第3章_电磁兼容课件-接地

EMC-3
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地线问题1－地环路干扰
地线问题2－公共阻抗耦合
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当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时， 就发 生了公共阻抗耦合。
电路1 电路2
地电流1
地电流2
公共地阻抗
公共阻抗耦合实例
改进1
放大器
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~
功率放大器
Vg
降低公共阻抗的电压
~ Vg
改进2
~
避开公共阻抗的电压
隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法
思考题：当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失， “当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联
往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：
线断开，就可以解决问题” ？
隔离变压器
V
S
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屏 蔽 层 只 能 接 2 点 2 ！
C
P
RL
100M 42.6 150M 63.9
高 频 时 ， 导 线 的 直 径 作 用 减 小
半径变小，阻抗增大
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如果将10Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到 10MHz 时，对于1米长导线，它的阻抗是直流电阻的1000 倍至10 万倍。因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。 从表上还可以看出，增加导线的直径对于减小直流电阻是十分有 效的，但对于减小交流阻抗的作用很有限。但在电磁兼容中，人们 最关心的交流阻抗。为了减小交流阻抗，一个有效的办法是多根导 线并联。当两根导线并联时，其总电感 L为： L = ( L1 + M ) / 2 从式中可以看出，当两根导线相距较远时，它们之间的互感很小， 总电感相当于单根导线电感的一半。故我们可以通过多条接地线来 减小接地阻抗。但要注意的是，多根导线之间的距离不能过近。 经验数值：一般可用1μΗ/m的数值估算导线电感。
线相比优势不是很大。一般在工程中，L/W不要超过 5，最好在3以下。
当金属条长度远大于宽度时，其阻抗与导线基本相同， 因此，当导体很长时，就没有必要专门使用金属条作 地线，用一条细导线（地线很长时，没有必要使用粗
导线）也具有同样的效果。
回路的阻抗
回路的阻抗＝电阻＋回路的感抗
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Z回 = RAC + jwL F = =4π*10 S 线 其中 μL 为磁导率 圈的截面积，lI线圈的长度， k为
1k
100k 1M 5M 10M 50M
429
7.14 632 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m m 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07
426m 7.12 540m 8.28 2.13 4.26 21.3 35.5 2.7 71.2 5.4 356 27 54 81 41.3 82.8 414 714m 10 3.57 7.14 35.7 71.4 107 50 100 500 783m 3.86 7.7 38.5 77 115 10.6 53 106 530
圆柱导线的阻抗
随 频 率 增 加 ， 导 线 阻 抗 增 大
频率 d = 0.65cm d = 0.27cm d = 0.06cm Hz 10cm 1m 10cm 1m 10cm 1m
10Hz 51.4
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d= 0.04cm 10cm 1m
517 327 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m
地线的阻抗
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谈到地线的阻抗引起的地线上各点之间的电位差能够造
成电路的误动作，许多人觉得不可思议：我们用欧姆表测量 地线的电阻时，地线的电阻往往在毫欧姆级，电流流过这么 小的电阻时怎么会产生这么大的电压降，导致电路工作的异 常？
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要搞清这个问题，首先要区分开导线的电
阻与阻抗两个不同的概念。
言，电路的工作频率是很高的，因此地线阻抗
对数字电路的影响是十分可观的。
导线的阻抗
导线的阻抗＝电阻＋内电感
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Z = RAC + jLin 内电感 m Lin = l 8p
趋肤效应
I
直流电阻 rl RDC = S
RAC = 0.076d f RDC
深度

0.37I
d
= 1 / ( f r r)1/2
接地的要求 :
理想的接地应使流经地线的各个电路、设备的电流互不影响。 理想的接地导体(导线或导电平面)应是零阻抗的实体，即各 接地点之间没有电位差。
安全地
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220V
0V
+++ + +
关键词： 安全，静电积累，绝缘损坏机壳带电， 漏电保护，雷击电流，泄放路径，泄放电荷
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形成的原因2：
由于互联设备处在较强的电磁场中，电磁 场在设备1---互联电缆—设备2---地形成的环 路中感应出环路电流，与原因1一样导致干扰。
地环路干扰形成的原因
干扰 电流
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地线电压＝强电流*线（地）阻抗）
解决地环路干扰的方法
单点接地消除了地环路
更实用的方法：
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在地线上干扰电流确定时，应减小地线阻抗，从而减小干扰电压
当 I1 ¹ I 2 时，产生噪声电压 VN 。 共模电流 （Ic = I1 - I2） 干扰
地线问题－地环路

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地环路干扰是一种较常见的干扰现象，常常发 生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。 产生的原因:地环路电流的存在。

判别方法：由于地环路干扰是地环路电流导致
的，因此在实践中，有时会发现，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，当干扰频率较高时，断开地线与 否关系不大。
L=kμS/l
-7，
静电力常量 系数，取决于线圈的 半径（R)与长度(l)的比值。
回路的面积大，回路的电感值大，高频时，回路的感抗高 回路感抗均正比于频率
jωl
导线电阻R=ρ×l / S
l是导线的长度，S是导线的横截面积，ρ电阻率
地线问题1－地环路干扰
I1 I2
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VN
地环路
IG VG 干扰源电压
RS1 VS1
Vg
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IN1
RL1
VG
VS2
IS
IN2
RL2
VL
RS2
平衡电路： Rs1= Rs2，RL1 = RL2，VS1 = Vs2
VL = IS（RL1 + RL2 ），地环路噪声 Vg 在负 载上没有造成影 响，仅有信号电流 IS（差分电流） 流过负载。

高频平衡电路难以实现，通常抑制效果较差。
光隔离送
VS VG
接收 R
L
发送
VS
VG
接收
R
L
共模扼流圈的作用
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（共摸电流）
（差摸电流）
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 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。
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，共用直流电源的路径上 的公共阻抗都会造成耦合干扰。
接地方式种类
信号接地方式
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单点接地
多点接地
混合接地
串联单点接地
并联单点接地
串联单点接地
1
I1
R1 A
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2
I2
R2 B R3
3
I3
C
U A = (I1 + I 2 + I 3 ) Z1 U B = U A + (I 2 + I3 ) Z 2 U C = U A + U B + I 3Z3
VN
1
VG
屏 蔽
V
G
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
起到了隔离作用 。 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，电屏蔽层应接至负载的接地端。 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
光隔离器（光电耦合器）
光耦器件
Cp
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优点：简单
缺点：公共阻抗耦合
串联单点接地
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单点并联接地
1
A I1 I2
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2
B
3
U A = I 1 Z1 U B = I2Z2
C
I3
U C = I3Z3
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。
优点：无公共阻抗耦合，适用于低频电路
缺点：接地线过多，长度为(波长／4)的奇数倍，为辐射天线;
电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现
的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对电流
的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的
。任何导线都有电感，当频率较高时，导线的
阻抗远大于直流电阻。
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在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉
冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此
会在地线上产生较大的电压。对于数字电路而
金属条与导线的阻抗比较
金属条阻抗/圆导线阻抗 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
同周长的金属条阻抗和圆导线阻抗的比较
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w
L
l/W
金属条与导线的阻抗比较