电子组装工艺与设备(大二下学期)第三节接地技术课件

第三第三节 接地技接地技术第三节 接地技术1 接地的目的接地的目的接地技术是电磁兼容设计中的一项重要技术。它接地技术是电磁兼容设计中的一项重要技术。它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁干扰，保障设备电磁兼容性的的重要技术制电磁干扰，保障设备电磁兼容性的的重要技术措施。措施。“地地”的含义：的含义：1 1）是指）是指“大地大地”（安全地）安全地）陆地使用的电子设备通常以地球的电位作为陆地使用的电子设备通常以地球的电位作为基准，并以大地作为零电位；基准，并以大地作为零电位；2 2）是指电路或系统中的）是指电路或系统中的“电位基准点电位基准点”（信号信号地）地）设该点电位为设备的相对零电位，即设备内设该点电位为设备的相对零电位，即设备内部的部的“地地”电位，但它不一定与大地电位相同。电位，但它不一定与大地电位相同。接地的目的接地技术是电磁兼容设计中的一项重要技术。它不仅是2接地的含义：接地的含义：1 1）为电路或系统提供一个零电位基准点或面。）为电路或系统提供一个零电位基准点或面。2）在系统与某个电位基准面之间建立低阻抗的在系统与某个电位基准面之间建立低阻抗的导电通路。导电通路。接地的目的：接地的目的：1 1）使整个系统有一个公共的零电位基准面，并）使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路给高频干扰电压提供低阻抗通路 2）使使系系统统的的屏屏蔽蔽接接地地取取得得良良好好的的电电磁磁屏屏蔽蔽效效果果，抑制电磁干扰。抑制电磁干扰。3）防防止止雷雷击击危危及及设设备备和和人人体体，防防止止电电荷荷积积累累引引起火花放电，防止高电压与外壳相接引起危险。起火花放电，防止高电压与外壳相接引起危险。接地的含义：3接地的分接地的分类接地的分类4安全接地安全接地定义：定义：是指采用低阻抗的导体将用电设备的外壳是指采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作人员不致因设备外壳漏连接到大地上，使操作人员不致因设备外壳漏电或静电放电而发生触电危险。电或静电放电而发生触电危险。也包括建筑物、输电线导线、高压电力设也包括建筑物、输电线导线、高压电力设备的接地，其目的是为了防止雷电放电造成设备的接地，其目的是为了防止雷电放电造成设施破坏和人身伤亡。施破坏和人身伤亡。安全接地定义：5设备安全接地设备安全接地 将高压电气设备、电子产品的机壳、底座将高压电气设备、电子产品的机壳、底座与大地连接，其目的：与大地连接，其目的：1 1）防止机壳上积累电荷，产生放电而危及）防止机壳上积累电荷，产生放电而危及人身安全。人身安全。2 2）当设备的绝缘损坏而机壳带电时，促使）当设备的绝缘损坏而机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以保护人员安全。电源的保护动作而切断电源，以保护人员安全。设备安全接地6如左图：如左图：若不接地若不接地，即，即Z2Z1，则，则U2U1。如果。如果U1足够大，足够大，人触及机壳时就会有危险。人触及机壳时就会有危险。若接地若接地，即，即Z20，则，则大部大部分电流会经接地端流入地。分电流会经接地端流入地。如右图：如右图：若不接地若不接地，人员触及机壳，人员触及机壳，电流将直接经人体进入地端。电流将直接经人体进入地端。若接地若接地，会因接地而使电路会因接地而使电路中有大量电流流动而烧掉保中有大量电流流动而烧掉保险丝，使机壳不再带电，而险丝，使机壳不再带电，而不会有电击的危险。不会有电击的危险。如左图：如右图：7 流经人体安全电流值：流经人体安全电流值：交流电流为交流电流为1520mA，直流电流为，直流电流为50mA。当电流高达当电流高达100mA时，就可能导致死亡发生。时，就可能导致死亡发生。我我国国规规定定的的人人体体安安全全电电压压为为36V和和12V。一一般般家家用用电电器器的的安安全全电电压压为为36V，以以保保证证触触电电对对流流经经人体的电流值小于人体的电流值小于40mA。为为了了保保证证人人体体安安全全，应应该该将将机机壳壳接接地地。这这样样，当当人人体体触触及及带带电电机机壳壳时时，人人体体电电阻阻与与接接地地导导线线的的阻阻抗抗并并联联，人人体体电电阻阻远远大大于于接接地地导导线线的的阻阻抗抗，大大部部分分漏漏电电电电流流经经接接地地导导线线旁旁路路流流如如入入大大地地。通通常常规规定定接接地地电电阻阻值值为为510，所所以以流流经经人人体体的的电电流值将减小为原先的流值将减小为原先的1/2001/100。流经人体安全电流值：8 接零保护接地接零保护接地 用电设备采用用电设备采用220V（单相）或（单相）或380V（三相）（三相）电源提供电力，设备的金属外壳除了正常接地电源提供电力，设备的金属外壳除了正常接地之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保护。护。接零保护接地9 当设备外壳接地后，发生人体与机壳接触当设备外壳接地后，发生人体与机壳接触时，人体与接地电阻并联，因接地电阻远小于时，人体与接地电阻并联，因接地电阻远小于人体电阻，使漏电电流大部分从接地线中流过。人体电阻，使漏电电流大部分从接地线中流过。但是，接地电阻与电网中性点接地的接触电阻但是，接地电阻与电网中性点接地的接触电阻相比，在数量上相当，故接地线上的电压降几相比，在数量上相当，故接地线上的电压降几乎为相电压乎为相电压220V的一半。它超过了人体能够承的一半。它超过了人体能够承受的安全电压，使人体流过的电流超过安全限受的安全电压，使人体流过的电流超过安全限度，导致触电危险。所以即使外壳良好接地也度，导致触电危险。所以即使外壳良好接地也不一定能够保证安全。为此，应该把金属设备不一定能够保证安全。为此，应该把金属设备外壳接到供电电网的零线（中线）上，才能保外壳接到供电电网的零线（中线）上，才能保证安全用电。证安全用电。当设备外壳接地后，发生人体与机壳接触时，人体与接地10电子组装工艺与设备(大二下学期)第三节接地技术课件11信号接地信号接地定义：定义：是指为设备或系统内部各种电路设置是指为设备或系统内部各种电路设置基准电位点，并基准电位点，并给信号电流提供流回信给信号电流提供流回信号源的低阻抗路径。号源的低阻抗路径。信号接地的主要目的是为了抑制电磁信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，因此必须以电磁兼容性为目标选干扰，因此必须以电磁兼容性为目标选择接地方式。择接地方式。信号接地定义：12接地方式：接地方式：1）单点接地）单点接地 是为许多接在一起的电路提供共同参是为许多接在一起的电路提供共同参考点的方法。即考点的方法。即只有一个接地点，所有只有一个接地点，所有单元电路的接地线都连到一个点上，该单元电路的接地线都连到一个点上，该点作为基准电位点。点作为基准电位点。接地方式：13并联单点接地：并联单点接地：优点：各设备或支路的地电位仅与各自地电流和优点：各设备或支路的地电位仅与各自地电流和 地线电阻有关，不受其他电路影响。地线电阻有关，不受其他电路影响。适合电路频率较低、连接导线较短的情况。适合电路频率较低、连接导线较短的情况。缺点：不适用于高频电路；当并列设备或支路较缺点：不适用于高频电路；当并列设备或支路较 多时，需要多根连接地线，结构笨重。多时，需要多根连接地线，结构笨重。并联单点接地：14串联单点接地：串联单点接地：优点：结构简单，各电路的接地线较短。优点：结构简单，各电路的接地线较短。缺点：因共用一条地线，故易引起公共地缺点：因共用一条地线，故易引起公共地线干扰，噪声通过公共地线互相耦合。线干扰，噪声通过公共地线互相耦合。串联单点接地：15 2）多点接地系统）多点接地系统 是指设备中各单元电路直接连接到接地平面是指设备中各单元电路直接连接到接地平面上，有多个接地点。上，有多个接地点。优点：结构简单，接地线短，地线阻抗小，适用优点：结构简单，接地线短，地线阻抗小，适用 于高频电路。于高频电路。缺点：设备内部地线回路对低电平电路造成不良缺点：设备内部地线回路对低电平电路造成不良 影响，不适用于低频电路。影响，不适用于低频电路。2）多点接地系统16 3）混合接地系统）混合接地系统 有些设备中既有高频部分又有低频有些设备中既有高频部分又有低频部分，此时应采用单点接地和多点接地部分，此时应采用单点接地和多点接地结合使用的混合接地系统。即低频电路结合使用的混合接地系统。即低频电路采用单点接地，高频电路采用多点接地。采用单点接地，高频电路采用多点接地。3）混合接地系统17电子组装工艺与设备(大二下学期)第三节接地技术课件18 3）悬浮接地系统）悬浮接地系统 悬浮接地就是将电路或设备的信号接地系统悬浮接地就是将电路或设备的信号接地系统与安全接地系统、结构地或其他导电物体相隔离。与安全接地系统、结构地或其他导电物体相隔离。采用悬浮接地，可以避免地中存在的干扰电采用悬浮接地，可以避免地中存在的干扰电流耦合到信号线路。但在一些大系统中很难做到流耦合到信号线路。但在一些大系统中很难做到理想悬浮，悬浮地容易引起静电积累和静电放电。理想悬浮，悬浮地容易引起静电积累和静电放电。3）悬浮接地系统19地地线中的干中的干扰和抑制和抑制地线阻抗干扰地线阻抗干扰 在电路工作时，各频率的电流都可能流经在电路工作时，各频率的电流都可能流经地线某段而产生电压降，这些交流电压降加在地线某段而产生电压降，这些交流电压降加在电路中，就形成了电路单元的互相干扰，该干电路中，就形成了电路单元的互相干扰，该干扰称为地线阻抗干扰。扰称为地线阻抗干扰。地线中的干扰和抑制地线阻抗干扰20地线阻抗干扰的抑制地线阻抗干扰的抑制 1）增大导线的截面积和截面周长，以减小电阻。）增大导线的截面积和截面周长，以减小电阻。由于高频电流的集肤效应，导线中的高频电由于高频电流的集肤效应，导线中的高频电流总是沿表面流过的，所以要减小导线的电阻，流总是沿表面流过的，所以要减小导线的电阻，不仅其截面积要大而且截面周长也要长不仅其截面积要大而且截面周长也要长。地线阻抗干扰的抑制21 2）为了减小地线和馈线的阻抗，可将地线）为了减小地线和馈线的阻抗，可将地线与馈线尽可能靠近敷设。与馈线尽可能靠近敷设。故地线与馈线靠近敷设可使回路电感变故地线与馈线靠近敷设可使回路电感变小，而线间分布电容增大，由于馈线和地线小，而线间分布电容增大，由于馈线和地线的特性阻抗的特性阻抗 ，减小，减小L L增大增大C C，可使，可使Z Z变小，即可减小地线和馈线的阻抗。变小，即可减小地线和馈线的阻抗。2）为了减小地线和馈线的阻抗，可将地线与馈线尽可能靠22地线环路的干扰地线环路的干扰 电源馈线接入电路后，电路接地，电源馈线电源馈线接入电路后，电路接地，电源馈线和地线就构成一个环路。当交变磁场穿过这些和地线就构成一个环路。当交变磁场穿过这些环路网孔时，在环路中就产生感生电势环路网孔时，在环路中就产生感生电势e eg g。由。由于环路存在，交变磁场在环路中感生电势于环路存在，交变磁场在环路中感生电势e eg g会会经过电源线（或信号线）对各电路单元造成干经过电源线（或信号线）对各电路单元造成干扰。这种干扰称为地线环路干扰。扰。这种干扰称为地线环路干扰。地线环路的干扰23地线环路干扰的抑制地线环路干扰的抑制 1）隔离变压器）隔离变压器 如图，电路如图，电路1 1的输出信号经变压器耦合到电路的输出信号经变压器耦合到电路2 2，而干扰电压的回路被变压器所阻隔，这样就削，而干扰电压的回路被变压器所阻隔，这样就削弱了地环路干扰。弱了地环路干扰。但由于变压器初、次级绕组之间存在分布电容但由于变压器初、次级绕组之间存在分布电容C C，因此所产生的，因此所产生的e eg g仍会对电路形成干扰，故可在仍会对电路形成干扰，故可在绕组间加屏蔽层，有效地减小分布电容绕组间加屏蔽层，有效地减小分布电容C C，以阻隔，以阻隔地环路干扰。地环路干扰。地线环路干扰的抑制24 2）纵向扼流圈）纵向扼流圈 纵纵向向扼扼流流圈圈由由两两个个绕绕向向与与匝匝数数都都相相同同的的绕绕组构成。组构成。信信号号电电流流在在两两个个绕绕组组流流过过时时方方向向相相反反，称称为为异异模模电电流流，产产生生的的磁磁场场相相互互抵抵消消，呈呈现现低低阻阻抗抗，所所以以扼扼流流圈圈对对信信号号并并未未起起扼扼流流作作用用。当当地地线线中中的的干干扰扰电电流流流流经经两两个个绕绕组组时时方方向向相相同同，称称为为共共模模电电流流，产产生生的的磁磁场场同同向向相相加加，扼扼流流圈圈对对干干扰扰电电流流呈呈现现高高阻阻抗抗，因因而而起起到到了了阻阻隔隔地地环环流流抑制地环路干扰的作用。抑制地环路干扰的作用。2）纵向扼流圈25 扼流圈有一个截止频率，它的大小取决于扼流圈有一个截止频率，它的大小取决于绕组的电阻和电感，绕组的电阻和电感，=R/L=R/L，即，即R越小，越小，L越越大，截止频率就越小，扼流圈的抑制干扰作用大，截止频率就越小，扼流圈的抑制干扰作用就越强。故扼流圈对地线中较高频率的干扰有就越强。故扼流圈对地线中较高频率的干扰有较强的抑制能力。较强的抑制能力。26 3）同轴线）同轴线 在电路单元间采用同轴线传输信号，也可以在电路单元间采用同轴线传输信号，也可以阻隔地环路干扰阻隔地环路干扰。由于高频时的集肤效应，使信号电流沿内导由于高频时的集肤效应，使信号电流沿内导体的外表面和外导体的内表面流过，而干扰地电体的外表面和外导体的内表面流过，而干扰地电流沿地线表面和外导体的外表面流过。因此，同流沿地线表面和外导体的外表面流过。因此，同轴线内信号的电磁场不会向外泄漏，而干扰地电轴线内信号的电磁场不会向外泄漏，而干扰地电流也不会串入同轴线内。同轴线既可防止信号电流也不会串入同轴线内。同轴线既可防止信号电流于扰其他电路，也抑制了地环路的干扰。流于扰其他电路，也抑制了地环路的干扰。3）同轴线27 4）光耦合器）光耦合器 光耦合器主要由发光二极管和光电晶体管两光耦合器主要由发光二极管和光电晶体管两部分构成。如图，部分构成。如图，发光二极管发光的强弱随电路发光二极管发光的强弱随电路输出信号电流的变化而变化。强弱变化的光使光输出信号电流的变化而变化。强弱变化的光使光电晶体管产生相应变化的电流，作为电路电晶体管产生相应变化的电流，作为电路2的输的输入信号。光耦合完全切断了两个电路单元间的地入信号。光耦合完全切断了两个电路单元间的地环流，所以能很好地抑制地线干扰。环流，所以能很好地抑制地线干扰。电路1电路2光耦合器 4）光耦合器 电路1电路2光耦合器28工作接地工作接地设计要点要点设设备备地地线线不不能能布布置置成成封封闭闭的的环环状状，一一定定要要留留有有开口。开口。采采用用光光电电耦耦合合器器、隔隔离离变变压压器器、纵纵向向扼扼流流圈圈等等隔隔离离措措施施，切切断断设设备备或或电电路路间间的的地地环环路路，抑抑制制地环路干扰。地环路干扰。设设备备内内的的各各种种电电路路如如模模拟拟电电路路、数数字字电电路路、功功率率电电路路和和噪噪声声电电路路等等，都都应应设设置置各各自自独独立立的的地地线，最后汇总到一个总的接地点。线，最后汇总到一个总的接地点。低低频频电电路路（f1MHz）一一般般采采用用单单点点接接地地方方式式，较长的地线应尽量减小其阻抗。较长的地线应尽量减小其阻抗。工作接地设计要点设备地线不能布置成封闭的环状，一定要留有开口29 高频电路（高频电路（flMHz）一般采用多点接地方式。）一般采用多点接地方式。悬悬浮浮接接地地方方式式仅仅适适用用小小规规模模设设备备（电电路路对对机机壳壳的的分分布布电电容容较较小小）和和工工作作速速度度较较低低的的电电路路（频频率较低）。率较低）。在在机机柜柜内内同同时时装装有有多多个个电电气气设设备备（或或电电路路单单元元）的的情情况况下下，工工作作地地线线、保保护护地地线线和和屏屏蔽蔽地地线线一一般般都都接接至至机机柜柜的的中中心心接接地地点点（接接地地排排），然然后后接大地。接大地。高频电路（flMHz）一般采用多点接地方式。30作业：作业：请对电场屏蔽进行分析，说明为什么请对电场屏蔽进行分析，说明为什么电场屏蔽的屏蔽体必须良好接地。电场屏蔽的屏蔽体必须良好接地。简述低频磁场屏蔽与高频磁场屏蔽的简述低频磁场屏蔽与高频磁场屏蔽的区别。区别。简述孔缝屏蔽的主要方法。简述孔缝屏蔽的主要方法。简述四种接地方式的类型和各自特点。简述四种接地方式的类型和各自特点。试分析地线中存在干扰的类型及抑制试分析地线中存在干扰的类型及抑制方法。方法。作业：请对电场屏蔽进行分析，说明为什么电场屏蔽的屏蔽体必须良31