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阅读:9 发布时间:2023-06-25 18:12:29
电子产品接地问题是一个老生常谈的话题,本文单讲其中一小部分,主要内容是金属外壳与电路板的接地问题我们经常会看到一些系统设计中将PCB板的地(GND)与金属外壳(EGND)之间通常使用一个高压电容C1(1~100nF/2KV)并联一个大电阻R1(1M)连接。
那么为什么这么设计呢?
图 1 原理图示意
图 2 实际 PCB一、电容的作用从EMS(电磁抗扰度)角度说,这个电容是在假设PE良好连接大地的前提下,降低可能存在的,以大地电平为参考的高频干扰型号对电路的影响,是为了抑制电路和干扰源之间瞬态共模压差的。
其实GND直连PE是最好的,但是,直连可能不可操作或者不安全,例如,220V交流电过整流桥之后产生的GND是不可以连接PE的,所以就弄个低频过不去,高频能过去的路径从EMI(电磁干扰)角度说,如果有与PE相连的金属外壳,有这个高频路径,也能够避免高频信号辐射出来。
电容是通交流阻直流的假设机壳良好连接大地,从电磁抗扰度角度,该电容能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压;从EMI角度,电容形成了高频路径,电路板内部产生的高频干扰会经电容流入机壳进入大地,避免了高频干扰形成的天线辐射。
另一种情况,假设机壳没有可靠接大地(如没有地线,接地棒环境干燥),则外壳电势可能不稳定或有静电,如果电路板直接接外壳,就会打坏电路板芯片,加入电容,能把低频高压、静电等隔离起来,保护电路板这个并联电容应该用Y电容或高压薄膜电容,容值在1nF~100nF之间。
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做ESD测试时,或在复杂电场环境中使用,打(进)入电路板的电荷无处释放,会逐渐累积;累积到一定程度,超过了电路板和机壳之间的绝缘最薄弱处所能耐受的电压,就会发生放电——在几纳秒内,PCB上产生数十到数百A的电流,会让电路因电磁脉冲宕机,或者损坏放电处附近连接的元器件。
并联该电阻,就可以慢慢释放掉这个电荷,消除高压根据IEC61000的ESD测试标准10s/次(10s放完2kV高压电荷),一般选择1M~2M的电阻如果机壳有高压静电,则该大电阻也能有效降低电流,不会损坏电路芯片。
三、需要注意的问题点1、如果设备外壳良好接大地,那PCB应该也与外壳良好的单点接地,这个时候工频干扰会通过外壳接地消除,对PCB也不会产生干扰;2、如果设备使用的场合可能存在安全问题时,那必须将设备外壳良好接地;
3、为了取得更好效果,建议是设备外壳尽量良好接地,PCB与外壳单点良好接地;当然如果外壳没有良好接地,那还不如把PCB浮地,即不与外壳连接,因为PCB与大地如果是隔离的(所谓浮地),工频干扰回路阻抗极大,反而不会对PCB产生什么干扰;;
4、多个设备之间需要互相连接的时候,尽量是每个设备外壳都与大地在单点良好接地,每个设备内部PCB与各自外壳单点接地;5、但是如果多个设备互相连接时候,设备外壳没有良好接地,那就不如浮地,内部PCB不与外壳接地;
6、机壳地可能并不是可靠的接地,如配电网中不符合安规,没有地线;接地棒周围土壤太干燥,接地螺栓生锈或松动7、环境是存在电磁干扰的,工作环境中有大功率变压器、大功率电机、电磁电炉、高压电网谐波等8、PCB内部是会产生高频噪声的,如高频开关管、二极管、储能电感、高频变压器等。
这些干扰因素都会导致PCB的信号地和机壳的电势波动(同时含有高频低频成分),或者二者之间存在静电,所以对它们良好可靠的接地处理是必要的,也是产品安规要求的最后期待小伙伴们针对本文所述问题留言,发表自己独到的见解。
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