陜西凌云電器集團(tuán)有限公司 梁 紅

陸軍航空兵軍代局駐蘭州地區(qū)軍事代表 于 悅

關(guān)于電磁兼容接地的探析

陜西凌云電器集團(tuán)有限公司 梁 紅

陸軍航空兵軍代局駐蘭州地區(qū)軍事代表 于 悅

對(duì)于電磁兼容性的解決三要素：屏蔽、濾波、接地。解決電磁兼容問題必須從這三要素出發(fā)，缺一不可！缺少一個(gè)因素，問題就不會(huì)存在。從三要素入手分析，根據(jù)具體情況，消除其中的一個(gè)。

接地；信號(hào)接地；電源地線

考慮電磁兼容問題，準(zhǔn)備要趁早。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期階段，我們不能只關(guān)注“功能性設(shè)計(jì)”，而忽略EMC設(shè)計(jì)。電磁兼容措施要趁早，了解標(biāo)準(zhǔn)才能提早做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)證明，如果在產(chǎn)品研制的初始階段就同時(shí)進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì)，這樣80%-90%的問題會(huì)在設(shè)計(jì)定型之前完成，如果等到整機(jī)聯(lián)調(diào)時(shí)再解決，不僅在技術(shù)上造成很大的難度，還會(huì)造成人力、物力的極大浪費(fèi)?？紤]的越早，問題越簡單，解決問題所需要的成本越低。

任何設(shè)備是騷擾源還是敏感設(shè)備，都是相對(duì)而言的。比如：研究一個(gè)電源的干擾問題時(shí)，電源就是干擾源，耦合通道就是空氣和各種電纜。與電源在同一個(gè)環(huán)境中的其他電子設(shè)備就是敏感源。

反過來當(dāng)研究電源的敏感度（就是抗干擾能力），電源變成了敏感源，其他設(shè)備就成了干擾源。干擾源和敏感度都是相對(duì)而言，必須站在系統(tǒng)的角度，全面的看待問題。

1. 三要素中的接地

解決電磁兼容問題必須從屏蔽、濾波、接地這三要素出發(fā)，下面我們就重點(diǎn)分析接地。

傳統(tǒng)定義：在從事電路設(shè)計(jì)的人員范圍內(nèi)，如果誰提出這樣的一個(gè)問題：什么是地線，地線起什么作用？馬上會(huì)引起同事的嘲笑。電路接地是太平常的事情。課本中說：地線就是電路中的電位參考點(diǎn)，為所有電路提供一個(gè)電位基準(zhǔn)。

新定義：地線是信號(hào)流回源的低阻抗途徑，突出了電流的流動(dòng)。當(dāng)電流流過有限阻抗時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致電壓降，表示出實(shí)際地線上的電位情況。

從安全的角度、電路工作的角度考慮，接地是非常必要的。

2. 接地類型

系統(tǒng)工程中分為：防雷接地、安全接地、系統(tǒng)信號(hào)接地；系統(tǒng)、設(shè)備中分為：信號(hào)地、數(shù)字地、模擬地。

2.1安全接地

就是接大地。一是防止靜電放電，二是保護(hù)人員的安全。用電設(shè)備的底盤、機(jī)殼、底盤都應(yīng)接地。

2.2防雷接地

把可能受到雷擊的物體和大地相接，用以提供泄放大電流的通路稱為防雷地。目的就是防止人及物體遭到雷擊，包括天線、大樓、電氣、電子設(shè)備等。雷擊的瞬間是以高電壓、大電流的形式表現(xiàn)出來，往往是破壞性的，毀滅性的結(jié)果。

雷電放電電流一般是脈沖性的大電流，可高達(dá)上百千安，它的上升沿可達(dá)微秒量級(jí)，因此要求防雷接地的接地電阻要小。為了避免雷擊電流引發(fā)設(shè)備之間的高電位差，要求防雷接地線路通暢，并與設(shè)備安全地之間有一定距離，或者設(shè)備安全之間特別是有電氣聯(lián)系或距離較近的設(shè)備進(jìn)行低電感和電阻隔離搭接。

所以，防雷接地不能與安全接地混為一談，連接一起，避免高電壓、大電流形成時(shí)，電流倒流。

2.3保護(hù)接地

保護(hù)接地就是為了保護(hù)設(shè)備、裝置、電路及人身的安全，也稱之為安全地。因此，在設(shè)備、裝置、電路的底盤及機(jī)殼端一定要采取保護(hù)接地。因保護(hù)接地和人身安全相關(guān)，保護(hù)接地的方式在配電的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中以及安全規(guī)范都有嚴(yán)格的規(guī)定。

保護(hù)接地主要用以保護(hù)工頻故障電壓對(duì)人身造成的危害，其保護(hù)原理是：通過把帶故障電壓的設(shè)備外殼短路到大地或地線端，保護(hù)過程中產(chǎn)生的短路電流是熔絲或空氣開關(guān)斷開。保護(hù)地的工頻電阻要求較小，同時(shí)要求保護(hù)地的可靠性很高。從電源頻率的角度來看，如僅對(duì)人身安全的保護(hù)接地而言，可以不對(duì)保護(hù)地提出低電感的要求。

2.4安全地

安全接地就是機(jī)殼接大地。一是防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全；二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機(jī)殼帶電時(shí)，促使電源的保護(hù)動(dòng)作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全。為了安全起見，電氣設(shè)備的機(jī)殼、底盤都應(yīng)接地。

3. 信號(hào)接地

信號(hào)接地是通過信號(hào)地為電流回流到信號(hào)源提供一個(gè)低阻抗通路，為了抑制電磁干擾。接地的方式有兩種：單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。

3.1單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，所有需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。這種接地方法比較簡單，應(yīng)注意將低電平電路安排在最接近公共接地點(diǎn)的位置。

3.2多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地是系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都接到距它最近的地平面上，使得接地線最短，適用于高頻電路。高頻信號(hào)電路在接地阻抗上起主導(dǎo)作用的是電感，為了降低地線阻抗，在高頻端都使用多點(diǎn)接地方式，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)接地點(diǎn)如圖1所示。

圖1 多點(diǎn)接地

圖1中每個(gè)接地電路對(duì)地電位為：

式中：Ri—地線排的電阻；Li—地線排的等效電感；Ii—電路的地電流。

由公式可知，為了降低電路的地電位，每個(gè)電路的地線應(yīng)盡可能短而粗，以便降低地線阻抗。但在高頻時(shí)，由于趨膚效應(yīng)，高頻電流只流經(jīng)導(dǎo)體表面，此時(shí)要降低地線阻抗，通常采取地線排鍍銀的方式。然而多點(diǎn)接地將造成設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)多個(gè)地線回路，通過地線回路將可能對(duì)低電平電路產(chǎn)生干擾，帶來不良影響。，造成地環(huán)路干擾。

如何選擇單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地，需要根據(jù)具體情況決定。一般按下列準(zhǔn)則選?。?/p>

（1）低頻（＜1MHz），且地線長度較短的情況（＜λ/20），選用單點(diǎn)接地方式；低頻（＞1MHz），且地線長度較長的情況（＞λ/20），選用多點(diǎn)接地方式。

（2）頻率介于1MHz～10MHz之間，且地線長度與λ/20相當(dāng)?shù)那闆r，選用單點(diǎn)和多點(diǎn)混合地方式。

（3）頻率＞10MHz的情況，采用多點(diǎn)接地方式。印制板可通過大面積接地來降低地線阻抗。

4. 電源分機(jī)地線設(shè)計(jì)

接地設(shè)計(jì)包括安全地線和信號(hào)地線兩類。安全地線很容易實(shí)現(xiàn)，在此不作討論，主要討論電源分機(jī)地線設(shè)計(jì)。

飛機(jī)系統(tǒng)的提供的電源有兩種：27V直流電源和400Hz交流電源。但完成各部分電路中很少直接使用這兩種電源，而是由電源分機(jī)對(duì)這兩種電源進(jìn)行處理后提供給其他電路。

常用的電源電路有：線性電源電路和開關(guān)電源電路。線性電路的噪聲小，但效率低、損耗大；開關(guān)電路的噪聲大，但效率高。根據(jù)實(shí)際需要，電源分機(jī)既包含線性電路又包括開關(guān)電路，因此電源分機(jī)印制板的地線采用了單點(diǎn)和多點(diǎn)接地兩種方式，線性電路部分以單點(diǎn)接地為主，而開關(guān)電路部分以多點(diǎn)接地為主，最終連接到公共接地點(diǎn)。

對(duì)其他電路來說，電源分機(jī)可等效為圖2的形式，VL和VS分別代表線性電源和開關(guān)電源的輸出，ZL和ZS分別代表線性電路和開關(guān)電路的內(nèi)阻，其中包括印制導(dǎo)線的阻抗。

印制導(dǎo)線的電阻：

印制導(dǎo)線的自感：

其中：ρ—印制線材料的電阻率；l—印制線長；w—印制線寬；t—印制線厚。

由公式可看出印制導(dǎo)線的電阻和自感與其寬度成反比，而與其長度成正比，通過加寬線條、縮短長度可減小印制導(dǎo)線的阻抗（見圖2）。

圖2 電源分機(jī)輸出等效電路

5. 結(jié)束語

接地的功用除了將一些無用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，最大功用為保護(hù)使用者不被電擊，確保產(chǎn)品不會(huì)造成對(duì)人體的電擊傷害。在實(shí)際中，針對(duì)不同的狀態(tài)，選擇正確的接地方式尤為重要。

［1］白同云編著.電磁兼容設(shè)計(jì)實(shí)例精選［M］.中國電力出版社，2008.

［2］張輝，曹麗娜.現(xiàn)代通信原理與技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.