84401833地环流抑制技术的探讨

关键词 ： 环流 地 抑制 接地 隔离 浮 置
Ｄｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｓ ｒ ｎｔＴｅ ｈｎ ｑｕｅ ｏ ｒ ｎｄ Ｃｉ ｃ ｍ ｆｕｅ ｅ ｓ ｕ ｓｏｎ ｏ Ｒｅ ｔ ａｉ ｃ ｉ ｆ Ｇ ｏｕ ｒ ｕ ｌ ｎｃ
Ｑｕ Ｚ ａ Ｌｉ ｅ ｙ ｎ Ｄｅ ｇ Ｘｉ ｚ ｏ ｇ ｈｏ ｕＷ ｎ ａ ｎ ｎｈ ｎ
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图 ６ 光 电 隔 离 不 惹 图
缺 点 在 于 光 电耦 合 传 输 信 号 的精 度 较 差 ， 在 模拟 系 统 中很 少 采用 。 于数 字 信 号 ， 对 因为 只 考虑 逻辑 电平 ， 电平 精度 无关 紧要 ， 其 因此 在数 字 系统 中普 遍 采 用 。特 别 是 数 据 采集 系 统 中 ， Ｄ 转 换 Ａ／ 之后 通 过 光 电耦 合 与 数 字 系 统 连 接 ， 而 将 模 拟 从
取 一点 接 地 。若 接 地 线 的长 度超 过 波 长 的 １２ ， ／０
采取 一 点 接地 ， 会 产生 传 输延 迟 等 现象 。 就 当频率 高 于 １ ０ＭＨｚ时 ， 由于 导 线 存 在 分 布 电容 与分 布 电感 ， 随着 频 率 升高 ， 线 间 的容性 耦 合及 感 生耦 地
ｆｏ ｔｎｇ ｏ ｈｅ ｂ ｓ ｆａ ａ ｙ ｉ ｇ ｉｓ ｆ ｒ ｉ ｇ ａ ｄ ｈ ｒ ． ｅ ａ ｐ ｉ ａ ｉｉ ｎ ｔｃ ｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｉ ｅ Ｏ ａ ｏ ｇ ｉ ｌ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｅ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｔ ｏ ｍ ｎ ｎ ａ ｍ Ｔｈ ｐ ｌ ｂ ｌｔ ａ ｄ ｎｏ ｉ ｅ ｒ ｒ ｖ ｄ ｄ Ｓ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｙ ｔ ｅ ｏ ｔｍａ ｎ ｉｉ ｔ ｒ ｅ ｅ ｃ ｆｅ ｔ ｈ ｐ ｉ ｌａ ｔ—ｎ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｅ ｆ ｃ ． Ｋｅ ｗｏ ｄｓ ｇ ｏ ｄ ｃ ｒ ｕ ｌ ｅ ｃ ｒ ｓ ｒ ｉ ｔ ｇ ｏ ｄｉ ｇ ｉ ｏ ａ ｉ ｇ ｆｏ ｔｎ ｙ ｒ ： ｒ ｕｎ ｉｃ ｍｆ ｕ ｎ ｅ ｅ ｔ ａ ｎ ｒ ｕｎ ｎ ｓ ｌ ｔｎ ｌ ａ ｉ ｇ
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虚线 分 隔成 ３部分 ） 间无 共 地 连接 ， 之 既传 输 了信 号， 又避 免 了接 地 干扰 。
３ ２ 光 电隔 离技 术 ．
√ １ 面 。 （ １） － ＋
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｔｈｓ ｐａ ｒ ｄｓ ｕ ｓ ｓ ｅ ｔａｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｒ ｕ ｉｃ ｍｆｕｅ ｃ ｕ ｈ ｓ ｒ ｕ ｄｉｇ，ｓ ｌｔｎ ｉ ｐｅ ｉｃ ｓ ｅ ｒ ｓｒ ｉｔ ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｇ ｏ ｎｄ ｃｒ ｕ ｌ ｎ ｅ ｓ ｃ ａ ｇ ｏ ｎ ｎ ｉｏａ ｉｇ，
的多点 接 地 。若 能采 用 一 点接 地就 可 避免 形 成地
环 流 。对 频 率低 于 １ＭＨｚ的 系统或 频 率在 １ １ ～ ０
ＭＨｚ之 间 ， 地线 长 度 又不 超 过 波 长 的 １ ２ ， 采 ／０应
接地 ， 由于两 接 地点 之 间存 在 电位 差 （ 用 电量 大 在 的两 地 ， 电位 差较 大 ） 将 形 成地 环 流 。 图 １所 地 ， 如
虽 能根 除 地环 流干 扰 ， 并 不是 适 用 于所 有 场合 。 但
在 设计 过 程 中 ， 时 不 可避 免 地要 采 用 多点 接地 ， 有 即产 生地 环 流 的事不 可 回避 ， 故此 ， 环 流 的抑 制 地
技术 ， 就是 我 们需 要 探讨 的问题 。
３ 用 隔 离技 术 抑 制 地 环 流
隔离变压 器
朗 图
图 ３ 变 压 器 隔 离 等 效 电 路 图 ４ 变 压 器 绕 组 电 屏 蔽 示 意 图
电涡 流 ， 成对 高 频信 号 的磁 屏 蔽 ， 形 不利 于 信 号 的 传 输 。因此 这 种办 法 只能 在 一定 范 围 内使 用 。 要 想 解 决 直 流 信 号 的 传 输 问 题 ， 在 模 拟 系 可 统 前 端 用 浮地 的隔离 放 大器 。它可 以抗 ３ ０Ｖ 以 ０ 上 的共模 干 扰 。工 作 原理 如 图 ５所 示 。
罩接地。 浮 空屏 蔽 的接 地 准 则 ： 满 足 一 点 接 地 的 原 应
图 ８ 浮 空 鞴 在放 大 器 侧 的 等 效 电路 图
若 在测试 系统 中不采用 隔离 的测量 放大 器 ， 此
时将 信号源 端实现 浮空 ， 同样 可 以隔离地 环 流 的流 通 。 连接 如 图 ９ 示 ， 其 所 将信 号 源 内屏蔽 层 、 信号线
，
／
必须 减 小 ， Ｒ ， 而 干扰 频 率 是 不 能 改 Ｃ， 然
变 的 ， 变 凡 会 影 响 信 号传 输 效 果 ， 改 因此 减 小 干 扰 的有 效 措 施 是 减 小 变 压 器 的 分 布 电容 Ｃ， 就 这 需要 在 变压 器 制造 工 艺 上采 取 措施 。 图 ４ 示 ， 如 所 在 变 压器 绕 组 间插 入 电屏 蔽 ， 样 达 到 了减 小 分 这 布 电容 Ｃ 的 目的 ， 时 需 将 屏 蔽 层 与 凡 接 地 端 同
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图 ２ 变 压 器 隔 离 不 葸 图
考 虑 到 变 压 器 绕 组 之 间 有 分 布 电容 ， 过 分 通 布 电容 仍然 可 以形 成 环路 ， 等效 电路 见 图 ３ 其 。图 中 设 电路 Ａ 的 输 出 电 阻 为 零 ， 布 电 容 为 Ｃ， 分 电 路 Ｂ 的 负 载 电 阻 为 Ｒ ， 为 变 压 器 副 端 绕 组 电 Ｌ 感 。 因为仅 考 虑地 环 流 干扰 ， 据 迭加 原 理 ， 号 根 信 电压 短 路 ， 由地 电位 差 在 Ｒ 上 形 成 的干 扰为
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电 气传 动
２０ ０ ３年 第 ５期
地 环 流 抑 制 技 术 的探 讨
瞿 望 刘文 彦 邓 新 中
长 沙 大 学
擅 耍 ： 章 在 分 析 了 地 环 流 的 形 成 和 危 害 的 基 础 上 ， 论 了 接 地 、 离 、 置 等 抑 制 地 环 流 的 措 施 ， 出 适 文 讨 隔 浮 提 用 范 围 及 注 意 事 项 ， 求 得 最 佳 的抗 干 扰 效 果 。 以
合 越趋 严 重 ， 宜采 取一 点 接地 。 不 另外 在某 些 系 统 中 ， 部 件 之 间相 距 较 远 ， 各 无法 实 现 一 点接 地 ， 不 得不 采 取 多点 接 地方 式 。 上所 述 ， 点接 地 方 式 综 一
环 流很 大时 ， 使 Ａ、 两点 出 现很 高 的共 模 噪 声 致 Ｂ 电压 ， 通过 分 布 参数 耦合 至信号 线 ， 直 接连 接 并 或 到 电平 信号 线 上 ， 将产 生很 大 的串模 干 扰 ， 至损 甚
通 过 变压 器 耦 合 至输 出 电路 解调 、 滤波 ， 原 为直 还
（ 卜壶 ）ｊ 一赤
式 中 ： 为两 接 地 点 的 电位 差 ； 为其 角频 率 。
取 比值 之 模
流信 号输 出 。 入 电路 、 出电路 、 电 电路 （ 中 输 输 供 图
＝ ＝ ＝ ＝
Ｔ ，
＝
Hale Waihona Puke — ＝大 ， 以忽 略 ， 可 上式 近 似 为
一 厂— － —— 一
） 。
分 布 电容 在 频 率 高 时 影 响 大 ， 时 电感 Ｌ的 阻抗 此
通 过 光 电 耦 合 器 截 断 ２个 电 路 间 的 地 环 路 。 如 图 ６所示 ， 光二 极 管 的发 光 强 度 随 电路 Ａ 的 发 输 出 电流 大 小 而 变 化 ， 强 的变 化 使 光 电 晶体 管 光
１ 地 环 流 的 形 成 及 危 害
各种 电子设 备 根据 不 同要 求 和 目的都 需要 接 地 。 如 ： 了安 全 ， 壳需 接 大地 ； 了使 电路 正 例 为 机 为 常工作 ， 系统 要 有公 共 参考 点 ； 了抑制 干 扰需 加 为 屏蔽罩 ， 屏蔽 罩 也要 接 地 。 在 接 地过 程 中要 特 别 但
注意 避免 在 接地 点 间形 成 地环 流 。 所周 知 ， 众 当被 测 信 号 与 测 试 系 统 相 距 较 远 时 ， 果 在 两 处 分 别 如
坏 接 口电路及 信 号线 。 因此不 可 掉 以轻 心 ， 必须 严
加 防范 。
２ 一 点 接 地 原 则
从 上 面分 析 中可 看 出 ， 环 流 的成 因是 系统 地
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连接 ， 以避免绕组与屏蔽层间的分布电容耦合 。
应 该 指 出 ， 压 器 不 能 传 输 直 流 信 号 或 接 近 变 直 流 的低 频 信 号 ， 电屏 蔽 层 对 高 频 信 号 会 产 生 而
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电 气传 动 ２ ０ 年 第 ５期 ０３
屏蔽层 和测 量放大 器 的屏 蔽层 相连 ， 并在 放大 器侧
３ １ 电 磁 隔 离 技 术 ．
利 用 变压 器来 截 断 环流 ， 图 ２ 示 ， 如 所 电路 Ａ
输 出 信 号 经 过 变 压器 耦 合 到 电路 Ｂ， 而 地 环 路 从
被截 断 ， 电路 各 有 各 的地 电位 基 准 ， 们互 相 独 两 它 立 而不 会造 成 干扰 。 采用 隔 离 变压 器后 ， 电路 间 两 无 传 导 电流 联 系 ， 信 号 能 够 通 过 耦 合 形 式 进 行 但 传递 。
利 用 变压 器 耦合 器 件 或光 电耦 合 器件 实 现有
图 １ 地 环 流 形 成 示 意 图
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用 信 号 的传 送 而 又不 形 成地 环 流 ， 即所 谓 电磁 隔
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电 气 传 动 ２ ０ ０ ３年 第 ５期
离 和光 电隔离 ， 是 一种 消 除 地环 流 的有 效 措施 。 这