地技術(shù)在現(xiàn)代電子領(lǐng)域方面得到了廣泛而深入的應(yīng)用。電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義:一種是“大地”(安全地),另一種是“系統(tǒng)基準地”(信號地)。接地就是指在系統(tǒng)與某個電位基準面之間建立低阻的導(dǎo)電通路?!敖哟蟮亍笔且缘厍虻碾娢粸榛鶞剩⒁源蟮刈鳛榱汶娢?,把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準點與大地相連。由于大地的電容非常大,一般認為大地的電勢為零。開始的時候,接地技術(shù)主要應(yīng)用在電力系統(tǒng)中,后來,接地技術(shù)延伸應(yīng)用到弱電系統(tǒng)中。在弱電系統(tǒng)中的接地一般不是指真實意義上與地球相連的接地。對于電力電子設(shè)備將接地線直接連在大地上或者接在一個作為參考電位的導(dǎo)體上,當(dāng)有電流通過該參考電位時,接地點是電路中的共用參考點,這一點的電壓為0V,電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準的,一般在電路圖中所標出的各點電壓數(shù)據(jù)都是相對接地端的大小,這樣可以大大方便修理中的電壓測量。相同接地點之間的連線稱為地線。把接地平面與大地連接,往往是出于以下考慮:提高設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性,靜電泄放,為工作人員提供安全保障。接地的目的:安全考慮,即保護接地。為信號電壓提供一個穩(wěn)定的零電位參考點(信號地或系統(tǒng)地)屏蔽保護作用。
一、接地的類型和作用不同的電路有不相同的接地方式,電子電力設(shè)備中常見的接地方式有以下幾種:
1、安全接地
安全接地即將高壓設(shè)備的外殼與大地連接。一是防止機殼上積累電荷,產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全,例如電腦機箱的接地,油罐車那根拖在地上的尾巴,都是為了使積聚在一起的電荷釋放,防止出現(xiàn)事故;二是當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而使機殼帶電時,促使電源的保護動作而切斷電源,以便保護工作人員的安全,例如電冰箱、電飯煲的外殼。三是可以屏蔽設(shè)備巨大的電場,起到保護作用,例如民用變壓器的防護欄。
2、防雷接地
當(dāng)電力電子設(shè)備遇雷擊時,不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊,如果缺乏相應(yīng)的保護,電力電子設(shè)備都將受到很大損害甚至報廢。為防止雷擊,我們一般在高處(例如屋頂、煙囪頂部)設(shè)置避雷針與大地相連,以防雷擊時危及設(shè)備和人員安全。安全接地與防雷接地都是為了給電子電力設(shè)備或者人員提供安全的防護措施,用來保護設(shè)備及人員的安全。
3、工作接地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。這個基準電位一般設(shè)定為零。該基準電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點、某一段或某一塊等。當(dāng)該基準電位不與大地連接時,視為相對的零電位。但這種相對的零電位是不穩(wěn)定的,它會隨著外界電磁場的變化而變化,使系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致電路系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。當(dāng)該基準電位與大地連接時,基準電位視為大地的零電位,而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不合理的工作接地反而會增加電路的干擾。比如接地點不正確引起的干擾,電子設(shè)備的共同端沒有正確連接而產(chǎn)生的干擾。為了有效控制電路在工作中產(chǎn)生各種干擾,使之能符合電磁兼容原則。我們在設(shè)計電路時,根據(jù)電路的性質(zhì),可以將工作接地分以下為不同的種類,比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。不同的接地應(yīng)當(dāng)分別設(shè)置。不要在一個電路里面將它們混合設(shè)在一起,例如數(shù)字地和模擬地就不能共一根地線,否則兩種電路將產(chǎn)生非常強大的干擾,使電路陷入癱瘓!
4、信號
信號地是各種物理量信號源零電位的公共基準地線。由于信號一般都較弱,易受干擾,不合理得接地會使電路產(chǎn)生干擾,因此對信號地的要求較高。
5、模擬地
模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。模擬電路中有小信號放大電路,多級放大,整流電路,穩(wěn)壓電路等等,不適當(dāng)?shù)慕拥貢鸶蓴_,影響電路的正常工作。模擬電路中的接地對整個電路來說有很大的意義,它是整電路正常工作的基礎(chǔ)之一。所以模擬電路中合理的接地對整個電路的作用不可忽視。
6、數(shù)字地
數(shù)字地是數(shù)字電路零電位的公共基準地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài),特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時,會產(chǎn)生大量的電磁波干擾電路。如果接地不合理,會使干擾加劇,所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。
7、電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元,而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別,因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作,又要保證其它單元穩(wěn)定可靠的工作。電源地一般是電源的負極。
8、功率地
功率地是負載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強、電壓較高,如果接地的地線電阻較大,會產(chǎn)生顯著的電壓降而產(chǎn)生較大的干擾,所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設(shè)置,以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。
屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用,才能起到良好的屏蔽效果。主要是為了考慮電磁兼容,典型的兩種屏蔽是靜電屏蔽與交變電場屏蔽,下面分別介紹:
靜電屏蔽:當(dāng)用完整的金屬屏蔽體將帶電導(dǎo)體包圍起來,在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量異種的電荷,外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的同種電荷,因此外側(cè)仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地,外側(cè)的電荷將流入大地,金屬殼外側(cè)將不會存在電場,相當(dāng)于殼內(nèi)帶電體的電場被屏蔽起來了。