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地線的干擾與抑制

來源:機房360 作者:戴博文 更新時間:2011-12-1 11:02:13

摘要:本文介紹了地線干擾的形成原因,提出了減小和抑制干擾的策略與接地方法。由于地線中存在的阻抗不能忽略,所以電流流經時必然產生壓降,作為基準的地線電位產生了壓差,對信號是一種嚴重干擾,影響電路的正常使用。根據成因,抑制的方式也從地環路干擾和公共阻抗兩方面著手,介紹了相應的解決方法。

  1.地線干擾成因
  
   導線的阻抗是電阻和電抗之和,電抗與頻率有關,當電流頻率f=0時,阻抗等于電阻,頻率較高時阻抗基本由感抗決定。由于地線存在阻抗,當電流流過地線時,會在地線上形成電位差,使信號傳輸出現偏差,這就是地線干擾。
  
  2.地線干擾形式
  
   地線干擾的形式主要有地環路干擾和共阻抗干擾兩種。
  
   2.1地環路干擾,如圖1所示,電路分別接地,由于地線阻抗的存在,當電流較大時,產生的電壓也很大。假如附近有大功率用電設備啟動時,在地線中就會流過很強的電流,由于電路的不平衡性,設備間的連接線纜上電流不同,因此會產生差模電壓,對電路造成影響。


圖1地環路干擾

  2.2公共阻抗干擾,如圖2,當兩電路共用一段地線時,一個電路的對地電位會受另一個電路電流的鉗制,鉗制影響是相互的,從而造成相互的干擾。


圖2公共阻抗干擾

  3.減小干擾的對策
  
   我們研究的均是信號地,不同于設備外殼的安全接地,信號地流經的往往是高頻信號,針對干擾成因,提出下列對策來減小或消除地線干擾。
  
   3.1使設備一端或整個接地斷開,采取切斷地回路的方式,可以消除地環路電流,如圖3,但有兩個問題,一個是安全考慮,往往不允許浮地,此時可考慮通過電感接地,這樣對于高頻電流有較強的抑制作用,對低頻信號干擾起到減弱作用。另一個問題,設備浮地時設備對地存在寄生電容,在頻率較高時阻抗較低,對高頻干擾的抑制不明顯。


圖3浮地結構

   3.2使用變壓器連接設備,如圖4,利用磁路切斷環路電流,但變壓器初次級間的寄生電容仍然能夠為高頻電流提供通路,因此需選用帶屏蔽層的變壓器,注意屏蔽層的接地端必須在接受電路的一端,否則不僅不能起到很好的隔離作用,還有可能對干擾進行放大。


圖4變壓器隔離

  3.3使用光隔離,如圖5,這可以說是解決地環干擾的最理想辦法。光連接有兩種方法,一種是用光耦器件,另一種是用光纖連接,光耦的寄生電容一般為2pf,能夠在很高的頻率范圍內提供良好的隔離。光纖幾乎沒有寄生電容,但在安裝、維護、成本等方面不如光耦器件。


圖5光電隔離

   3.4使用共模扼流圈,如圖6,相當于增加了地環路的阻抗,但要注意使用寄生電容較小的共模扼流圈,否則對高頻干擾的隔離效果不理想,共模扼流圈的匝數越多,則寄生電容越大,高頻隔離效果越差。


圖6共模扼流圈

  4.消除公共阻抗干擾
  
   消除公共阻抗干擾的途徑有兩個,一個是減小公共地線部分的阻抗,另一個方法是采用適當的接地方式避免相互干擾。
  
   4.1減小阻抗,如前所述,減小阻抗就是減小地線的電感,其中包括使用扁平導體做地線,用多條相距較遠的并聯導體作地線等。
  
   4.2通過適當接地方式避免公共阻抗的接地方法是并聯接地,如圖7,缺點是導線過多,因此在實際中,并不是所有電路都并聯單點接地,對于相互干擾較小的電路,可以采用串聯單點接地,可將信號按強弱分類,在同類電路中使用串聯單點接地,不同類型電路采用并聯單點接地,即混合接地方式,如圖8。


圖7并聯接地


圖8混合接地

  5.總結
  
   地線造成干擾的現象在工程中屢見不鮮,但究其原因地線阻抗在高頻信號下的不可忽略性是根本原因,希望通過本文的介紹能幫助讀者在理解成因的基礎上靈活應用策略,解決地線干擾。
  
  責任編輯:Randy

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