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有网友问:很多人都认为,在电磁兼容电路设计中元器件的接地问题很重要,请问如何接地最好?
下面是我的回答:
首先我们应该弄清楚“地”的概念。很多人都把电子线路中电源的负极或正极当成“地”,在很多电子书籍中也都是这么写的,因此,很多人在画电子原理图的时候,都把元件与电源负极(或正极)连接的一端画成一个接地的符号,我们不能说这中画法不对,但如果我们真的把这个接地符号看成是接“地”那就是大错特错了。我认为,把这个接地符号看成是公共连接端是正确的,但把它当成真正的“地”那就错了。
由于我们所接触到的一切物体都是来自地球,那么当我们把这些物体与地球分离之后,只要我们没有让这些物体另外带电之前,我们都认为这些物体是与地球同电位的,如果我们把地球看成是0电位,则这这些物体也是0电位,即不带电。(——实际上地球对于宇宙中的绝对0电位来说还是带电的,带负电)。既然电源有正、负极之分,那么,电源的正极就是带正电,而电源的负极就是带负电,所以电源的正极或负极都不能算为“地”,而电源真正不带电的地方(0电位)应该是电源的中心抽头处。
这个与地球同电位,但又没有用导体与地球相连接的地方,我们就把它称为“浮地”。这样电源的中心抽头处或带电电容器的中心处都可以成为“浮地”。
既然电源的正极对大地带电,那么可以测量吗?能!不过电源正极带电与地球带电,都属于静电,用验电器就可以测量。当两个带电物体互相接触的时候,它们之间所带的电荷就会互相放电或充电,即:带正电者放电,带负电者被充电,直到两个物体的电位完全相等为止,它们之间才停止充放电。因此,从两个带电物体互相充放电的原理,我还可以把带电物体看成是一个电容。但这里的电容与电容器完全是两回事,这里的电容带电时,其电位的高低是相对于无限远处(绝对0电位处)而言,而电容器带电,则是电容器的一个电极相对于另一个电极而言。
因此,物体带电就相当于电容带电,物体的体积越大在相同电位之下,所带的电荷就越多,所以其电容就越大。由于带电电容的电场方向是指向无限远处,同时也指向地球,因此,带电物体的电场会对周围物体产生电场感应。当物体的电位在不断地变化时,通过电场感应,周边物体的电荷分布也会产生改变,这相当于电容充放电;而当电荷改变分布时又会在导体中产生电流,电流又会产生磁场,所以交变电磁场总是同时存在的。
明白这个道理之后,我们再来看开关电源是怎样通过地线(公共端)产生干扰的。我们先看开关变压器的次级,一般,开关变压器次级的一端都接地(电源负极),而另一端则接整流二极管。当整流二极管有电压输出时,开关变压器次级接整流二极管正极的一端电压为正,而接公共端的一端为负,由于开关变压器次级的“浮地”是在开关变压器次级线圈的中间抽头处,由此可知,此时开关电源的地线(公共端)对大地来说,不是0电位,而是负电位;当开关变压器次级输出电压的极性改变时,地线(公共端)带电的极性也要改变。
由此可知,开关电源输出电压的负极不是“地”线,它是一根带电的导体,或相当于一个被来回充放电的电容。它与大地之间有电位差,电位差的大小正好等于开关变压器次级输出电压的二分之一。这个分析结果很容易用仪表进行测量,例如用示波器的探头(信号输入端)连接开关变压器次级的地(负极),而示波器探头的接地端与大地连接,很容易就可以看到干扰信号的存在。其中也有50周的干扰信号(幅度很高),这是通过电源线传导进来的。
既然开关电源输出电压的负极是带电的,那么与它相连的其它电路也都全部带电。只要物体带电,它就会对周围电路以及电子设备产生电磁感应,即产生干扰(传导干扰或辐射干扰)。为了减少本机对其它机器的干扰,首先要对电路进行屏蔽,把电路安装在一个屏蔽盒之中,同时还要对上述带电地线或其它输入输出线进行隔离。隔离的方法就是在地线或其它输入输出线之间串联电感,这个电感称为共模抑制电感,共模抑制电感的一端与机器中的地线(公共端)相连,另一端与一个Y电容相连,Y电容的另一端与大地相连。这是抑制传导干扰的最有效方法。
特别值得注意的是,共模抑制电感与Y电容的连接位置。Y电容和共模抑制电感尽量靠近电源的输入端,即电源插座的位置,并且共模抑制电感要尽量靠近Y电容,而Y电容还要尽量靠近与大地连接的地线(三心电源线的地线),这对EMI抑制才有效。(更详细内容请参看其它相关部分)
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