点接地。串联单点接地中，许多电路之间有公共阻抗，因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重。 串联单点接地的干扰： A点的电位是：VA = ( I1 + I2 + I3 )