《地线干扰与设计》word版

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1、地线干扰与设计　　由于地环路干扰是由地环路电流导致的,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,短开地线与否关系不大。　　1什么是地线？　　地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线,后者是为了保证电路正确工作所设置的地线。造成电路干扰现象的主要是信号地,因此这里仅讨论信号地的问题。信号地的一般定义是：电路的电位参考点。　　更恰当地说,这个定义是我们设计电路时的一个假

2、设。从这个定义是无法分析和理解一些地线干扰问题的。从现在开始,我们在分析电磁兼容问题时,使用下面的定义。　　地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。　　既然地线是电流的一个路径,那么根据欧姆定律,地线上是有电压的;既然地线上有电压,说明地线不是一个等电位体。这样,我们在设计电路时,关于地线电位一定的假设就不再成立,因此电路会出现各种错误。这就是地线干扰的实质。2地线的阻抗有多大？　　一个难以理解的问题是,我们在设计地线时,都使地线的电阻很小,那么地线上的电位差怎么会大到导致电路出错的程度。理解这个问题,要理

3、解地线阻抗的组成。　　地线的阻抗Z由电阻部分和感抗部分两部分组成,即：Z=RAC+jωL。　　电阻成分：导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC。对于交流电流,由于趋肤效应,电流集中在导体的表面,导致实际电流截面减小,电阻增加,直流电阻和交流电阻的关系如下：　　RAC=0.076rf1/2RDC式中：r=导线的半径,单位cm,f=流过导线的电流频率,单位Hz,RDC=导线的直流电阻,单位Ω。　　电感成分：任何导体都有内电感（这区别于通常讲的外电感,外电感是导体所包围的面积的函数）,内电感与导体所包围的

4、面积无关。对于圆截面导体如下：　　L=0.2S[ln(4.5/d)-1]（μH）式中S=导体长度(m),d=导体直径(m)　　表1说明了直流电阻与交流阻抗的巨大差异。频率很低时的阻抗可以认为是导体的电阻,从表中可以看出,随着频率升高,阻抗增加很快,当频率达到100MHz以上时,直径6.5mm长度仅为10cm的导线也有数十欧姆的阻抗。频率d=0.65cmd=0.27cmd=0.06cmd=0.04cm10cm1m10cm1m10cm1m10cm1m10Hz51.4μΩ517μΩ327μΩ3.28mΩ5.29

5、mΩ52.9mΩ13.3mΩ133mΩ1kHz429μΩ7.14mΩ632μΩ8.91mΩ5.34mΩ53.9mΩ14mΩ144mΩ100kHz42.6mΩ712mΩ54mΩ828mΩ71.6mΩ1.0Ω90.3mΩ1.07Ω1MHz426mΩ7.12Ω540mΩ8.28Ω714mΩ10Ω783mΩ10.6Ω5MHz2.13Ω35.5Ω2.7Ω41.3Ω3.57Ω50Ω3.86Ω53Ω10MHz4.26Ω71.2Ω5.4Ω82.8Ω7.14Ω100Ω7.7Ω106Ω50MHz21.3Ω356Ω27Ω414

6、Ω35.7Ω500Ω38.5Ω530Ω100MHz42.6Ω 54Ω 71.4Ω 77Ω 150MHz63.9Ω 81Ω 107Ω 115Ω 3地环路干扰及对策　　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。其产生的内在原因是设备之间的地线电位差。地线电压导致了地环路电流,由于电路的非平衡性,地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压（图1）。地环路干扰形成的原因1：两个设备的地电位不同,形成地电压,在这个电压的驱动下,“设备1-互联电缆-设备2-地”形成的环路之间有

7、电流流动。由于电路的不平衡性,每根导线上的电流不同,因此会产生差模电压,对电路造成干扰。地线上的电压是由于其他功率较大的设备也用这段地线,在地线中引起较强电流,而地线又有较大阻抗产生的。　　地环路干扰形成的原因2：由于互联设备处在较强的电磁场中,电磁地环路干扰形成的原因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的过程一样导致干扰。　　解决地环路干扰的方法：解决地环路干扰的基本思路有三个：一个是减小地线的阻抗,从而减小干扰电压,但是这对第

8、二种原因导致的地环路没有效果。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,实际是将地环路切断,即消除了地环路。例如将一端的设备浮地、或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑,这种直接的方法在实践中往往是不允许的。更实用的方法是使用隔离变压器、光耦合器件、共模扼流圈、平衡电路等方法。第三个方法是改变接地结构,将一个机箱的地线连接到另一个机箱上,通过另一个机箱接地,这就是单点接地的概念。4公