電子系統(tǒng)中用于降噪的接地
發(fā)布日期:2024-03-04
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當接地系統(tǒng)中存在EMI、RFI 或由焊機、變速驅(qū)動器、電器等引起的電脈沖等干擾時，它們會在中性線和接地之間產(chǎn)生共模噪聲，可能會影響電子設(shè)備。
國家電氣規(guī)范 (NEC) 允許安裝隔離接地插座 (IG)，即磁軛和接地端子之間沒有連接。軛是插座后面的金屬框架，用于將設(shè)備固定到出線盒上。
IG 系統(tǒng)的理想目標是在電子設(shè)備的交流輸入中提供低中性點對地電壓，這可以防止噪聲穿過邏輯電路并破壞處理的數(shù)據(jù)。
正確安裝后，中性線到隔離地的電壓（噪聲）應(yīng)低于中性線到金屬導(dǎo)管的電壓。
但這種接地安排中沒有任何孤立的東西。隔離設(shè)備接地導(dǎo)體(EGC) 為插座接地端子和服務(wù)設(shè)備中的中性點或單獨派生系統(tǒng)（例如隔離變壓器）的次級之間的接地故障電流提供低阻抗路徑。隔離式 EGC（而非導(dǎo)管）是電子設(shè)備的安全接地——故障電流返回源頭的途徑。帶有縱向黃色條紋的綠色絕緣體標識了隔離的 EGC。
插座的金屬框架必須接地。插座的框架具有單獨的接地連接，通過金屬導(dǎo)管、絕緣（綠線）或與電路導(dǎo)體一起運行的裸設(shè)備接地導(dǎo)體，或用作 EGC 的其他接線方法，連接到通用接地系統(tǒng)。
NEC 允許隔離 EGC 穿過多個子面板，而無需連接到接地總線。實際上，隔離 EGC 可能終止于噪聲達到可接受水平的子面板。
圖 1 顯示了為數(shù)據(jù)處理 (DP) 電子設(shè)備供電的隔離接地系統(tǒng)。
圖 1. 為 DP 設(shè)備供電的 IG 系統(tǒng)。
金屬滾道通過與服務(wù)設(shè)備外殼的連接而接地。連接到服務(wù)設(shè)備中性點的隔離 EGC 穿過下游配電板并終止于電子設(shè)備柜中。NEC 允許使用非金屬線槽配件將設(shè)備柜與包含電源導(dǎo)體的線槽隔離。
當電子設(shè)備制造商為設(shè)備指定隔離接地時，他們通常不會為此目的提供隔離接地端子。交流電源、機箱、機柜和零基準僅連接一個接地端子。在這種情況下，安全接地（綠色或裸線）不應(yīng)連接到該接地端子。設(shè)備柜應(yīng)與大地以及與安全接地接觸的其他金屬隔離，以保持隔離的 EGC 作為接地故障電流的路徑。
電子設(shè)備的電源不應(yīng)共用一個為噪聲產(chǎn)生設(shè)備供電的公共分支電路。例如，從同一電路為帶有電機和加熱器的復(fù)印機供電會將高頻噪聲注入接地系統(tǒng)，從而擾亂電子設(shè)備的運行。如果復(fù)印機需要 IG 系統(tǒng)，因為它具有基于微處理器的電路，則應(yīng)將其連接到單獨的分支。更不用說為咖啡機、時鐘、收音機、吸塵器、電鉆和其他產(chǎn)生噪音的設(shè)備供電。
一個重要的事實是，IG 并不總能增強設(shè)備的性能。
屏蔽隔離變壓器
有時，主要服務(wù)設(shè)備與電子設(shè)備之間的距離較長，導(dǎo)致電子設(shè)備與電源接地之間的EGC過長。長電線將具有相對較高的阻抗，從而減少打開斷路器和熔斷保險絲所需的故障電流，并增加保險絲和斷路器清除故障的時間。此外，回想一下噪聲電流通過 EGC 循環(huán)，增強的阻抗將產(chǎn)生更大的噪聲電壓。
縮短 EGC 并減少上述影響的一種方法是在電子設(shè)備及其配電板附近安裝屏蔽隔離變壓器。屏蔽隔離變壓器的初級和次級繞組之間具有良好的絕緣性，將中性點接地的主要服務(wù)設(shè)備排除在外，并在次級繞組處恢復(fù)接地。
將 EGC 連接到更近的新接地將為故障電流提供更好的返回路徑并減少共模噪聲。
圖 2 顯示了屏蔽隔離變壓器的示意圖。
圖 2.電子設(shè)備用屏蔽隔離變壓器。
減少共模噪聲的實用安排
圖 3 顯示了使用 IG 原理為插入電子設(shè)備（例如一組個人計算機和外圍設(shè)備）供電的實用布置。這種布置應(yīng)提供可接受的共模噪聲抑制水平。
圖 3. 使用 IG 插座接地。
電源是靠近配電板的屏蔽隔離變壓器，減少了電線長度和噪音。變壓器的屏蔽層可以抑制大量高頻噪聲。
根據(jù) NEC 的說法，隔離變壓器符合獨立派生系統(tǒng)的資格 - 中性點不從輸入傳送到輸出 - 需要在低壓側(cè)進行中性點接地連接。該鍵為電子設(shè)備提供零伏參考。
隔離 EGC 從隔離接地型插座（為電子設(shè)備供電）通過導(dǎo)管直接連接到隔離變壓器的中性點到接地點。EGC 可以穿過子面板，而不連接到設(shè)備金屬框架接地總線。將攜帶隔離 EGC 的金屬導(dǎo)管連接到兩端的外殼。NEC 要求源自次級繞組的所有電線（相線、中性線、隔離 EGC 線以及使用時的綠線）都在同一導(dǎo)管中運行。
當外圍設(shè)備和計算機的接地系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線屏蔽層連接時，這種布置可以減少麻煩。
數(shù)據(jù)處理室中的信號參考結(jié)構(gòu)
通常采用信號參考結(jié)構(gòu) (SRS) 為計算機裝置和控制室中放置的電子設(shè)備建立接地參考，從而減少共模噪聲。
SRS 將接地電位從直流均衡到兆赫范圍。它提供了許多并行接地路徑，避免了諧振情況。當接地路徑的長度與使用頻率的四分之一波長的倍數(shù)匹配時，就會發(fā)生諧振，導(dǎo)致引線表現(xiàn)為開路。
SRS可以是信號參考平面或信號參考網(wǎng)格的形式。信號參考網(wǎng)格更經(jīng)濟，通常采用房間高架地板的支撐結(jié)構(gòu)。
高架地板由金屬基座支撐的金屬縱梁網(wǎng)格組成。地磚是落入縱梁的特定地板的一部分。瓷磚的頂部是低導(dǎo)電率材料，為直接放置在其上的設(shè)備柜提供隔離，但允許釋放人員產(chǎn)生的靜電。瓷磚的底部是銅網(wǎng)格，與支撐結(jié)構(gòu)接觸良好。金屬縱梁粘合在一起，形成接地層。
高架地板下方是分支電路導(dǎo)體、電源線、通信、數(shù)據(jù)、接地、連接和互連電纜、電線和插頭連接以及與電子設(shè)備相關(guān)的插座。
NEC 允許使用 SRS，連接到提供給電子設(shè)備的設(shè)備接地導(dǎo)體（綠色或裸線）。將進入房間的管道、鋼結(jié)構(gòu)和其他金屬部件直接或通過接地環(huán)連接到金屬縱梁上。
圖 4 顯示了高架地板中典型的信號參考網(wǎng)格布置。圖中，SRG指的是信號參考網(wǎng)格。
圖 4. 使用高架地板的典型 SRG。
房間的機柜可以接地到單點，通常是為機柜供電的交流面板中的接地棒。交流接地排是電源線和機柜的單點接地。
一個很好的選擇是將電源放置在房間內(nèi) - 例如隔離變壓器 - 在房間內(nèi)或房間外圍接地。計算機電源中心是為數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供分支電路的完整組件，具有控制、監(jiān)視和報警功能。
短引線將隔離變壓器的次級中性點、所有信號接地以及機柜連接到信號參考電網(wǎng)。
圖 5 顯示了數(shù)據(jù)處理室中的典型接地連接。
圖 5.連接到交流電源地和 SRG 的 DP 設(shè)備。
電子系統(tǒng)降噪接地概述
NEC 允許隔離設(shè)備接地導(dǎo)體在具有微處理器的電子系統(tǒng)中提供無噪聲、零伏參考。
隔離 EGC 從服務(wù)設(shè)備或單獨派生源上的中性點/接地連接點（主連接跳線）延伸至電子設(shè)備或隔離插座。
隔離 EGC（帶黃色條紋的綠線）必須與相線、中性線和安全接地線（綠線）導(dǎo)體安裝在同一導(dǎo)管中，并且可以穿過子面板而無需連接到接地總線。任何經(jīng)批準的接線方法都必須將 IG 插座的金屬外殼接地。
有利地，電子設(shè)備室從專用變壓器(例如隔離變壓器)接收電力。隔離變壓器可以被屏蔽并且對于共模噪聲衰減是有用的。其主要功能是在距離電子設(shè)備近的位置提供單獨的能源，并將其與場所內(nèi)的其他能源隔離。
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