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[博客大赛]接地与浮地

2013-4-28 14:42 2833 0 2 分类: 模拟 文集: 模拟电子基础

 

1 浮地技术:是针对系统存在需要检测的对地浮动的差模信号问题(通常这些被测信号与系统信号参考地之间存在一些较高数值的共模信号)而采用的一类信号测量与处理技术。目的:是要将浮动的信号转化或传输到以系统信号地为参考点的信号(既:“把天上的仙女转变成地上的凡人”)。例如:系统中的两点(P1,P2), Vp1=1000V, Vp2=1001V,Vcom(共模电压)=1000V,Vdif(差模或差分电压)= +1V,P1定为浮动参考点.高压电源的输出电流转换成的电压信号是一个比较典型的案例。常用“隔离放大器”与“仪器放大器(或减法比例器)”剔除共模信号。而后者通常只能减去±10V以内的共模信号,但漂移较小。前者先将Vdif转换成便于隔离传输的形式(如:光、占空比变化的脉冲信号等),再通过光接收器、脉冲变压器等将信号还原成原来的形式;温飘系数通常为:30-50uV/℃,于是在0-40℃的环境里,会有±0.6-1mV的温飘变化;零飘还是比较大的,相比:采用数字脉冲做传输方式的比模拟传输隔离信号方式的漂移要小;最高隔离电压可达到:1KV-2KV;典型供应商:ADI公司,通常价格较贵(几百元¥量级/个)。通常,是将前端放大器的浮动电源的公共点与“低内阻”(很重要,不能忽略)浮动参考点相连接。
2 解决问题的思路:通常,解决漂移的思想是尽量从信号前端得到较高幅度的信号。这样,尽管通过隔离传输产生了较大的漂移(可将这些漂移看作噪声干扰信号),较高的信噪比还是可以满足要求而漂移或可忽略不计。例如:能用100KΩ的电阻(将0.6uA-114.7uA的电流转换成60mV-11.47V的电压信号),就不用1KΩ或10KΩ电阻。
3 新的建议:感谢技术的进步!现在有很多价廉物美的串行数字输出的A/D(如:TI-BB,ADI,NSC等公司),先在浮动点将Vdif数字化,再采用光耦(6N136/7等)隔离共模信号、传输数字信号到系统参考地后,或用串行D/A还原或显示或由单片机处理自由度就大多了。通常可以解决漂移问题。只是需要注意:A/D浮动工作电源的公共点要与“低内阻”浮动参考点相连接。其余就是常规设计问题了。


  浮地,即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地(强电地)和信号地(弱电地)之间的隔离电阻很大,所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。

 

这就像电视机,收音机等电子线路的公共地线不作实际的接地,它就是一个浮地系统。

 

不同地线的处理方法:

1. 数字地和模拟地应分开;  在高要求电路中,数字地与模拟地必需分开。即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。  2.浮地与接地;  系统浮地,是将系统电路的各部分的地线浮置起来,不与大地相连。这种接法,有一定抗干扰能力。但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ,一旦绝缘性能下降,就会带来干扰。通常采用系统浮地,机壳接地,可使抗干扰能力增强,安全可靠。  3.一点接地;  在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。  4.多点接地。  在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,采用多点接地。

 

.

 

.   希望能帮到你!

 

 

追问:

它和逻辑接地有什么不同啊?  逻辑接地可以和大地连接也可不连接,那么浮地是不是不能与大地连接

回答:

.     对,浮地不需要对地连接。它和逻辑接地不太相同,逻辑接地也就是数字电路中的逻辑电平负端公共接地,也是电路中正极电源的参考点,目的是保持电源电压值的精度和统一。比如电脑电源输出电压有﹢5V和﹣5V,它们的参考点就是逻辑接地。

而浮地就是电路彻底与大地隔离,整个系统对地电阻不能小于50MΩ

什么是接地与浮地

接地的定义很多,从接地的目的看,一般可以分为保护性接地和功能性接地两种。

1.保护性接地

(1)防电击接地。防电击接地属于安全(safety)范畴,它是为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击,将设备的外露导电部分接地,称为防电击接地。这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜人而引起的高电压;当产生电器故障时,有利于过电流保护装置动作而切断电源。这种接地,也是狭义的“保护接地”,有时叫“PGND'’。

(2)防雷接地。将雷电或浪涌导人大地,防止大电流使人身受到电击或财产受到破坏。

(3)防静电接地。将静电荷引人大地,防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。特别是目前电子设备中集成电路用得很多,而集成电路容易受静电作用而产生故障,接地后可防止集成电路的损坏。注意:此防静电接地并非EMC意义上的防ESD(静电放电)接地,ESD现象是一个瞬态过程,而防静电接地是为了防止电荷的累积避免发生ESD现象。

(4)防电蚀接地。地下埋设金属体作为牺牲阳极或阳极,防止电缆、金属管道等受到电蚀。

 

2.功能性接地

(1)功率接地。为了保证电力系统正常运行,防止系统振荡,保证继电保护的可靠性,在交直流电力系统的适当地方进行接地,交流一般为中性点,在电子设备系统中,则称除电子设备系统以外的交直流接地为功率地。

(2)逻辑接地。为了确保稳定的参考电位,将电子设备中所有或局部电路的参考点作为“逻辑地”或“OV”地,规定这一点的电压为OV,电路中其他各点的电压高低都是以这一参考点为基准的,电路图中所标出的各点电压数据都是相对于地线的大小。一般采用金属底板或PCB中的平面作为逻辑地。本书中将数字电路的逻辑接地称为“工作地”或“GND”,将其他模拟信号系统的逻辑地称为“模拟工作地”或"AGND”。

(3)屏蔽接地。将干扰源引入大地,抑制外来电磁干扰对电子设备的影响,也可减少电子设备产生的干扰影响其他电子设备。EMC测试的时候,这个接地点通常就是参考接地板。从接地的定义来看,EMC范畴内的接地属于功能性接地。EMC范畴内的良好接地,不仅仅是在原理上将产品中的某一点与大地(或EMC测试中的参考接地板)相连,真正意义上的EMC接地包含了一个频率的概念。所谓良好的接地就是要求产品接地点与大地(或EMC测试中的参考接地板)在EMC所关心的频率范围内做到等电位连接,也就是地线上不存在明显的压降。浮地就是在产品中没有寺门的地线在电气上与大地(EMC测试中这个大地就是参考地板)相连接。如果产品中所有的电路都没有专门的地线在电气上与大地相连接,那么这个产品是浮地产品;如果产品中的局部电路(如被变压器、光耦等隔离器件隔离的电路)没有专用的地线在电气上与大地或被接地的电路相连接,那么这部分电路是浮地电路。

http://www.ic37.com/zhidao/2011-11/answer_376664.htm

 

 

“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种,容易混淆,故总 结一下“地”的概念。 “接地”有设备内部的信号接地和设备接大地,两者概念不同,目的也不同。“地”的 经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

一:信号“地”又称参考“地”,就是零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公 共端 。 (1) 直流地:直流电路“地”,零电位参考点。 (2) 交流地:交流电的零线。应与地线区别开。 (3) 功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。 (4) 模拟地:放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。 (5) 数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。 (6) “热地”:开关电源无需使用工频变压器,其开关电路的“地”和市电电网有 关,即所谓的“热地”,它是带电的 。 (7) “冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路 常用光电耦合器,既能传送反馈信号,又将双方的“地”隔离;所以输出端的地称之为“冷 地”,它不带电。

信号接地

设备的信号接地,可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点,它为 设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

有单点接地,多点接地,浮地和混合接地。(这里主要介绍浮地) 单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接 地的点都直接接到这一点上。在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率 小于1MHz的电路,采用一点接地。 多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(即设备的金属 底板)。在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,常采用 多点接地。 浮地,即该电路的地与大地无导体连接。『虚地:没有接地,却和地等电位的点。』 其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地(强电地)和信号地(弱电 地)之间的隔离电阻很大,所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。 其缺点是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路 的感应干扰。 一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以释放所积累 的电荷。注意控制释放电阻的阻抗,太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

1:浮地技术的应用

a交流电源地与直流电源地分开

一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流,导致电源 的零线电位并非为大地的零电位。另外,交流电源的零线上往往存在很多干扰,如果交流电 源地与直流电源地不分开,将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此,采用 把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术,可以隔离来自交流电源地线的干扰。

b 放大器的浮地技术

对于放大器而言,特别是微小输入信号和高增益的放大器,在输入端的任何微小的 干扰信号都可能导致工作异常。因此,采用放大器的浮地技术,可以阻断干扰信号的进入, 提高放大器的电磁兼容能力。

c 浮地技术的注意事项

1)尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻,从而有利于降低进入浮地系统之中的共模 干扰电流。

2)注意浮地系统对地存在的寄生电容,高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合 到浮地系统之中。

3)浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用,才能收到更好的 预期效果。

4)采用浮地技术时,应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。

2:混合接地

混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性,这在宽带敏感电路中是必要的。 电容对低频和直流有较高的阻抗,因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地 和射频地分开时, 将每个子系统的直流地通过10~100nF的电容器接到射频地上,这两种地应在一点有低 阻抗连接起来, 连接点应选在最高翻转速度(di/dt)信号存在的点。

二: 设备接大地

在工程实践中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还将设备的信号地,机壳与大 地连在一起, 以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是

1)保护地,保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置 之间作良好的电气连接。为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接 用电器外壳,另一端与大地作可靠连接。

2)防静电接地,泄放机箱上所积累的电荷,避免电荷积累使机箱电位升高,造成电路 工作的不稳定。

3)屏蔽地,避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化,造成设 备工作的不稳定。

此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。

 

1. 系统说:如果用户现场没有良好接地的情况下,应使控制器处于浮地状态。请问何为“浮地”?在这种情况下,有多个设备连接时地应该如何处理?

2. 再请问,可是如果没有良好的大地,控制器处于浮地状态,那么控制器和其他的设备如何连呢?(补充:比如说,控制器通过给某个设备送高低电平的信号来控制该设备。) 3.“浮地”是不是非直流通路的接地方法?     就是通过电容隔离的(交流)接地方式。类似计算机的开关电源里的AC220V电源过滤器。电容把“地”浮起来。被控制设备没有直流接地通路,控制器就不宜 独自直接接地。完全不接地,是否该称为“悬地”呢?没研究过,不知是否这样,请各位高手指教!A:解答这里说的“浮地”就是控制器不接大地. 我想说明何时与如何接地: 1. 干扰需要一定能量,当控制器彻底与大地隔离(浮地)时,工频干扰回路阻抗极大,流过控制器及其内部的干扰电流极小,不足以干扰倥制器。 2. 当控制器外壳与大地完好连接,由于控制器与大地等电位,工频干扰电流被控制器外壳接地点所旁路,无法进入控制器内部,从而也无法干扰。 3. 当控制器外壳与大地处于上述两者之间时,就会有工频干扰 4. 如果控制器的使用可能存在安全问题时,外壳必须很好接地 5. 多个设备的理想接地是尽量一点接大地,以避免设备间地线干扰 6. 有时具体问题需具体分析。     如果几个设备互连,又无法良好接地,那么它们最好都浮地,其实这一点不太现实,在实际应用中,供电和驱动很可能用到工频电网,工频泄漏是必然的(假设绝缘 阻抗100M欧,380VAC电压,就有5.373uA峰值漏电流流过控制器,在MOS器件的控制器中,有的器件本身工作电流只有0.1uA)。 所以,一般情况下,控制器外壳最好良好接地。 如果你的确能做到所有设备与工频隔离(浮地),如果,你的设备间没有较大的电流(这里可称信号地电流)或你的设备间信号地阻抗很小,那么,你的多个设备信号地可直接互连。否则,你的设备间信号传递需要加隔离(如光电,变压器,机械,等)。

B:再说清接地     我想进一步说明控制器内部与其外壳间的接地问题: 控制器内部电气或电子部分是否需要与外壳一点接地呢?

    当外壳与内部电路间完全浮地时,由于它们间仍存在电容藕合效应,外壳与内部电路间仍将存在工频漏电流。这时: 1. 当你的电路要求还不是很高时,可以不管 2. 当你的电路要求很高时,就必须将内部电路与外壳一点接地,同时,千万注意,同时,必须将外壳良好接大地。 3. 为防止内部电路与外壳一点连接时,内部输出万一碰外壳而造成短路(如电源设备),内部电路与外壳间用容量足够大的电容相连,这样,对工频干扰来说,内部与外壳间是等电位的,对直流输出来说,是隔离的。

http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_1602635.HTM

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文章评论 2条评论)

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billzhu_345737527 2015-10-25 22:10

We coulv'de done with that insight early on.

gxj-123_620130386 2013-4-28 09:30

看得云里雾里,不过“接地”是很重要的,遇到了不少密闭金属壳体内电路接地不当造成的问题,轻则影响电磁兼容,重则系统本身不稳定,用仪器还不好捕捉(有可能挂上仪器就没问题了,断开则系统工作不正常)
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