浅谈接地过程中会有哪些电磁兼容问题

接地所带来的电磁兼容问题主要是地线干扰,这是所有人都无法解决的棘手问题。有经验的设计者在分析干扰故障时,虽然知道要用     示波器   检查地线上的噪声电压,但是对这种噪声产生的原因并不是很清楚。结果往往是面对噪声电压束手无策。为了解决这个困境,应用信号地并结合电路常识,就很容易发现地线噪声的秘密。

首先,地线不是等电位体。由欧姆定律可知,电流流过一个电阻时,就会在电阻上 产生电压降。实际导体都有一定阻抗,地线也不例外,而且设计不当的地线的阻抗相当大,因此当电流流过地线时,就会在地线上产生电压,失去等电位体的作用。

在设计电路时,往往将地线作为所有电路的公共地线,因此地线上的电流成分众多,电压也很杂乱,这就是地线噪声电压产生的根源所在。

·其次,地线噪声电压对电路系统具有严重的影响。地线噪声意味着地线并不与设计时假设的理想情况一致(作为电位参考点的等电位体)。实际的地线上各点的电位,由于压降的存在是不同的。这样,设计电路的理想假设就被破坏了,电路不能正常工作也不足为奇。这就是地线造成电磁干扰现象的实质。

· 再者,地线电流流经路径的选择具有不确定性。地线电流客观地遵守电流的一般规 律,即选择阻抗最小的路径。对于频率较低的电流,这条路径比较容易确定,即是电阻最小的路径(电阻与导体的截面积、长度和电导率有关)。但对于频率高的电流,确定地线电流的路径很困难,实际的地线电流并不流过当初设想的地线。电流失去“理性”控制,就会产生一些莫名其妙的问题。

结合图1所示的问题归纳,最后得出解决接地电磁兼容问题的目标是:减小地线的阻抗。

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图1 接地所引发的电磁兼容问题

地环路干扰是接地带来的又一个电磁兼容问题。干扰现象常常发生在相距较远的设备之间,设备间往往通过较长的电缆相连。其产生的内在原因是地环路电流的存在。由于地环路干扰是由地环路电流导致的,因此在工程中常常会发现,当将一个设备的安全接地线断开时,干扰现象消失,这是因为地线断开时,切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合,当干扰频率高时,和断开地线与否关系不大。

如图2所示,地环路干扰形成的原因如下:

· 两个设备的地电位不同,它们之间就形成地电压。在这个电压的驱动下,由设备一、 互连电缆、设备二与地所形成的环路中间产生电流流动。电路的不平衡性会导致每根导线上的电流不同,从而产生差模干扰电压,对电路造成干扰。如果其他功率较大的设备共用这段地线,必然会在地线中引起较强电流,而地线又有较大阻抗,最终导致电压的干扰。

·由于互连设备处在较强的电磁场中,电磁场在设备一、互连电缆、设备二与地之间所形成的环路中感应出环路电流,与上面原因的过程一样会导致干扰。

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图2 地环路干扰的形成

针对上述地环路产生的原因,解决地环路干扰的基本思路有两个:

· 一个是减小地线的阻抗,从而减小干扰电压;

· 另一个是增加地环路的阻抗,从而减小地环路电流。

当阻抗无限大时,最简单的方法就是将地环路断开。如将一端的设备浮地,或将线路板与机箱断开等。但出于静电防护或安全的考虑,这种方法在实际操作中是不允许的。而适用的方法就是隔离变压器、     光耦   合、共模扼流圈和平衡电路等。

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