接地、EMI 和电能质量之间的关系

本文要点

接地、EMI 和电能质量之间的关系。

安全接地与 EMC 接地的区别。

EMC 接地的设计考虑因素。

接地、EMI 和电能质量是密切相关的；电能质量会受到各种事件的影响，包括电磁干扰 (EMI)。幸运的是，电路接地可以减轻 EMI 的不良影响。接地为电磁干扰提供了一个低阻抗的路径。当系统正确接地时，EMI 就会脱离关键设备，从而改善电能质量。在这篇文章中，我们将进一步详细探讨接地、EMI 和电能质量之间的关系。

接地、EMI 和电能质量

动态环境中的敏感设备和装置很容易受到电磁干扰。电子设备、控制电路、信号和电力电缆以及其他产生电磁场的相关系统通过电磁干扰相互作用，扰乱正常运行。与电气和电子电路相互作用的 EMI 对电能质量构成了严重威胁。

当电气和电子电路获得特定幅值、频率和相位的电力时，设备能够按照预期的方式运行，电能质量也得到了保证。如果电路中的 EMI 干扰了系统电压的幅值、频率或相位，那么电能质量就会受到影响。

接地是通过减少 EMI 来确保电能质量的方法之一。正确接地可以消除电磁干扰，确保安全操作和电磁兼容性。接地决定了系统应如何对意外故障、瞬态和电磁干扰作出反应，并为高频 EMI 电流和电压提供低阻抗路径，以此控制电子电路中的传导和辐射干扰。

安全接地与电磁兼容接地的区别

在讨论电磁兼容 (EMC) 接地之前，我们首先要把它和安全接地区分开来。电磁兼容接地与安全接地是不同的。安全接地是为了保护操作设备的人员。在安全接地中，设备的金属外壳通常与大地的接地线相连，以便短路或故障电流流向大地，而不会伤害用户。然而，EMC 接地的目的是为 EMI 和噪声电流提供一个低阻抗的电流路径。EMC 接地的参照物不一定是大地的接地线，而是屏蔽层或导电平面。

接地和电磁兼容

EMC 接地定义了一个零电压参考，通过低阻抗连接将电路和其他金属外壳及部件与这个参考连接起来。接地结构防止了意外干扰，并减轻了设备对 EMI 的敏感性。在出现传导干扰和抗扰性问题时，接地系统既提供了零电压的接地参考，又为不明显的 EMI 电流提供了阻抗最低的路径。电磁兼容接地结构只能承受 EMI 的噪声电流和故障电流。正确利用接地结构，可以形成一个阻抗足够低的回路来承载 EMI 电流和故障电流，从而控制 EMI 产生的意外电压。

EMC 接地的设计考虑因素

在目标频率上利用导体搭建接地结构。接地结构的设计重点应该是定义系统频率下的局部零电压参考。

将接地结构设计为电子电路中大型金属部件的参考接地平面。接地结构的设计不应该与设备屏蔽外壳的设计混为一谈。

切勿将接地结构设计为承载电路中的相电流或工作电流。流过接地结构的电流会引起磁通量包裹，从而诱发电压。感应电压能够驱动相对于其他部件的接地结构，特别是在高频率下。接地结构的设计只需要承载意外电流。

了解接地、EMI 和电能质量之间的关系有助于设计人员在电气和电子设备中实现电磁兼容。EMC 设计工程师在产品设计中创建的参考地平面，在消除意外 EMI 和噪声电流方面起着关键作用。

来源：Cadence楷登PCB及封装资源中心

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审核编辑 黄宇