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EMC電磁兼容接地知識與案例分享
1. EMC 基本概(gai)念(nian)
1.1 接(jie)(jie)地(接(jie)(jie)參考地)
“接地(di)”一(yi)詞(ci)在(zai)不(bu)同場(chang)合有不(bu)同理(li)解:一(yi)種是(shi)真正(zheng)意義(yi)上的接地(di)(也就是(shi)我們平常(chang)所說的接大(da)地(di));另(ling)一(yi)種是(shi)接參(can)考地(di)(設(she)備里的一(yi)個公(gong)共參(can)考電(dian)位點(dian))。
設備(bei)接大地,是為(wei)了設備(bei)的安全以及與人(ren)員的安全。
設備(bei)接(jie)參考(kao)地,是為(wei)了在(zai)設備(bei)里建立一個穩定可靠(kao)的基準電位(wei)點。
1.1.1 參考地(di)的概念
理想的(de)參(can)考地是(shi)一個零電位、零阻抗(kang)的(de)物理實體(ti),任何電流通過(guo)它時都不(bu)會產生壓(ya)降。因此,理想的(de)參(can)考地可(ke)以為設(she)備中的(de)任何信號提供公共的(de)參(can)考電位,而不(bu)必擔心各接地點(dian)之間(jian)是(shi)否存在電位差。
理想的參考(kao)地(di)并不存在(zai),但(dan)參考(kao)地(di)的概念對于設備的電磁兼容性仍有重要(yao)意義。
在實(shi)用中,設(she)備(bei)的(de)參(can)考(kao)地可以是一塊(kuai)金屬(shu)薄(bo)板(在實(shi)際設(she)備(bei)中,往往是一塊(kuai)大面(mian)積的(de)金屬(shu)板,如設(she)備(bei)的(de)底板、專用接地銅排、甚至(zhi)是由設(she)備(bei)的(de)框架(jia)來擔(dan)當的(de))。這塊(kuai)金屬(shu)板在設(she)備(bei)里作為部分或全部電路(lu)的(de)信(xin)號參(can)考(kao)平(ping)面(mian)。
1.1.2 設備參(can)考地的(de)接法
設備(bei)有四種(zhong)基本的參考(kao)接(jie)地(di)方法(fa):即浮地(di)、單(dan)點(dian)接(jie)地(di)和多點(dian)接(jie)地(di),以(yi)及由單(dan)點(dian)接(jie)地(di)和多點(dian)接(jie)地(di)派(pai)生出來的混合接(jie)地(di)。
a. 浮地
采用浮地的目的是將(jiang)設備(bei)或(huo)電路(lu)與公共地或(huo)可能引起環流的公共導體隔離開來。浮地還可以使不同電位的電路(lu)間配合(通過光耦或(huo)變壓器)變得(de)容易。
浮(fu)地(di)(di)(di)方式(shi)的(de)(de)(de)最大(da)優點是抗干(gan)擾性能好。 浮(fu)地(di)(di)(di)的(de)(de)(de)主要缺點是設(she)備不與公共地(di)(di)(di)直接(jie)連接(jie),容易產(chan)生靜電(dian)積累,當電(dian)荷積累到(dao)一(yi)定(ding)程度,會(hui)(hui)在設(she)備與公共地(di)(di)(di)之間的(de)(de)(de)電(dian)位差會(hui)(hui)引起強烈的(de)(de)(de)靜電(dian)放(fang)電(dian),成為(wei)破(po)壞性很強的(de)(de)(de)干(gan)擾源。作為(wei)折衷,可在采用浮(fu)地(di)(di)(di)的(de)(de)(de)設(she)備與公共地(di)(di)(di)之間接(jie)進一(yi)個阻(zu)值很大(da)的(de)(de)(de)電(dian)阻(zu),以便(bian)泄放(fang)掉(diao)所積累的(de)(de)(de)電(dian)荷。
實例:西門子(zi)模板(ban)的(de)“地”
EMC電磁兼容接地知識與案例分(fen)享
EMC電磁兼容接地(di)知識與(yu)案例分享
實例:西門子模板的“地”
實(shi)例:CPU 模板(ban)和信號模板(ban)
b.單點接地
單點(dian)接(jie)地(di)(di)是(shi)在(zai)一(yi)個(ge)電(dian)路或(huo)設備中(zhong),只(zhi)有(you)一(yi)個(ge)物理點(dian)被(bei)定義為參(can)考(kao)接(jie)地(di)(di)點(dian),其他凡是(shi)需要接(jie)地(di)(di)的(de)點(dian)都(dou)被(bei)連接(jie)到這一(yi)點(dian)上。如果在(zai)一(yi)個(ge)系統(tong)中(zhong)包含(han)有(you)許多(duo)機(ji)柜(ju),則每個(ge)機(ji)柜(ju)的(de)“地(di)(di)”都(dou)是(shi)獨立的(de)(即機(ji)柜(ju)內的(de)電(dian)路采 用自己的(de)單點(dian)接(jie)地(di)(di)),然后各(ge)機(ji)柜(ju)的(de)“地(di)(di)”再被(bei)連到系統(tong)中(zhong)唯一(yi)的(de)參(can)考(kao)點(dian)上。
單(dan)點(dian)接(jie)地(di)(di)(di)的優點(dian)是簡(jian)單(dan)。但是單(dan)點(dian)接(jie)地(di)(di)(di)的最大缺點(dian)是,當系統(tong)工(gong)(gong)作(zuo)頻率很高(gao),以致波長小到(dao)與系統(tong)接(jie)地(di)(di)(di)線(xian)(xian)長度可以比(bi)擬時(shi)(如達(da)到(dao)λ/4 時(shi)),就(jiu)不能再用(yong)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)(di)(di)了。此時(shi),這根接(jie)地(di)(di)(di)線(xian)(xian)就(jiu)好像是一根天線(xian)(xian),通過它(ta)向外輻射(she)電磁波, 會影響周圍設(she)備(bei)和電路的工(gong)(gong)作(zuo)。
單點接(jie)地分串(chuan)聯單點接(jie)地和并聯單點接(jie)地。從(cong)噪聲觀點看,串(chuan)聯單點接(jie)地是最差的接(jie)地方式(shi),因任何導(dao)(dao)線都有電(dian)阻(zu),流經導(dao)(dao)線的電(dian)流都會在(zai)導(dao)(dao)線上產生壓降,造成相互間(jian)干擾。
EMC電(dian)磁兼容接地(di)知(zhi)識與案例(li)分享(xiang)
串聯單點接地
Va=(I1+I2+I3)R1; Vb=(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1; Vc=I3R3+(I2+I3)R2+(I1+I2+I3)R1 。對(dui)于地線電流大而線徑細的場合, 三點電位將相差很(hen)多(duo)。
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并聯單點接地
c.多點接地
多(duo)點(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)是(shi)(shi)指設備(或(huo)系(xi)(xi)統(tong))中凡是(shi)(shi)需(xu)要(yao)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)都是(shi)(shi)直(zhi)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)到離(li)它最近(jin)的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)平面上(就近(jin)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)),以便使接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)線(xian)的(de)(de)(de)長度為(wei)最短。這里(li)所(suo)說的(de)(de)(de)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)平面可以是(shi)(shi)設備的(de)(de)(de)底板(ban)、專用接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)母線(xian)、甚至是(shi)(shi)設備的(de)(de)(de)框架。多(duo)點(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)的(de)(de)(de)這一特點(dian)(dian)使得它在高(gao)頻場合(>10M)下的(de)(de)(de)應用有上佳表現(而單點(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)在低頻(<1M)時的(de)(de)(de)性能為(wei)最好)。多(duo)點(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)的(de)(de)(de)形式看(kan) 似(si)比較簡(jian)單,但對系(xi)(xi)統(tong)中的(de)(de)(de)眾多(duo)接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)線(xian)的(de)(de)(de)維護提出(chu)(chu)了更高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)求。因(yin)為(wei)任(ren)何接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)點(dian)(dian)上的(de)(de)(de)腐蝕、松動都會(hui)使接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)系(xi)(xi)統(tong)出(chu)(chu)現高(gao)阻抗,從而使接(jie)(jie)(jie)地(di)(di)效果(guo)變(bian)差。
d.混合接地
單點(dian)(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)優點(dian)(dian)(dian)(dian)和(he)多(duo)點(dian)(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)缺點(dian)(dian)(dian)(dian),使人(ren)們想(xiang)到了混合接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di):即個別要(yao)求高頻接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)選擇多(duo)點(dian)(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)(就近(jin)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)),其余各(ge)點(dian)(dian)(dian)(dian)都采用單點(dian)(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)。所謂混合接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di),要(yao)求設(she)計(ji)人(ren)員對系統(tong)各(ge)部分工作情(qing)況作一個分析(xi),只將那些需要(yao)就近(jin)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)直接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(或需要(yao)高頻接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)通過旁路電容)與接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)平(ping)面相連(lian)。而其余各(ge)點(dian)(dian)(dian)(dian)都采用單點(dian)(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)地(di)的(de)(de)(de)辦法。
接(jie)(jie)地(di)(di)(di)的(de)主要(yao)目的(de)應(ying)(ying)該(gai)是提供一個低(di)(di)阻(zu)抗(kang)的(de)參考面/低(di)(di)阻(zu)抗(kang)的(de)回(hui)流(liu)路徑。選(xuan)擇(ze)單點接(jie)(jie)地(di)(di)(di)、多點接(jie)(jie)地(di)(di)(di)或(huo)者混合(he)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)的(de)思路,應(ying)(ying)該(gai)綜合(he)考慮(lv)噪聲(sheng)的(de)頻率、接(jie)(jie)地(di)(di)(di)線的(de)長度等因(yin)素,從而選(xuan)擇(ze)一個地(di)(di)(di)線阻(zu)抗(kang)最(zui)低(di)(di)的(de)接(jie)(jie)地(di)(di)(di)方法。
下(xia)面是(shi)幾個單點接地的應用(yong)實(shi)例(li)(li),通過這些(xie)(xie)(xie)(xie)實(shi)例(li)(li)可以(yi)知道哪(na)些(xie)(xie)(xie)(xie)做法是(shi)正確的;哪(na)些(xie)(xie)(xie)(xie)做法是(shi)可以(yi)采用(yong)的;又有哪(na)些(xie)(xie)(xie)(xie)做法是(shi)錯誤的。
實例 1.
EMC電磁兼容接地知識與案例分享(xiang)
實例 2.
EMC電磁兼(jian)容接地知識與案例分享
1.1.3 參考接地(di)線的(de)處理(搭(da)接)
參考接(jie)地(di)是(shi)在一個需要接(jie)參考地(di)的點(或(huo)面(mian))與一個稱為參考地(di)的點(或(huo)面(mian))之間建立導電(dian)通路。
搭(da)接(jie)(jie)則是在(zai)參(can)考(kao)接(jie)(jie)地(di)線處(chu)理中采用的一個(ge)辦(ban)法,通(tong)過(guo)它實現(xian)低阻(zu)抗互連的目的。搭(da)接(jie)(jie)后的兩(liang)個(ge)金屬面(mian)便成為(wei)等(deng)(deng)電(dian)位面(mian)。搭(da)接(jie)(jie)可(ke)實現(xian)電(dian)路與(yu)(yu)機(ji)箱(xiang)、電(dian)路與(yu)(yu)參(can)考(kao)地(di)、電(dian)纜(lan)屏(ping)蔽層與(yu)(yu)機(ji)箱(xiang)、濾波器與(yu)(yu)機(ji)箱(xiang)之(zhi)間的連接(jie)(jie),屏(ping)蔽體上不同部(bu)位的連接(jie)(jie)以及不同機(ji)箱(xiang)的地(di)線連接(jie)(jie)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。
搭(da)接分直(zhi)接搭(da)接(將要連接的(de)點直(zhi)接構(gou)通(tong))和間(jian)接搭(da)接(通(tong)過中間(jian)導體(ti)實現連接點之間(jian)的(de)相(xiang)互構(gou)通(tong))兩種。
1.1.4 常用的搭(da)接方法有:
①焊接。是比(bi)較理想的(de)(de)搭接方法,可避免(mian)金屬面曝露在(zai)空氣中,因銹蝕造成(cheng)的(de)(de)搭接性(xing)能下降。
②鉚接。在(zai)鉚接部位(wei)的(de)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao),但其他部位(wei)阻(zu)抗(kang)較(jiao)大。在(zai)高頻時不(bu)能(neng)提供良(liang)好的(de)低阻(zu)抗(kang)連接。
③螺(luo)(luo)釘(ding)(ding)連(lian)接(jie)。由(you)(you)于螺(luo)(luo)釘(ding)(ding)運動,使兩部分金屬(shu)接(jie)觸(chu)由(you)(you)面(mian)變成了線接(jie)觸(chu)。 麻(ma)煩的(de)是(shi),由(you)(you)于腐(fu)蝕和高(gao)頻電(dian)流的(de)趨膚效(xiao)應使射頻電(dian)流沿螺(luo)(luo)釘(ding)(ding)的(de)螺(luo)(luo)旋線流動,使這種連(lian)接(jie)在(zai)很(hen)大程度上(shang)呈現電(dian)感(gan)性,對于高(gao)頻信號的(de)接(jie)地(di)(di)線處(chu)理不利。也正是(shi)基(ji)于這一原因,建議尤其不要采用(yong)自攻螺(luo)(luo)釘(ding)(ding)作接(jie)地(di)(di)線的(de)連(lian)接(jie)處(chu)理。
1.1.5 搭(da)接不良對設備的影(ying)響
EMC電磁(ci)兼(jian)容接地知識(shi)與(yu)案例(li)分(fen)享
實例 1
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實例 2
1.2設備的接地(接大地)
將大地作基準電位是(shi)基于以下幾(ji)個理(li)由:
①可實現設備的(de)安全(quan)接地(di)(di)。當設備不接地(di)(di)時,一旦電(dian)源(yuan)線與(yu)機(ji)箱之(zhi)間的(de)絕緣(yuan)層發生(sheng)破(po)損就會(hui)造成觸電(dian)。設備接地(di)(di)后,機(ji)箱的(de)對地(di)(di)電(dian)壓(ya)為 0V,即使電(dian)源(yuan)線與(yu)機(ji)箱間的(de)絕緣(yuan)遭到(dao)破(po)壞,也(ye)只有大電(dian)流流到(dao)地(di)(di)線,引起進線保險絲的(de)燒斷,從而(er)保護(hu)設備的(de)安全(quan)。
②泄放(fang)掉因靜電感應在機(ji)箱(xiang)上所積(ji)蓄的(de)(de)電荷(he),從而避免由于電荷(he)積(ji)聚使機(ji)箱(xiang)電位升高而造成的(de)(de)設備內部(bu)放(fang)電。
③提高設(she)備(bei)工(gong)作(zuo)的穩定(ding)(ding)性,防止設(she)備(bei)在外界電(dian)磁環境作(zuo)用(yong)下使設(she)備(bei)對大地(di)電(dian)位發(fa)生變(bian)化,造成電(dian)路工(gong)作(zuo)不穩定(ding)(ding)。將(jiang)設(she)備(bei)的外殼接地(di),設(she)備(bei)就以大地(di)為零參考(kao)電(dian)位,可以有效防止干擾的發(fa)生。
所以,設備(bei)接大地(di)(di)能夠(gou)保證(zheng)設備(bei)安(an)全(quan)、人(ren)員(yuan)安(an)全(quan)和設備(bei)可靠運行。實用(yong)中如(ru)能把接地(di)(di)與屏(ping)蔽(bi)兩大技術配合使(shi)用(yong),則(ze)對提(ti)高設備(bei)電磁兼容性能起到事半功(gong)倍的(de)作用(yong)。
本文由(you)廣州(zhou)佳譽醫(yi)療(liao)器(qi)械有限(xian)公(gong)司/佛山浩揚(yang)醫(yi)療(liao)器(qi)械有限(xian)公(gong)司聯合編輯