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接地设计技术

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接地 设计 技术
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接地设计技术 电磁兼容技术讲座 1 主要内容 接地设计技术 & 地的分类 & 地干扰问题 & 地的拓扑结构 & 实用接地技术 2 什么是地 接地设计技术 Ø 电子工程师:地是电路的基准电压 Ø 结构工程师:地是设备的金属外壳 Ø 电工:地是大地,即地球 3 安全地 接地设计技术 220V 0V 大地——电子设备的金属外壳与大地相连接,其目 的是防止当事故状态时金属外壳上出现过高的对地 电压而危及操作人员的安全 4 信号地 接地设计技术 信号电流流回信号源的低阻抗路径 5 电位基准点 接地设计技术 电路2电路1电路3 设备内各电路的电压参考点 6 地的分 类 接地设计技术 “ 安全地——大地(地球) “ 系统地——信号回路的电位基准点,也称工作地 “ 模拟地——连接模拟元器件接地引出端形成的地线 “ 数字地——连接数字元器件接地引出端形成的地线 “ 保护地——连接保护元器件接地引出端形成的地线 7 二个概 念 接地设计技术 F 实际的地(线或平面)一般并不是等电位的 ? 电路中的回流总是走最小阻抗的路径 8 实际地平面电位分布 接地设计技术  2mV 200mV 2mV ~ 10mV 10mV ~ 20mV 20mV ~ 100mV 100mV ~ 200mV 9 导线的阻抗 接地设计技术 Z = RAC + jL  = 1 / ( f  )1/2 RAC= 0.076r f1/2 RDC 深度  r 电流 0.37I I 趋肤效应 导线越短、截面积 越大,其阻抗越小 10 接地引线电感 H d b c H 各线度量的单位均为cm 接地设计技术 11 接地引线电感 H d b c H 例:H=100cm,导体的横截面积均为35mm2. d =6.68mm b =35mm, c =1mm L = 2.8 uH L = 1.95 uH 接地设计技术 12 导线的阻抗 接地设计技术 13 接地问题-地环路 接地设计技术 地环路 14 接地问题-地环路 接地设计技术 VG I 15 接地问题-地环路 接地设计技术 § 电路回路 ⊙ H d 回路面积越大,电路工作时对外 产生的电磁骚扰越大 回路面积越大,电路工作时抗电 磁干扰的能力越小 q 尽可能使回路面积小, 特别是对于高频电路 16 接地问题-地环路 接地设计技术 a b c d e f I1 I2 I3地环路 P1P2 17 减小地环路影响的对策 接地设计技术 源负载 电路单点接地示意图 源负载 混合接地示意图 C § 改变接地方式 18 减小地环路影响的对策 接地设计技术 CP VG VS VN RL C2 VG 12 C1 屏蔽 金属屏蔽层必须接2点 § 采用隔离变压器 19 减小地环路影响的对策 接地设计技术 发送接收 RL VG VS 光耦器件 Cp § 采用光耦器件 20 减小地环路影响的对策 接地设计技术 § 采用共模扼流圈 发送接收 RL VG VS 21 接地问题-共阻抗耦合 接地设计技术 电路1电路2 地电流I1 ZgVN VN = I1 Zg 22 接地问题-共阻抗耦合 接地设计技术 I1 I2 Z2 Z1 Zg V2 V1 23 地的拓扑结构 接地设计技术 Ø 浮地 Ø 单点接地 Ø 多点接地 Ø 混合接地 24 浮 地 接地设计技术 电路2电路1电路3 优点:电路与外部的地系统有良好的隔离,不易受外部 地系统上干扰的影响 缺点:电路上易积累静电从而产生静电干扰,有可能产 生危险电压 25 单点接地(串联) 接地设计技术 电路2电路1电路3 26 单点接地(串联) 接地设计技术 电路2电路1电路3 I1I2I3 优点:简单 缺点:存在共阻抗耦合27 单点接地(并联) 接地设计技术 电路2电路1电路3 28 单点接地(并联) 接地设计技术 电路2电路1电路3 I1 I2 I3 优点:没有共阻抗耦合 缺点:接地线过多29 单点接地 接地设计技术 电路 § 高频下接地导线的特性 高频情况下接地导线与地系统须考虑传输线效应 30 终端短路时传输线上的阻抗分布 长度接近四分之一波长时,其阻抗非常大 q 一般要求,接地线长度 小于二十分之一波长 x U(x)、I(x) 接地设计技术 31 多点接地 接地设计技术 电路2电路1电路3 优点:尽可能少的高频干扰问题 缺点:有地环路问题 32 混合接地 接地设计技术 电路3电路1电路4电路2 f 10MHz 33 混合接地 接地设计技术 ~ 34 实用接地技术 接地设计技术 q 电路的分类 Ø 模拟电路 • 窄带 • 有增益 • 低电平(uV, mV) Ø 数字电路 • 宽带 • 无增益 • 中电平(V) Ø 噪声电路(电源或控制电路) • 宽带 • 高电平(kV) 35 实用接地技术 接地设计技术 q 应根据电路的分类及特性来设计设备的地系统 电源电路 SPG 数字电路 MPG 模拟电路 SPG 36 实用接地技术 接地设计技术 显示电路控制电路数字电路模拟电路 供电电路 37 实用接地技术 接地设计技术 显示电路控制电路数字电路模拟电路 供电电路 38 实用接地技术 接地设计技术 模拟工作地数字工作地电源地保护地 保护地 汇流条 电源地 汇流条 工作地 汇流条 机架 接地点汇接点 39 实用接地技术 接地设计技术 220VAC L N 内部地悬浮 40 实用接地技术 接地设计技术 220VAC L N PE 内部地悬浮 41 实用接地技术 接地设计技术 内部地单点接保护地 220VAC L N PE 42 实用接地技术 接地设计技术 § 对于无法接大地的设备,如果其机身 为金属壳体,则将工作地、保护地直接 接到其金属壳体上 43 PCB接地设计 接地设计技术 q 梳形电源、地结构(双面板) Ø 适用于低速电路、PCB上信号走向较单一、走线密度较低的情况 Ø 对较重要的信号加以地保护,布线完成之后将空的地方都敷上地铜皮 ,用多个过孔将两层的地连接在一起,可以改善回路面积大的问题 44 PCB接地设计 接地设计技术 q 栅格形地结构(双面板) 适用于低速的CMOS和普通的TTL电路,但应该注意对较高速 的信号加足够的地保护 45 保护器件接地设计 接地设计技术 在印制版上,1000V以上级别的雷击浪涌保护器件必须 单独设立保护地。保护器件应尽可能靠近插座或印制板 的边缘,保护地线应尽可能粗、短且均匀。一般地,保 护地除了与保护器件相连以外不能与其它元器件和其它 地线相连,保护地与其它焊盘、走线应隔离足够距离。 保护地线应独立引出单板,接到后背板的保护地层上。 46 线缆接地设计 接地设计技术 信号传输采用屏蔽双绞线时,其屏蔽层收发两端均 要接地。 信号传输时采用同轴电缆时,同轴电缆的外导体收 发两端均要接地。为了避免地电位差的不良影响, 同轴电缆收端可通过一电容器(0.1μF陶瓷电容) 接地。 47 线缆接地设计 接地设计技术 信号传输时采用同轴电缆时,同轴电缆的外导体收 发两端均要接地。为了避免地电位差的不良影响, 同轴电缆收端可通过一电容器(0.1μF陶瓷电容) 接地。 48 案例(一) 接地设计技术 不同接地方式对 50kHz磁场干扰的 相对衰减值。第 一个电路的测量 结果是基准。 49 案例(二) 接地设计技术 E D C B A 现象:进行电源端口的 SURGE试验时,在E、A二点 间加入1kV,12欧内阻的雷 电压(1.2/50uS)时,设备 的通信中断。 50 案例(二) 接地设计技术 ED C B A 51 案例(二) 接地设计技术 ED C B A 52 谢 谢 接地设计技术 53
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