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发布时间:2024-01-09 16:52:00 阅读: 来源:剥线钳厂家

系统接地设计万能钥匙

有几次做培训的时候,答疑期间屡屡被问到一个问题,“接地是产品安规设计和电磁兼容设计的一个极重要的问题,并且听起来很简单,几乎每个设计者都在做,但真正做好的也不多,你能不能给出一种好的接地方法来,总结成放之四海而皆准的接地设计规律来”。提出此看法的工程师有电力电子设备的、医疗电子设备的、还有IC设计的和大型强弱电综合系统集成的,这些不同的专业,又因为其应用环境的不同,产品特点的不同而导致了接地的各种特色。经过了半年多的思考提炼,我把接地的规律性、基础性的思维方法总结出来,希望它能成为放之四海而皆可用的万能钥匙。

接地的定义是电流回流的最小阻抗路径。此定义有点晦涩难懂,但它有一点是很明确的,它秉承了“有奶便是娘”的人生哲学,是典型的机会主义,哪条通路阻抗小,电流就往哪条路去,这一条提示我们注意:接地的导通通路未必就是我们所认为所设计的那条路径,因为那条路径可能不是最小阻抗的,千万不要想当然认为我给你画出了路子,你就必须得走。鲁迅先生写道“世上本没有路,走的人多也便成了路”。所以电路设计中,要有意识的将可能但我们不希望产生电流接地通路的地方cut掉,让电流走唯一的路径到地,我们设计的措施也将会针对性强得多。

这里面有一个最简单的设计例子,电路板的安装柱一般用金属的,并且习惯性的接到金属壳上去,将电路板的信号地和外壳保护地接了起来,此方法正确与否下面会有专题探讨,这里只说一点,安装柱一般不会只有一个,这样的原因,电流的回流路径就可能不止一个了。信号连接器的外壳是否接地、屏蔽电缆层是否接地、金属机箱的各组成壳体之间的接触是否良好、外壳或固定电路板的金属安装板之间的连接阻抗是否足够低,等等地方都会涉及到这个问题。所以地通路要做被设计者玩弄于股掌之间,运筹于帷幄之内。

地有几个作用,在不同的地方作用可能不同,要识别清楚,因为不同用途的设计重点可能不同,就像男人,在单位的是经理,在家里是修理工。地主要有三个作用,信号回流、平衡电位、其中美国占比22.1%泄放电流。区别DVD在哪呢?

回流就是去流信号要从地线回来,地线的阻抗大了会产生压降引起信号失真、信号和地组成的环路会引入空间辐射干扰(右手定则可以分析出来)、非独立地线(公用地线)会因为甲信号的波动导致地线漂移,而乙信号受到影响。如下图:GA段和AB段是公共阻抗,电路1、电路2、电路3流经公共阻抗的回流信号会导致地线基准发生飘移,如果电路1和电路2之间发推动河南铝工业绿色化、高端化、精品化、高效益发展生了信号的传递,地线基准的不同将引起信号数据的失真。这个就是多点接地、单点接地、混合接地的问题。

如果是平衡电位的,地线各部分之间导通电阻就要足够小,不然不能做到地电位的均衡性。水表如果是泄放电流的,就要保证入地阻抗足够低,并且地线要能耐大电流,比如防雷接地的地线。

另一个就是静电接地和普通接地的区别。一提到接地,都是阻抗越低越好,但对静电接地不然,静电接地阻抗一般在1M-1000M欧姆,原因是阻抗太高等同于绝缘,积累的电荷泄放不掉,这个道理与普通接地无异,但导通阻抗太低,泄放得太快也不是好事,因为在有用途锐配件电路上积累的静电荷,如果瞬间泄放的话,会导致不可弯曲预裂纹应力腐蚀试验机控的电路上有瞬间尖峰电流通过,对芯片内部的走线、PCB的信号线、电气接触的触点等地方会产生影响,导致不可见的累积性损伤,当时看不出来,日久年深出现问题,比如电容的漏电流超标就可能是其一个可能的后果。

虽然地的作用都是把电荷导入大地,那是否保护接地、防雷接地、信号接地是否可以接到一起。答案自然是不能,原因何在?雷电浪涌的释放电流偏大,瞬间释放,即使导通阻抗再低,也会产生很大压降,这个电压对其它弱信号的影响就大了。另外,这个电荷瞬间泄放不掉的话,还会反激到其他电路中去。打雷时家里电器被毁有一些就是这个因素。

接地设计还有个容易产生问题的误区,我们常常把地接上了,万用表一测,导通阻抗很低,就基本不会考虑接地的啥问题了,但正应了一句话“很多人不是死于疾病,而是死于治疗本身”。这里面恰恰就有一个微观的问题,接地线本身如果仅是一根铜线的话,虽然导通阻抗不高,但万用表测出的仅仅是直流电阻,而线缆上是有电感的,低频或直流时候,电感效应不明显,在高频的时候,接地线的高频阻抗就很大了,地线上的高频干扰不能被及时泄放掉,于是会产生电磁兼容问题,因为地线的波动会与信号端产生差模干扰。一般的专业接地设备、或在电磁兼容实验室里,接地都用扁平金属蛇皮电缆或宽的铜皮,其道理就是减小地线的电感效应,达到低高频阻抗的目的。这是一个高频思维的问题,要把它和直流思维分开。

多点接地、单点接地、混合接地到底哪一个好,这是一个已经争论了很久,估计还将持续争论下去的话题,给出一个经验型的参考来。首先鼓励单点接地,但当单点接地情况下,地线的长度大于或等于线上信号波长的1/20的时候,就不能单点接地了,要换成多点接地,且接地点之间的距离不超过信号波长的1/20。

曾经碰到过这样一个案例,A设备接地良好,单机调试ok,在机房与B机信号电缆相连,只要一连上,空开就跳闸,漏电流超标,两台设备单独用时都没问题。这是一个系统接地和单机接地的问题。这在具体设计时候进行控制和分析即可,没有太特别的地方。只是注意尽量不要为其他设备提供辅助电源,尽量考虑现场接地不良情况下对机器可能的影响,因为接地不良经常存在。

以上简单论述了接地几个需要注意的地方,也是比较常见的问题和误区。希望引起足够的警惕,避免“沉舟侧畔千帆堕,病树前头万木枯”的局面发生起来。(end)

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