关于电磁兼容接地的探析

陕西凌云电器集团有限公司 梁 红

陆军航空兵军代局驻兰州地区军事代表 于 悦

关于电磁兼容接地的探析

陕西凌云电器集团有限公司 梁 红

陆军航空兵军代局驻兰州地区军事代表 于 悦

对于电磁兼容性的解决三要素：屏蔽、滤波、接地。解决电磁兼容问题必须从这三要素出发，缺一不可！缺少一个因素，问题就不会存在。从三要素入手分析，根据具体情况，消除其中的一个。

接地；信号接地；电源地线

考虑电磁兼容问题，准备要趁早。在产品设计前期阶段，我们不能只关注“功能性设计”，而忽略EMC设计。电磁兼容措施要趁早，了解标准才能提早做准备。实验证明，如果在产品研制的初始阶段就同时进行电磁兼容性设计，这样80%-90%的问题会在设计定型之前完成，如果等到整机联调时再解决，不仅在技术上造成很大的难度，还会造成人力、物力的极大浪费。考虑的越早，问题越简单，解决问题所需要的成本越低。

任何设备是骚扰源还是敏感设备，都是相对而言的。比如：研究一个电源的干扰问题时，电源就是干扰源，耦合通道就是空气和各种电缆。与电源在同一个环境中的其他电子设备就是敏感源。

反过来当研究电源的敏感度（就是抗干扰能力），电源变成了敏感源，其他设备就成了干扰源。干扰源和敏感度都是相对而言，必须站在系统的角度，全面的看待问题。

1. 三要素中的接地

解决电磁兼容问题必须从屏蔽、滤波、接地这三要素出发，下面我们就重点分析接地。

传统定义：在从事电路设计的人员范围内，如果谁提出这样的一个问题：什么是地线，地线起什么作用？马上会引起同事的嘲笑。电路接地是太平常的事情。课本中说：地线就是电路中的电位参考点，为所有电路提供一个电位基准。

新定义：地线是信号流回源的低阻抗途径，突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，表示出实际地线上的电位情况。

从安全的角度、电路工作的角度考虑，接地是非常必要的。

2. 接地类型

系统工程中分为：防雷接地、安全接地、系统信号接地；系统、设备中分为：信号地、数字地、模拟地。

2.1安全接地

就是接大地。一是防止静电放电，二是保护人员的安全。用电设备的底盘、机壳、底盘都应接地。

2.2防雷接地

把可能受到雷击的物体和大地相接，用以提供泄放大电流的通路称为防雷地。目的就是防止人及物体遭到雷击，包括天线、大楼、电气、电子设备等。雷击的瞬间是以高电压、大电流的形式表现出来，往往是破坏性的，毁灭性的结果。

雷电放电电流一般是脉冲性的大电流，可高达上百千安，它的上升沿可达微秒量级，因此要求防雷接地的接地电阻要小。为了避免雷击电流引发设备之间的高电位差，要求防雷接地线路通畅，并与设备安全地之间有一定距离，或者设备安全之间特别是有电气联系或距离较近的设备进行低电感和电阻隔离搭接。

所以，防雷接地不能与安全接地混为一谈，连接一起，避免高电压、大电流形成时，电流倒流。

2.3保护接地

保护接地就是为了保护设备、装置、电路及人身的安全，也称之为安全地。因此，在设备、装置、电路的底盘及机壳端一定要采取保护接地。因保护接地和人身安全相关，保护接地的方式在配电的标准规范中以及安全规范都有严格的规定。

保护接地主要用以保护工频故障电压对人身造成的危害，其保护原理是：通过把带故障电压的设备外壳短路到大地或地线端，保护过程中产生的短路电流是熔丝或空气开关断开。保护地的工频电阻要求较小，同时要求保护地的可靠性很高。从电源频率的角度来看，如仅对人身安全的保护接地而言，可以不对保护地提出低电感的要求。

2.4安全地

安全接地就是机壳接大地。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。为了安全起见，电气设备的机壳、底盘都应接地。

3. 信号接地

信号接地是通过信号地为电流回流到信号源提供一个低阻抗通路，为了抑制电磁干扰。接地的方式有两种：单点接地和多点接地。

3.1单点接地

单点接地是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点，所有需要接地的点都直接接到这一点上。这种接地方法比较简单，应注意将低电平电路安排在最接近公共接地点的位置。

3.2多点接地

多点接地是系统中各个接地点都接到距它最近的地平面上，使得接地线最短，适用于高频电路。高频信号电路在接地阻抗上起主导作用的是电感，为了降低地线阻抗，在高频端都使用多点接地方式，但同时会出现多个接地点如图1所示。

图1 多点接地

图1中每个接地电路对地电位为：

式中：Ri—地线排的电阻；Li—地线排的等效电感；Ii—电路的地电流。

由公式可知，为了降低电路的地电位，每个电路的地线应尽可能短而粗，以便降低地线阻抗。但在高频时，由于趋肤效应，高频电流只流经导体表面，此时要降低地线阻抗，通常采取地线排镀银的方式。然而多点接地将造成设备内部出现多个地线回路，通过地线回路将可能对低电平电路产生干扰，带来不良影响。，造成地环路干扰。

如何选择单点接地还是多点接地，需要根据具体情况决定。一般按下列准则选取：

（1）低频（＜1MHz），且地线长度较短的情况（＜λ/20），选用单点接地方式；低频（＞1MHz），且地线长度较长的情况（＞λ/20），选用多点接地方式。

（2）频率介于1MHz～10MHz之间，且地线长度与λ/20相当的情况，选用单点和多点混合地方式。

（3）频率＞10MHz的情况，采用多点接地方式。印制板可通过大面积接地来降低地线阻抗。

4. 电源分机地线设计

接地设计包括安全地线和信号地线两类。安全地线很容易实现，在此不作讨论，主要讨论电源分机地线设计。

飞机系统的提供的电源有两种：27V直流电源和400Hz交流电源。但完成各部分电路中很少直接使用这两种电源，而是由电源分机对这两种电源进行处理后提供给其他电路。

常用的电源电路有：线性电源电路和开关电源电路。线性电路的噪声小，但效率低、损耗大；开关电路的噪声大，但效率高。根据实际需要，电源分机既包含线性电路又包括开关电路，因此电源分机印制板的地线采用了单点和多点接地两种方式，线性电路部分以单点接地为主，而开关电路部分以多点接地为主，最终连接到公共接地点。

对其他电路来说，电源分机可等效为图2的形式，VL和VS分别代表线性电源和开关电源的输出，ZL和ZS分别代表线性电路和开关电路的内阻，其中包括印制导线的阻抗。

印制导线的电阻：

印制导线的自感：

其中：ρ—印制线材料的电阻率；l—印制线长；w—印制线宽；t—印制线厚。

由公式可看出印制导线的电阻和自感与其宽度成反比，而与其长度成正比，通过加宽线条、缩短长度可减小印制导线的阻抗（见图2）。

图2 电源分机输出等效电路

5. 结束语

接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地外，最大功用为保护使用者不被电击，确保产品不会造成对人体的电击伤害。在实际中，针对不同的状态，选择正确的接地方式尤为重要。

［1］白同云编著.电磁兼容设计实例精选［M］.中国电力出版社，2008.

［2］张辉，曹丽娜.现代通信原理与技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2008.