哈工大 接地技术.ppt
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江滨浩 第五章 接地技术 5.1 设施接地系统(安全接地、防雷接地) 5.2 信号地 ——装置内(PCB) 理想地:零阻抗的等位面,如大地、装置的接地体,PCB的接地平面。 理想接地:需接地点与地之间的零阻抗连接。 5.1 设施接地系统 接地系统的组成部分: (1)大地电极分系统 (2)雷电保护分系统 (3)故障保护分系统 (4)信号参考分系统 5.1.1 大地电极分系统 5.1.1 大地电极分系统 5.1.2 故障保护分系统 5.1.3 信号参考分系统 5.2 信号地—信号电流的返回路径 信号地引起的典型问题 判断接地好坏的标准 电流如何选择返回路径 单点接地、多点接地和混合接地 5.2.1 信号地引起的典型问题 共阻抗耦合 地弹 5.2.2 判断接地好坏的标准 环路面积和路径长短 阻抗大小(粗地线、地平面、接地网格) 地环路干扰 地环路干扰形成的原因 接地体(平面)地线电位示意图 解决地环路干扰的方法 减小地线的阻抗,从而减小干扰电压 单点接地消除地环路 更实用的方法:隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、差分平衡电路等方法 5.2.3 电流如何选择返回路径 电流通过具有最低阻抗的路径返回源端 阻抗——直流+高频 5.2.3 电流如何选择返回路径 电流沿着信号线正下方的接地面返回 5.2.4 串联单点接地 5.2.5 单点并联接地 长地线的阻抗 多点接地 混合接地 折衷的方法 例:线路板上的地线 模拟、数字地分割,好吗? * * * 图5-1 设施大地电极分系统配置(GJB Z25) 图5-2 接地棒的配置 图5-3 故障保护分系统配置图 图5-4 单点接地系统的两种实现形式(低频系统) GJB/Z 25-91 电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南 IG VG VN 地环路 I1 I2 当 时,产生噪声电压 。 差模电流 干扰 高 接地点电位不同 处在强交变磁场中 -感应电压 V 低 ? 2mV ?200mV 2mV ~ 10mV 10mV ~ 20mV 20mV ~ 100mV 100mV ~ 200mV 原因:信号(地线电流)频率高,感抗大,容抗小 设计方案:分割相对稳定的电位区域 (a) (b) 优点:简单,多用 缺点:地线不再是等电位线- 共阻抗干扰,各点电位不稳定 。 注意,要把具有最低接地电平的电路放置在最靠近接地点处,即图A点处,以便 B 点和 C 点的接地电位对其影响最小。 适合于低频情况,高频时工作地线中的电阻和分布电感增大,共阻抗 干扰更加严重。 1 2 3 I1 I2 I3 A B C R1 R2 R3 1 2 3 I1 I2 I3 A B C 优点:无公共阻抗耦合,各电路的地电位只与本电路的地电流及 地线阻抗有关, 不受其他电路的影响。 缺点:接地线过多,过长。 适合于低频情况 高频时,地线(过长)之间、地线和其他导线之间可能产生电容、电感耦合 相互串扰(接地反弹)- 出现公共阻抗耦合。 当地线长度大于波长的1/4时,为终端短路的传输线,特别长度为(波长 /4)的 奇数倍时,接地点相当于开路状态,这时地线变成了天线向外辐射干扰。 设备 Z0 = (L/C)1/2 R R L L C C fP1 = 1/2?(LC)1/2 ZP = (?L)2/R RDC 谐振 地线和地平面,类似一条传输线,可用LCR模型来描述。L、C决定了传输 线的阻抗Z。随着频率的增加,交流电阻增加,电路的损耗增加,因此谐振 的峰值和峰谷越来越不明显。 谐振时,影响电路的稳定性 为了保证接地阻抗很小,地线的长度要小于最小波长的1/20。 R1 R2 R3 L1 L2 L3 电路1 电路2 电路3 系统中各个需要接地的电路、设备都直接接到距它最近的接地平面上,以使接地线的长度最短, 最大限度地降低导线阻抗. 优点 :地线较短,适用于高频情况 缺点: 可能形成地线回路,造成地回环路干扰. 通过减小地线阻抗(镀银,良好搭接-减少表面电阻,宽金属板地 线-减小电感)来解决。 ~ Vs 地电流 Rs 混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。在低频段实现单点接地,而在高频时实现采用多点接地。适合于工作宽频带情况。 图为低频工作的系统,为了避免公共阻抗耦合,需要系统单点接地。但这 个系统暴露在高频强电磁场中,屏蔽电缆需要双端接
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