第三章 接地 江滨浩-2008-09

1、E EMMC C-3 -3 第三章第三章 接地技术接地技术o 概述概述o 安全接地安全接地o 地环路问题与解决方法地环路问题与解决方法o 公共阻抗耦合问题公共阻抗耦合问题o 各种接地方法各种接地方法E EMMC C-3 -3 概概 述述E EMMC C-3 -3 安安 全全 地地220V0V+ + + 关键词关键词： 安全，漏电保护，雷击电流，泄放路径，泄放电荷安全，漏电保护，雷击电流，泄放路径，泄放电荷 E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3NON !DisjoncteurTERREClacOUI !DisjoncteurdiffrentielE EMMC C-3 -3 接零保

2、护接地接零保护接地人体电阻人体电阻: 10- 1.5k欧欧，人体的安全电流值人体的安全电流值: 交流为交流为 15-20mA ，直流电流为直流电流为 40mA持续时间在持续时间在 1s以上以上, 安全电压为安全电压为 36VE EMMC C-3 -3PHNRelativement frquentTrs rareTerrecontact indirectE EMMC C-3 -3良好的接地良好的接地接地电阻甚小接地电阻甚小跨步电压跨步电压E EMMC C-3 -3 信信 号号 接接 地地o 传统定义传统定义： 地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提地线就是电路中的电位参考点，它为系统

3、中的所有电路提供一个电位基准供一个电位基准（假设零阻抗的理想）（假设零阻抗的理想）。o 真实情况真实情况 地线为信号流回源的路径地线为信号流回源的路径（少刻意画出）（少刻意画出） 地线阻抗不为零，电流流过有限阻抗时，必然会导致地线阻抗不为零，电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降电压降不为零不为零E EMMC C-3 -3 地线引发干扰问题的原因地线引发干扰问题的原因V = I R地线电压地线电压地线是等地线是等电位的假电位的假设不成立设不成立电流走最小电流走最小阻抗路径阻抗路径难以确定地难以确定地电流的确切电流的确切路径路径地电流失地电流失去控制去控制较大的信号较大的信号 回路面积回路面积 较

4、强的电磁辐射较强的电磁辐射 电路间的互感耦电路间的互感耦增加对外的敏感度增加对外的敏感度1 2 3 E EMMC C-3 -3地线电位示意图 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mVp 原因：信号（地线电流）频率高，感抗大，容抗小原因：信号（地线电流）频率高，感抗大，容抗小p 设计方案：分割相对稳定的电位区域设计方案：分割相对稳定的电位区域E EMMC C-3 -3 信信 号号 接接 地地n 新定义新定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径信号电流流回信号源的低阻抗路径强调强调： 流回路径，低阻抗流回路径，低阻抗E EMMC C-3 -3E EM

5、MC C-3 -3 导线的阻抗导线的阻抗o 导线的阻抗电阻导线的阻抗电阻内电感内电感Z = RAC + jLin 内电感内电感 直流电阻直流电阻8inLlmp=DClRSr= = 1 / ( f r r)1/2d深度0.37IIn 趋肤效应趋肤效应AD0.076CCRdf R=E EMMC C-3 -3 圆柱导线的阻抗高频时，导线的直径作用减小高频时，导线的直径作用减小频率 Hz d = 0.65cm 10cm 1m d = 0.27cm 10cm 1m d = 0.06cm 10cm 1m d= 0.04cm 10cm 1m 10Hz 51.4 517 327 3.28m 5.29m 52.

6、9m 13.3m 133m 1k 429 7.14m 632 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106 50M 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100M 42.6 54 71.4 77 150M 63.9 81 107 1

7、15 随频率增加，导线电阻增大随频率增加，导线电阻增大 半径变小半径变小 电阻增大电阻增大E EMMC C-3 -3 金属条与导线的阻抗比较l / W金属条阻抗/圆导线阻抗 同周长的金属条阻抗和圆导线阻抗的比较同周长的金属条阻抗和圆导线阻抗的比较00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10wE EMMC C-3 -3 回路的阻抗回路的阻抗n 回路的阻抗电阻回路的阻抗电阻回路回路的感抗的感抗回路的面积大，回路的电感值大，高频时，回路的感抗高回路的面积大，回路的电感值大，高频时，回路的感抗高ACZRj LLIw=+F=回回路感抗均回路感抗均正比于频率正比于频率导线

8、电阻导线电阻= E EMMC C-3 -3 地线问题地线问题1地环路干扰地环路干扰IGVGVN地环路I1I2 当当 时，产生噪声电压时，产生噪声电压 。 共模电流共模电流 干扰干扰12IINV12cIII=-（） 干扰源电压E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 地环路干扰形成的原因地环路干扰形成的原因 高高1. 接地点电位不同接地点电位不同2. 处在强交变电磁处在强交变电磁场中感应电压场中感应电压 V低低E EMMC C-3 -3 地环路干扰形成的原因地环路干扰形成的原因 地线电压地线电压强电流强电流线（地）阻抗）线（地）阻抗）干扰电流E EMMC C-3 -3 解决地环路干扰

9、的方法解决地环路干扰的方法 o 在地线上干扰电流确定时（在地线上干扰电流确定时（情况情况3 3），应减小地线阻抗，从而减小），应减小地线阻抗，从而减小干扰电压干扰电压o 在地线上干扰电压确定时（在地线上干扰电压确定时（情况情况2 2），）， ，增加地环路的阻抗，从，增加地环路的阻抗，从而减小地环路共模电流而减小地环路共模电流o 单点接地消除了地环路单点接地消除了地环路u 更实用的方法：更实用的方法： 隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法u 思考题思考题：当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失，：当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失，

10、往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：“当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联线断开，就可以解决问题线断开，就可以解决问题” ？E EMMC C-3 -3 隔离变压器隔离变压器VG12屏蔽屏蔽CPVGVSVNRLn 方向相同的共模电流在变压器初级绕组中互相抵消，方向相同的共模电流在变压器初级绕组中互相抵消，变压器变压器 起到了隔离作用起到了隔离作用 。n 为了防止地回路电压通过电绕组之间的分布电容耦合加至负为了防止地回路电压通过电绕组之间的分布电容耦合加至负 载，造成干扰，电屏蔽

11、层应接至负载的接地端。载，造成干扰，电屏蔽层应接至负载的接地端。n 隔离变压器不能传输直流和频率很低的信号，隔离变压器不能传输直流和频率很低的信号， 体积大，成本高体积大，成本高 E EMMC C-3 -3102LfR CE EMMC C-3 -3 共模扼流圈的作用共模扼流圈的作用p 流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时磁环中的磁通相互抵消，几乎两线圈流过差模电流时磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差摸电流可以无衰减地通过。没有

12、电感量，所以差摸电流可以无衰减地通过。 （差摸电流）（差摸电流）（共摸电流）共摸电流）E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VNVN / VGMRL/（RS + RL） = R1 / Lf()N1S1VRVj LRw+=LM=由VG引起的干扰电压VN尽量减小 R1 和增大 L（磁导率）。1LRR=E EMMC C-3 -3光隔离器（）光耦器件RL发送接收VGVSCp E EMMC C-3 -3 平衡电路对地环路干扰的抑制平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 I

13、N1IN2ISVL 平衡电路：平衡电路： Rs1= Rs2，RL1 = RL2，VS1 = Vs2 VL = IS（RL1 + RL2 ），地环路噪声地环路噪声 Vg 在负在负 载上没有造成影载上没有造成影 响，仅有信号电流响，仅有信号电流 I IS（差分电流）（差分电流） 流过负载。流过负载。p 高频平衡电路难以实现，通常抑制效果较差。 VgE EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3E EMMC C-3 -3 地线问题地线问题2公共阻抗耦合公共阻抗耦合o 当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时， 就发就发生了公共阻抗耦合

14、。生了公共阻抗耦合。 电路电路1电路电路2地电流地电流1地电流地电流2公共地阻抗公共地阻抗E EMMC C-3 -3 公共阻抗耦合实例公共阻抗耦合实例Vg改进改进1改进改进2p 说明：放大器（或类似电路）的实质是用小信号来对直流电说明：放大器（或类似电路）的实质是用小信号来对直流电 源调制，得到功率较大的信号。因此，源调制，得到功率较大的信号。因此，共用直流共用直流电源的路径上电源的路径上 的公共阻抗都会造成耦合干扰。的公共阻抗都会造成耦合干扰。 放大器放大器功率放大器功率放大器Vg降低公共阻抗的电压降低公共阻抗的电压避开公共阻抗的电压避开公共阻抗的电压E EMMC C-3 -3 接地方式种类

15、接地方式种类 信号接地方式信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地混合接地 多点接地多点接地 单点接地单点接地E EMMC C-3 -3 串联单点接地串联单点接地优点：优点：简单简单缺点缺点：公共阻抗耦合：公共阻抗耦合123I1I2I3ABCR1R2R3()()123123233BBAAACIIIZIUUUUIZUI ZU+=+=+=+E EMMC C-3 -3 串联单点接地串联单点接地 E EMMC C-3 -3 单点并联接地单点并联接地123I1I2I3ABC112233ABCUI ZUI ZUI Z=p 各电路的地电位只与本电路的地电流及地线阻抗各电路的地电位只与本电路的地电流

16、及地线阻抗 有关有关, 不受其他电路的影响。不受其他电路的影响。p 优点：无公共阻抗耦合，优点：无公共阻抗耦合，p 缺点：缺点：接地线过多接地线过多，长度为长度为(波长波长4)的奇数倍，为辐射的奇数倍，为辐射天线天线适用于适用于低频电路低频电路E EMMC C-3 -3 多点接地p 优点：无优点：无公共阻抗耦合，公共阻抗耦合，地线较短地线较短地线较短地线较短， 适合于高频情况适合于高频情况p 缺点：地环环路干扰缺点：地环环路干扰(),B,C1,2,31,2,31,2,3AUIRj Lw=+R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3E EMMC C-3 -3 混合接地混合接地Vs地电流Rs低频时

17、，电容的阻抗较大，放电路为单点接地方式，高频时，电容阻抗较低，电路低频时，电容的阻抗较大，放电路为单点接地方式，高频时，电容阻抗较低，电路成为两点成为两点混合混合接地方式接地方式.Vs安全接地Rs安全接地地环路电流低频时，为安全接地方式，高频时，（感性）地线断开，可切断地环路电流。低频时，为安全接地方式，高频时，（感性）地线断开，可切断地环路电流。E EMMC C-3 -3高频低频E EMMC C-3 -3 接地选择原则接地选择原则o 对低频（小于对低频（小于1MHz）和公共地面小的情况）和公共地面小的情况（小于波长的（小于波长的 20 分之一），用单点接地。分之一），用单点接地。o 对高频（

18、大于对高频（大于10MHz）和公共地面大的情况）和公共地面大的情况（大于波长的（大于波长的20分之一），用多点接地。分之一），用多点接地。o 介于上述两种情况，用混合接地。介于上述两种情况，用混合接地。E EMMC C-3 -3 悬浮接地悬浮接地o 悬浮接地是将信号接地与安全接地分开的方法悬浮接地是将信号接地与安全接地分开的方法E EMMC C-3 -3 E EMMC C-3 -3串联单点、并联单点混合接地串联单点、并联单点混合接地模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路n 折衷的方法：折衷的方法：按照特性分组，将相互之间不易发生干按照特性分组，将相互之间不易发生干扰的电路放在同一组。每个组内采用串联单点接地，获扰的电路放在同一组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。避免相互之间干扰。E EMMC C-3 -3 例：线路板上的地线例：线路板上的地线噪声噪声模拟模拟数字数字在设计线路板时，要将模拟地、数字地以及