电子系统中用于降噪的接地
发布日期:2024-03-04
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当接地系统中存在EMI、RFI 或由焊机、变速驱动器、电器等引起的电脉冲等干扰时，它们会在中性线和接地之间产生共模噪声，可能会影响电子设备。
国家电气规范 (NEC) 允许安装隔离接地插座 (IG)，即磁轭和接地端子之间没有连接。轭是插座后面的金属框架，用于将设备固定到出线盒上。
IG 系统的理想目标是在电子设备的交流输入中提供低中性点对地电压，这可以防止噪声穿过逻辑电路并破坏处理的数据。
正确安装后，中性线到隔离地的电压（噪声）应低于中性线到金属导管的电压。
但这种接地安排中没有任何孤立的东西。隔离设备接地导体(EGC) 为插座接地端子和服务设备中的中性点或单独派生系统（例如隔离变压器）的次级之间的接地故障电流提供低阻抗路径。隔离式 EGC（而非导管）是电子设备的安全接地——故障电流返回源头的途径。带有纵向黄色条纹的绿色绝缘体标识了隔离的 EGC。
插座的金属框架必须接地。插座的框架具有单独的接地连接，通过金属导管、绝缘（绿线）或与电路导体一起运行的裸设备接地导体，或用作 EGC 的其他接线方法，连接到通用接地系统。
NEC 允许隔离 EGC 穿过多个子面板，而无需连接到接地总线。实际上，隔离 EGC 可能终止于噪声达到可接受水平的子面板。
图 1 显示了为数据处理 (DP) 电子设备供电的隔离接地系统。
图 1. 为 DP 设备供电的 IG 系统。
金属滚道通过与服务设备外壳的连接而接地。连接到服务设备中性点的隔离 EGC 穿过下游配电板并终止于电子设备柜中。NEC 允许使用非金属线槽配件将设备柜与包含电源导体的线槽隔离。
当电子设备制造商为设备指定隔离接地时，他们通常不会为此目的提供隔离接地端子。交流电源、机箱、机柜和零基准仅连接一个接地端子。在这种情况下，安全接地（绿色或裸线）不应连接到该接地端子。设备柜应与大地以及与安全接地接触的其他金属隔离，以保持隔离的 EGC 作为接地故障电流的路径。
电子设备的电源不应共用一个为噪声产生设备供电的公共分支电路。例如，从同一电路为带有电机和加热器的复印机供电会将高频噪声注入接地系统，从而扰乱电子设备的运行。如果复印机需要 IG 系统，因为它具有基于微处理器的电路，则应将其连接到单独的分支。更不用说为咖啡机、时钟、收音机、吸尘器、电钻和其他产生噪音的设备供电。
一个重要的事实是，IG 并不总能增强设备的性能。
屏蔽隔离变压器
有时，主要服务设备与电子设备之间的距离较长，导致电子设备与电源接地之间的EGC过长。长电线将具有相对较高的阻抗，从而减少打开断路器和熔断保险丝所需的故障电流，并增加保险丝和断路器清除故障的时间。此外，回想一下噪声电流通过 EGC 循环，增强的阻抗将产生更大的噪声电压。
缩短 EGC 并减少上述影响的一种方法是在电子设备及其配电板附近安装屏蔽隔离变压器。屏蔽隔离变压器的初级和次级绕组之间具有良好的绝缘性，将中性点接地的主要服务设备排除在外，并在次级绕组处恢复接地。
将 EGC 连接到更近的新接地将为故障电流提供更好的返回路径并减少共模噪声。
图 2 显示了屏蔽隔离变压器的示意图。
图 2.电子设备用屏蔽隔离变压器。
减少共模噪声的实用安排
图 3 显示了使用 IG 原理为插入电子设备（例如一组个人计算机和外围设备）供电的实用布置。这种布置应提供可接受的共模噪声抑制水平。
图 3. 使用 IG 插座接地。
电源是靠近配电板的屏蔽隔离变压器，减少了电线长度和噪音。变压器的屏蔽层可以抑制大量高频噪声。
根据 NEC 的说法，隔离变压器符合独立派生系统的资格 - 中性点不从输入传送到输出 - 需要在低压侧进行中性点接地连接。该键为电子设备提供零伏参考。
隔离 EGC 从隔离接地型插座（为电子设备供电）通过导管直接连接到隔离变压器的中性点到接地点。EGC 可以穿过子面板，而不连接到设备金属框架接地总线。将携带隔离 EGC 的金属导管连接到两端的外壳。NEC 要求源自次级绕组的所有电线（相线、中性线、隔离 EGC 线以及使用时的绿线）都在同一导管中运行。
当外围设备和计算机的接地系统通过数据线屏蔽层连接时，这种布置可以减少麻烦。
数据处理室中的信号参考结构
通常采用信号参考结构 (SRS) 为计算机装置和控制室中放置的电子设备建立接地参考，从而减少共模噪声。
SRS 将接地电位从直流均衡到兆赫范围。它提供了许多并行接地路径，避免了谐振情况。当接地路径的长度与使用频率的四分之一波长的倍数匹配时，就会发生谐振，导致引线表现为开路。
SRS可以是信号参考平面或信号参考网格的形式。信号参考网格更经济，通常采用房间高架地板的支撑结构。
高架地板由金属基座支撑的金属纵梁网格组成。地砖是落入纵梁的特定地板的一部分。瓷砖的顶部是低导电率材料，为直接放置在其上的设备柜提供隔离，但允许释放人员产生的静电。瓷砖的底部是铜网格，与支撑结构接触良好。金属纵梁粘合在一起，形成接地层。
高架地板下方是分支电路导体、电源线、通信、数据、接地、连接和互连电缆、电线和插头连接以及与电子设备相关的插座。
NEC 允许使用 SRS，连接到提供给电子设备的设备接地导体（绿色或裸线）。将进入房间的管道、钢结构和其他金属部件直接或通过接地环连接到金属纵梁上。
图 4 显示了高架地板中典型的信号参考网格布置。图中，SRG指的是信号参考网格。
图 4. 使用高架地板的典型 SRG。
房间的机柜可以接地到单点，通常是为机柜供电的交流面板中的接地棒。交流接地排是电源线和机柜的单点接地。
一个很好的选择是将电源放置在房间内 - 例如隔离变压器 - 在房间内或房间外围接地。计算机电源中心是为数据处理设备提供分支电路的完整组件，具有控制、监视和报警功能。
短引线将隔离变压器的次级中性点、所有信号接地以及机柜连接到信号参考电网。
图 5 显示了数据处理室中的典型接地连接。
图 5.连接到交流电源地和 SRG 的 DP 设备。
电子系统降噪接地概述
NEC 允许隔离设备接地导体在具有微处理器的电子系统中提供无噪声、零伏参考。
隔离 EGC 从服务设备或单独派生源上的中性点/接地连接点（主连接跳线）延伸至电子设备或隔离插座。
隔离 EGC（带黄色条纹的绿线）必须与相线、中性线和安全接地线（绿线）导体安装在同一导管中，并且可以穿过子面板而无需连接到接地总线。任何经批准的接线方法都必须将 IG 插座的金属外壳接地。
有利地，电子设备室从专用变压器(例如隔离变压器)接收电力。隔离变压器可以被屏蔽并且对于共模噪声衰减是有用的。其主要功能是在距离电子设备近的位置提供单独的能源，并将其与场所内的其他能源隔离。
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