,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,E,M,C,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,E,M,C,第四章 接地和搭接技术,接地及其分类,安全接地,信号接地,地回路干扰,抑制地回路干扰的技术措施,搭接技术,接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，也是 EMC 性能高低之关键因素。线路接地是为泄放电荷或建立电路基准电平而设置的导线连接。在电子设备中，恰当良好的接地是抑制电磁噪声和提高抗扰度的重要方法；相反，不良的接地乃是电磁干扰传播主要途径，甚至接地本身成为主要干扰源。,为什么要接地?,1. 接地及其分类,接地的概念,所谓“地”，一般定义为电路或系统的零电位参考点。保证接地良好的主要目的有两个：一是为了防止在雷击时或带有高压的元件、导线被击穿时使机壳带电，避免操作人员遭到电击；二是为了减小由于公共地阻抗、电场或其他干扰锅合造成的电磁干扰,接地,一般指为了使电路、设备或系统与“地”之间建立通路，而将电路、设备或系统连接到一个作为参考电位点或参考电位面的良导体的技术行为,。,2接地要求,a接地面应是零电位，它作为设备 / 系统中各电路任何位置所有电信号的公共电位参考点。,b,理想的接地平面式零电阻的实体，电流在接地平面中流过时没有压降,。,c,良好的接地平面与布线间将有大的电容分布，儿平面本身引起的电感将很小。,d良好的接地要求尽量减低多电路公共接地阻抗上所产生的干扰电压，同时还要尽量避免形成不必要的地回路。,接地的分类,通常，电路，用电设备的接地按其作用可分为安全接地和信号接地。,安全接地,防雷接地,接地,接零保护,接地,设备安全接地,1.安全接地,防雷接地,当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，电力电子设备都将受到极大伤害。为防止雷击而设置避雷针，以防雷击时危及设备和人身安全。,上述两种接地主要为安全考虑，均要直接接在大地上。,设备,安全接地,安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。,接零保护接地,人体电阻,:,10- 1.5k欧,，,人体的安全电流值,:,交流为,15-20mA,，,直流电流为,40mA,持续时间在,1s,以上,安全电压为,36V,安全接地的有效性,接地是否有效取决于接地电阻，接地电阻越小越好。,接地电阻属于分布电阻，通常，接地电阻由接地导线的电阻，接地体的电阻和大地的杂散电阻三部分组成，其中大地杂散电阻起主要作用。,信号接地方式,并联单点接地,串联单点接地,混合接地,多点接地,单点接地,2.信号接地,单点接地,1,2,3,1,2,3,I,1,I,2,I,3,I,1,I,2,I,3,A,B,C,A,B,C,R,1,R,2,R,3,串联单点接地,1,2,3,I,1,I,2,I,3,A,B,C,R,1,R,2,R,3,串联单点接地,单点并联接地,1,2,3,I,1,I,2,I,3,A,B,C,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，,缺点：,接地线过多,，,长度为(波长4)的奇数倍，为辐射,天线,适用于,低频电路,串联单点、并联单点混合接地,模拟电路1,模拟电路2,模拟电路3,数字逻辑控制电路,数字信息处理电路,继电器驱动电路,马达驱动电路,折衷的方法：,按照特性分组，将相互之间不易发生干扰的电路放在同一组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。,多点接地,优点：无公共阻抗耦合，,地线较短地线较短,，,适合于高频情况,缺点：地环环路干扰,R,1,R,2,R,3,L,1,L,2,L,3,电路1,电路2,电路3,混合接地,Vs,地电流,Rs,低频时，电容的阻抗较大，放电路为单点接地方式，高频时，电容阻抗较低，电路成为两点,混合,接地方式.,Vs,安全接地,Rs,安全接地,地环路电流,低频时，为安全接地方式，高频时，（感性）地线断开，可切断地环路电流。,高频,低频,接地选择原则,对低频（小于1MHz）和公共地面小的情况（小于波长的 20 分之一），用单点接地。,对高频（大于10MHz）和公共地面大的情况（大于波长的20分之一），用多点接地。,介于上述两种情况，用混合接地。,线路板上的地线,噪声,模拟,数字,在设计线路板时，要将模拟地、数字地以及大功率驱动电路的地分开,。,2.3.2 模拟地,模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的放大，又承担大信号的功率放大；既有低频的放大，又有高频放大；因此模拟电路既易接受干扰，又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。,2.3.3 数字地,数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。,3.1,悬浮接地,浮地是指设备地线系统在电气上与壳体构件的接大地系统相互绝缘，一种情况是使接地系统上的电磁干扰就不会传导到设备。另一种情况是在有些电子设备中，为了防止机箱上的干扰电流直接耦合到信号电路，有意使电路单元的信号线与设备机箱绝缘。采用浮地的设备、单元容易受空间耦合干扰，注意采用电磁屏蔽技术。,悬浮接地,悬浮接地是将信号接地与安全接地分开的方法,3.地回路干扰,3.1 接地公共阻抗产生的干扰,两个不同的接地点之间有一定的电位差，称为地电压，这是由于两接地点间总有一定的阻抗，地电流在该公共阻抗上产生了地电压，该电压直接加到电路上在为共模干扰电压,3.2 接地电流和电压的形成,（1）由导电耦合而引起的接地电流。,设备中的各级电路不可能总采用一点接地, 在许多情况下需采用两点或多点接地, 即通过两点或多点实现与接地面连接, 因此形成接地回路, 通过接地回路将流过接地电流,导电祸合电流回路,（2）,由电容祸合形成的接地电流,由于回路元件与接地面之,间,存在分布电容, 通过分布电容形成接地回路, 电路中的电流总会有部分电流泄漏到接地回路中,。,图,a,表示导电祸合和电容祸合而形成的接地回路, 并通过接地回路流过接地电流。,图,b,表示在阻抗元件的高电位和低电位两点上的分布电容所形成的接地回路, 当该回路处于谐振状态时, 接地电流将很大。,（3）,由电磁祸合形成的感应地电,当电路中的线圈靠近设备壳体时,壳体相当于只有一匝的二次线圈, 它和一次线圈形成变压器祸合, 机壳内因电磁感应将产生接地电流, 而且不管线圈的位置如何, 只要有变化磁通通过壳体, 就会产生感应地电流。,（4）,由金属导体的天线效应形成地电流,当有辐射电磁场照射到金属导体时, 由于接收天线效应使导体产生感应电动势, 如果金属体是箱体结构,那么由于电场作用, 在平行的两个平面上将产生电位差, 使箱体的接地电流流过, 该金属箱体同回路相连时, 就会形成有接地电流通过的电流回路,4.3地回路干扰,由接地公共阻抗以及传输导线或金属机壳的天线效应等因素在地回路中形成共模干扰电压，该电压通过各种地回路感应到受害电路的输入端，而形成地回路干扰,2,抑制地线干扰的技术措施,为了抑制地回路干扰，在设计中应尽量减小公共接地阻抗，恰当的选择接地点的位置，尽量减少地回路。此外还可采用专门技术措施，以进一步抑制地回路干扰,。,放大器与信号源的接地点选择,信号源与放大器连接构成电路时，采用信号源与地隔离的一点接地式，可抑制接地干扰电压对放大器输入端的干扰,多级电路接地点的选择,a接地点高于,因此，多级电路的接地点应选择在低电平级电路的输入端,3.电缆屏蔽层的接地选择,屏蔽电缆的屏蔽层只有在接地以后才有屏蔽作用，但是接地点必须正确选择,在低频情况下，即电缆长度远小于波长时，一般采用单点接地的屏蔽层。,在高频情况下，如果电缆的长度近于1/4时，应采用多点接地，至少俩个屏蔽点，,谐振回路的接地点选择,在并联回路内部，其电流是外部电流的Q倍，有时谐振回路内部的电流非常大，因此把振荡回路中的电感L和电容C分别接地。,1.,地回路差模子扰的抑制方法,电子设备中的地线分布到设备内部的各级电路单元, 它难免会与其他线路构成回路, 如在不对称信号传输电路中, 地线与信号线可构成回路,，,地线本身也可构成地回路。磁场与这些环路交链时的感应电动势就是差模干扰。,为减小地回路的差模干扰,面积, 最好在线路布局时避免构成地回路。切断地回路的最有效的方法是采用浮地、单点接地、采用差分平衡电路以及光电藕合器等。,2.,地回路共模干扰的抑制方法,当感应的电磁干扰在回路上传输时，如果回路的阻抗完全对称时，则共模干扰就不会对电路引起干扰。但是，实际的回路真正达到完全对称是不可能的。由于阻抗的不平衡，在传输中共模干扰就会对电路造成干扰。,减小地线共模干扰的主要措施有： a) 减小接地电阻； b) 减小地线分布电感； c) 使用共模电感。,差分平衡电路,差分平衡电路有助于减少接地电路干扰的影响,。,差分放大电路,隔离变压器,屏蔽层只能接2点！,C,2,V,G,1,2,C,1,屏蔽,C,P,V,G,V,S,V,N,R,L,共模扼流圈的作用,Vs,R,1,R,1,R,L,L,V,G,I,N1,I,N2,I,S,V,S,+ V,N,V,N,/ V,G,M,R,L,/（R,S,+ R,L,）, = R,1,/ L,f,由,V,G,引起的干扰电压,V,N,尽量减小,R,1,和增大,L,（磁导率）。,光隔离器,发送,发送,接收,接收,R,L,R,L,V,G,V,S,V,S,V,G,光耦器件,Cp,平衡电路对地环路干扰的抑制,V,G,R,S1,V,S1,R,S2,R,L2,R,L1,V,S2,I,N1,I,N2,I,S,V,L,平衡电路：,Rs,1,= Rs,2,，R,L1,= R,L2,，V,S1,= V,s2,V,L,= I,S,（,R,L1,+ R,L2,）,，,地环路噪声,V,g,在负 载上没有造成影,响，仅有信号电流,I,S,（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,。,Vg,接地位置不当造成的干扰,稳压电源,稳压电源,火灾,报警器,火灾,报警器,搭接技术,搭接的概念,良好搭接的作用,不良搭接的影响,搭接的加工方法,搭接的概念,搭接形成了两导电体之间具有导电性的,固定结合,，实现了屏蔽、接地、滤波等抑制电磁干扰的技术措施和设计目的，是,EMC,的重要技术之一。,搭接是指两个金属物体之间通过机械、化学或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气通路的工艺过程。,搭接的目的在于为电流的流动提供一个均匀的结构面和低阻抗通路，以避免在相互连接的金属件间形成电位差。,(,因为这种电位差对所有频率都可能引起电磁干扰,),搭接技术在电子、电气设备和系统中有广泛的应用。,一个设备的机箱,另一个设备的机箱,设备机箱,接地平面,信号回路,地回路,电源回路,地回路,屏蔽层,地回路,接地平面,连接大地的地网或地桩之间，都要进行搭接。,搭接阻抗一般很小 ，,EMC,考虑,直流电阻也是决定搭接有效性的指标,良好的搭接是减小电磁干扰，实现电磁兼容性所必须的。,良好搭接的作用在于：,减少设备间电位差引起的骚扰；,减少接地电阻,从而降低接地公共阻抗骚扰和各种地回路骚扰,;,实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目的；,防止雷电放电的危害，保护设备等的安全；,防止设备运行期间的静电电荷积累，避免静电放电骚扰。,此外，良好搭接可以保护人身安全，避免电源与设备外壳偶然短路时所形成的电击伤害等。,因此，搭接技术是抑制电磁干扰的重要措施之一。,为了说明良好搭接的重要性，下面举一个由不良搭接导致滤波电路失效的例子。,图,7,-,1,中，干扰源与敏感设备之间接一,型滤波器。,该滤波器是一个低通滤波器，,其作用是滤除设备电源线中,的高频骚扰分量。,在高频情况下，旁路电容器,的电抗呈低阻抗，出现在电,源线上的干扰信号沿着通路,被旁路至地。,因此，干扰信号不会到达敏感设备，达到了滤波目的。,不良搭接对抑制电磁干扰的影响：,1.,电缆连接器与设备壳体的搭接能使电缆屏蔽获得最佳效果。,2.,电流通路上存在没有牢固连接的搭接点，或者由于振动使搭接点松动，这样的搭接点会起到间歇式触点的作用。,即使直流电流或工频交流电流通过这样的搭接点，在此搭接点所产生的放电火花也可能形成频率高达几百,MHz,的骚扰信号。,3.,信号电路接地系统中，各个构件搭接不良会使接地措施形同虚设。不良搭接使搭接阻抗增加，会在搭接处形成干扰电压降，破坏理想接地等电位的要求。,4.,防雷电保护网络中,5.,工频交流供电线路中，如果存在松动的搭接点，就会在某些用电负载上产生很高的电压降，足以损坏用电设备。,搭接方法的分类：永久性、半永久性搭接,搭接类型：直接、间接,搭接的有效性,搭接表面的清理和防腐涂覆,搭接的加工方法,搭接的设计,搭接质量的测试,搭接方法可分为永久性搭接和半永久性搭接两种,永久性搭接,是利用铆接、熔焊、钎焊、压接等工艺方法，使两种金属物体保持固定连接。永久性搭接在装置的全寿命期内，应保持固定的安装位置，不要求拆卸检查、维修或者做系统更改。,永久性搭接,在预定的寿命期内应具有稳定的低阻抗电气性能。,半永久性搭接,是利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两种金属物体保持连接的方法，它有利于装置的更改、维修和替换部件，有利于测量工作，可以降低系统造成成本。,搭接类型分为两种基本类型：直接搭接和间接搭接,直接搭接,是两裸金属或导电性很好的金属特定部位的表面直接接触，牢固地建立一条导电良好的电气通路。,直接搭接的连接电阻的大小取决于搭接金属接触面积、接触压力、接触表面的杂质和接触表面硬度等因素。,实际工程中，有许多情况要求两种互连的金属导体在空间位置上分离或者保持相对的运动，显然这一要求妨碍了直接搭接方式的实现。此时，就需要采用搭接带或者其它辅助导体将两个金属物体连接起来，这种连接方式称为,间接搭接,。,间接搭接的连接电阻等于搭接条两端的,连接,电阻之和与,搭接条,电阻相加,搭接条在高频时呈现很大的阻抗。,所有高频时多采用直接搭接；,设备,需要移动,或者,抗机械冲击,时，需要用间接搭接。熔接、焊接、锻造、铆接、栓接等方法都可以实现两金属间的裸面接触。,搭接前,需要对搭接体表面进行净化处理，有时还在搭接体表面镀银或金来覆盖一层良导电层。,搭接的实施,当两种不同的金属互相接触时，会出现一种质变，即,腐蚀,。所谓腐蚀是指在电化学序列中，属于不同组的两种金属在溶液,(,起电解液作用,),存在情况下相互接触，形成了一个化学电池，使金属逐渐产生原电池腐蚀和电解腐蚀。能起,电解液作用的液体,有盐水、盐雾、雨水,(,雨水能够携带许多杂质使金属表面上各种杂质湿润,),、汽油等,表,7,-,1,常见金属的电化学序列,(,以对腐蚀的灵敏度递减排序,),腐蚀的程度,取决于两种不同金属在电化学序列中的组别和接触时所处的环境。适当地改变这两个因素，可使搭接的腐蚀减小。在电化学序列中同一组的两种金属接触时，不会发生明显的腐蚀现象。如果是不同组的两种金属接触，则在表,7,-,1,中，前面组别中的金属将构成一个阳极，而且受到较强的腐蚀；后面组别中的金属将构成一个阴极，相对而言它不受腐蚀。,组别相差越远的两种金属接触时，腐蚀越严重。,因此，两个相接触的金属材料，应尽量选择表,7,-,1,中同一组别的金属或者相邻组别中的金属,。,。,如果需要将第二组金属,(,例如铝,),机壳与第四组金属,(,例如不锈钢,),框架搭接时，为了减小对金属铝的腐蚀，可在两金属表面间放入一个第三组金属,(,例如镀锡,),垫圈。这样即使保护层损坏，受腐蚀的将是垫圈，而不是铝壳，因而可以保护机壳。此外，当两种不同金属搭接时，阴极和阳极的,相对面积选择,也很重要，阴极越大意味着电子流量越大，因此，阳极处的腐蚀作用越严重。减小阴极接触面积，可以使电子流量减少，从而减轻腐蚀,搭接材料选择,u 电极电位越小，腐蚀的速度越快，电极电位增加，腐蚀的灵敏度逐渐递减u 二种不同组的金属接触时，主要是靠序列上部的金属即阳极金属发生腐蚀u,一是搭接在一起的金属应尽量选用同一组金属，或序列中尽量靠近的两种金属。,二是要保证干燥和减小接触电阻u 设备主体金属应为电化学序列大的金属，或在其间插入可更换的垫片搭接的电化学腐蚀原理,搭接表面的清理和防腐涂覆,为了获得有效而可靠的搭接，搭接表面必须进行精心处理，其内容包括搭接前的表面清理和搭接后的表面防腐处理。,搭接前的表面处理主要是清除固体杂质，如灰尘、碎屑、纤维、污物等；其次是有机化合物，如油脂、润滑剂、油漆和其它油污等，还要清除表面保护层和电镀层，如铝板表面的氧化铝层以及金、银之类的金属镀层。,搭接完成后，为保护搭接体，在接缝表面往往要进行附加涂覆,(,例如涂油漆或者电镀,),。应注意的是，若仅对阴极材料涂覆，会在涂覆不好的地方引起严重的腐蚀。因此，当不同金属接触时，特别应对阴极表面进行涂覆，或者在两种金属表面,(,阳极,表面和阴极表面,),都加涂覆,图,7-4,不同金属搭接处的涂覆,搭接的加工方法,两种金属材料搭接的加工方法很多，按接合作用原理可分为,物理化学机械,三类不同的原理。,物理加工方法主要有熔焊、钎焊和软焊,热熔接合是通过气体燃烧和电弧加热使两种金属熔化流动形成连续的金属桥加工工艺，接合处的电导率高，机械强度好，耐腐蚀，但加工成本高。常用的熔接加工方法有气焊、电弧焊、氩弧焊、放热焊等。钎焊是一种金属流动工艺，它把连接的金属表面加热到低于熔点的温度，而后施加填充的金属焊料和适当的焊剂，通过焊料使连接金属表面的紧密接触实现结合。钎焊分为硬钎焊和软钎焊。软钎焊是一种更简单的连接工艺。钎焊使用的温度相当低，因此在那些可能出现大电流的场合不允许采用软钎焊的方法。,机械加工方法,有螺栓连接、铆接、压接、卡箍紧固、销键紧固、拧绞连接等方法。,化学加工方法,主要采用导电粘合剂。它是一种具有两种成分的银粉填充的热固性环氧树脂，经固化后成为一种导电材料。通常它用于搭接金属的表面，既使之粘合，又形成导电良好的低电阻通路。它不仅具有很好的防腐能力，还具有很强的机械强度。有时它和螺栓结合使用，效果更佳。,搭接技术是抑制电磁干扰的重要措施之一，因此，必须把搭接设计纳入系统设计中。搭接设计首先应结合设备和系统的整体布局，综合电磁兼容性设计的要求和指标，考虑屏蔽、接地、滤波的需要，合理设计搭接点的布局和配置；其次，应满足搭接的有效性和可靠性要求。,搭接的设计,搭接质量的有效性和可靠性主要取决于搭接点的连接电阻。影响搭接点连接电阻的主要因素有搭接结构、金属表面的处理情况、搭接加工方法、环境条件和通过接头的电流频率和幅值等。,搭接质量的测试,目前用得最多的是采用四端法直接测量搭接点的直流或者低频搭接电阻。由图,7,-,5,可知，恒流源在被测搭接点,(,线、面,),上形成电压降，然后用高灵敏度的数字电压表测出其电压降值再根据恒流源指示的电流值，推算搭接电阻。现在已经有商品型微欧计可供使用，但是其恒流源输出电流较小，限制了它对大面积搭接接头的测量。,图,7,-,5,搭接电阻的测量方法,另外，利用专门的高频搭接阻抗测量探头、网络分析仪或者带有跟踪信号源的频谱仪，还可以测量出搭接条的高频阻抗特性。,谢谢观看,请多指教,