Заземление электрощита: Заземление щита учета | Полезные статьи

Заземление дверей щитов и шкафов по ПУЭ

В основном правиле об опасности поражения электричеством указано, что участки, проводящие ток не должны быть доступными. В случае, если эти части остаются открытыми, они не должны представлять опасность независимо от состояния, нормального или аварийного. Рассмотрим подробнее, в каких случаях заземление дверей щитов и шкафов — обязательно. А также как проводятся работы по их заземлению. 

Заземление дверцы щитка по ПУЭ: классы изоляции и методы установки

Для подробного и более точного понимания вопроса, необходимо обратиться к ГОСТу IEC 61140-2012 (полностью соответствует международным стандартам), который в свою очередь содержит положения о правилах защиты от поражения током, а также о безопасности электрических установок и оборудования. 

В вышеупомянутом ГОСТе указаны также имеющиеся классы изоляции, а также условия, при которых нужно проводить работы по присоединению электрического оборудования к установке. 

Классы изоляции щитов:

1. Первый класс щитов защищает от электрического тока, благодаря основной изоляции и открытыми соединением с частями, проводящими ток с проводником защиты. Чтобы выполнить заземления, на корпус некоторых моделей щитов крепится клемма или специальный шлейф, проводящий ток. Благодаря этому, происходит контакт корпуса щита и двери.
2. Второй класс представляет собой двойную или усиленную изоляцию от поражения током. 

Существует несколько разновидностей щитов этого класса:

• пластиковые и полиэфирные, которые скрывают ведущие ток участки за пластиком, который не проводит ток; 
• стальные корпусы, выполнен из непроводящего ток пластика. Выглядит это как своеобразная матрёшка: снаружи конституция выполнена из стали, а внутри содержит пластик. Это позволяет не допустит проходимость тока на стальной корпус щита. 

Случаи, когда проводить заземление необязательно указаны в ПУЭ 1.7.84 и 1.7.87. Однако существуют и исключение. Если дверь или корпус щита второго класса, то заземление необходимо. 

ПУЭ заземление дверей шкафов

Большая часть объектов не может обойтись без использования электроэнергии. Чтобы подключить электричество, необходимо выполнить все правила по его установке, а именно: установить специальный щит, с приборами и показателям?с проводами и кабелями. Приобрести и установить защитные устройства. 

В соответствии с нормативными документами, такое оборудование необходимо устанавливать на опоре и быть заземлено.  Объяснить такое требование довольно просто, как показывает практика, оборудование работающие без заземления часто выходит из строя. Причины поломки может быть не только отсутствие защемления, но в случае его наличия, можно избежать негативных последствий. Если вы хотите чувствовать, что вы и ваше помещение находится в безопасности, заземление выполнять обязательно. В его задачи входит отключение напряжения в случае возникновения утечки и прочих ЧС. Таким образом, различные электроприборы могут работать без перебоев. 

Монтаж дверей щитов и шкафов

Монтаж предполагает два варианта: покупная конструкция, которая содержит модуль с электродами и самостоятельный металлический модуль.

Несложно догадаться, что преимуществом по всем характеристикам пользуется первый вид. Его самым большим минусом является дороговизна. В остальном он положительный. Покупная конструкция в комплекте уже имеет все необходимые детали для установки, выполненные в соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок. Вам не придётся выполнять дополнительные работы (сварочные, земляные). Этот модуль позволит углубиться на глубокие расстояния, за счёт малому уровню сопротивления.

При выполнении работ необходимы различные инструменты: 

• оцинкованный металлопродукт (трубы, прутики) 

Между собой они крепятся специальными муфтами. Перед этим заземляющий провод нужно соединить с четырём, который в большинстве случаев, покрыт медью. 

Окрашивать или чем-либо смазывать заземлители категорически запрещено!

Как правильно подобрать сечение проката

Сечения проката подбирается с учётом того, что со временем оно уменьшается. Самое тонкое сечение выбирается для следующих деталей: 

1. Прокат прямоугольный – 4,8 см.

2. Пруток оцинкованный – 0,6 см.

3. Металлический пруток – 1 см.

Заземление дверей ПУЭ

Чтобы соединить штыри необходимо использовать проволоку, полосу либо уголки. Необходимое для того, чтобы провести приземления к самому счёту.

Для того чтобы соединить провода заземление, необходимо использовать в шину, выполненую из бронзы. Конструкцию, в свою очередь, необходимо забить в землю при помощи кувалды или отбойного молотка. 

Счёт монтируется на столб/стену. При этом обязательно соблюдать приделы допустимый влажности. Поблизости не должно находиться объекты, которые представляют пожарную и другую опасность.  

соединять ли ноль и землю

Поделиться на Facebook

Поделиться в ВК

Поделиться в ОК

Поделиться в Twitter

Поделиться в Google Plus

Содержание:

• 1 Конструкция и назначение заземляющих устройств
• 2 Подключение наружной части ЗУ к щитку
• 3 Ошибки при установке ЗУ

Уют и комфорт в частном доме или квартире трудно представить без налаженной системы электроснабжения. Потребление электроэнергии постоянно увеличивается, поэтому защита людей и домашних животных от поражения электрическим током осложняется. Устранить риски, минимизировать последствия травм можно с помощью заземляющей системы, соединяющей точки электрической сети или энергетического потребителя с заземляющей конструкцией.

Конструкция и назначение заземляющих устройств

Подобные конструкции подразделяются на рабочие и защитные устройства.

1. Рабочее используется для организации безопасности функционирования агрегатов промышленного назначения. Также распространено в частных хозяйствах.
2. Система защитного заземления обязательна для электросетей в жилом секторе.

Установка заземляющего устройства (ЗУ) требуется в соответствии с Правилами устройства электроустановок и Правилами эксплуатации электроустановок потребителей.

Прикосновение людей к токоведущим частям, открытым в результате неправильной эксплуатации электрооборудования, дефектов конструкции, прихода в негодность изоляции и других причин, встречается часто. Некачественная конструкция ЗУ и ее монтаж может повлечь тяжелые последствия для людей: электрический шок, ожоги, нарушение работы сердца и иных органов человека поражение током часто приводит к ампутации конечностей, инвалидности и даже летальным исходам.

Система заземления состоит из наружной и внутренней частей, которые стыкуются в электрическом щитке. Наружное заземляющее устройство состоит из комплекса металлических электродов и проводников, отводящих аварийный ток от электрооборудования в землю в безопасных для людей местах. Электроды называются заземлителями. Электрические жилы – это заземляющие проводники, представляют собой штыри длиной 1,5 м, диаметром 1 мм.

Изготавливаются промышленностью из меди или стали, покрытой медью. Их основное достоинство — повышенная проводимость тока. Вбиваются в землю молотами или кувалдами на глубину 50 см, контакт с землей должен быть максимально прочным, иначе ухудшится способность конструкции отводить ток.

Простая конструкция изготавливается из одного электрода. Применяется в молниеотводах или для защиты удаленных объектов и оборудования. В индивидуальных хозяйствах предпочтение отдается многоэлектродным устройствам. Размещаются в один ряд и называются линейными профилями ЗУ. Стандартная длина цепи — 6 метров. Между собой соединяются латунными муфтами, крепление резьбовое, сварка не рекомендуется. Заземляющие проводники устанавливаются через клеммы. Скручивания, пайки жил исключаются.

По-прежнему распространено такое устройство, как контур заземления (замкнутый вариант). Сооружается на расстоянии не ближе 1 метра и не далее 10 метров от дома. Размещается в траншее в виде равностороннего треугольника. Длина стороны 3 м, глубина – 50 см, ширина – 40 см. По углам вбиваются заземлители. Эта же операция проделывается с другими вертикальными электродами (не свыше пяти единиц). Заземлители в нижней опорной части свариваются с горизонтальными изделиями.

Изготавливаются из меди, покрытого медью или цинком стального уголка (полка 5 мм, полоса 40 мм), Часто применяется стандартный уголок из нержавеющей стали любого профиля. Изделия не окрашиваются, так как в этом случае ухудшатся электротехнические свойства из-за ослабления контакта с землей.

Конструкция контура несложная, ее можно сделать собственными руками. Но работа упрощается при использовании готовых заземляющих устройств, представленных на рынке, в комплекте с которыми есть провода заземления. Финансовые потери окупятся за счет применения качественных материалов, стойких к коррозии и с большим сроком эксплуатации.

Подключение наружной части ЗУ к щитку

Для определения точного порядка подключения заземления к щитку требуется знание способа применения нейтрали. Она бывает изолированной и заземленной. Изолированная жила используется в сетях с повышенными значениями напряжения 3-35 кВ. При электроснабжении 380 В и 220 В эффективно работают оба варианта. Однако новые правила ПУЭ требуют заземлять нейтраль. Контуры должны возводиться под напряжение до 1000 В.

Популярны системы заземления TN-C, TN-S, TN-C-S. Двухфазная TN-C устарела, но по-прежнему применяется в строениях, имеющих длительный срок эксплуатации. Их замена связана с трудностями технического и финансового характера. В этой схеме в качестве защитного заземляющего провода используется нулевая жила. С практической точки зрения, для жильцов квартир и домов кабельная и проводниковая продукция с 4 жилами выгодна: ее стоимость ниже, монтажные работы проще.

Интерес представляет вопрос, как подключить заземление в многоэтажном доме. Проводники подключаются к общей шине ЗУ. Затем шина выводится на корпус электрического щитка на этаже. Аналогичен процесс перевода TN-C на TN-C-S в домашнем щитке. Суть заключается в подключении нулевых защитных проводников на единую шину ЗУ с последующим креплением перемычкой с нулевой шиной.

Главный недостаток связан с опасностью повреждения нулевого провода. Тогда заземляющая конструкция придет в негодность. Регламентирующими документами введен запрет на использование TN-C в новостройках. Но для полной замены системы потребуются десятилетия.

Принцип работы TN-S основан на том, что нулевые рабочая и защитная линии подводятся к потребителю отдельными жилами от трансформаторной подстанции. В РФ и странах СНГ распространен промежуточный вариант TN-C-S, при котором разделение проводников производится непосредственно при вводе в дом. В обоих вариантах функции безопасности выполняет устройство защитного отключения (УЗО).

Однако для полноценного предупреждения и локализации последствий электрических ударов комплект защитных средств должен включать также автоматические выключатели в щитках, шину заземления РЕ для подсоединения нулевых проводников и контура заземления.

Последний обеспечивает условия для бесперебойной работы электрической техники. Кроме того, он снижает уровень излучения электрических агрегатов, кабелей и проводов, локализует шумовые явления в электросети.

Заземление в щитке проводится в следующем порядке (система TN-C-S). Два питающих провода, состоящих из фазного и совмещенного рабочего нулевого и защитного (REN), разделяются на три отдельные жилы. Для подключения фазной и рабочей жил используют изолированную от щита шину заземления. Каждая шина (N и Re) должна иметь собственную маркировку и цвет: ноль – синего, земля – желтого цвета. Жила N закрепляется на электрическом щитке с использованием изоляторов. Заземляющий контакт RE устанавливается на корпус. Между собой соединяются перемычкой из токопроводящего материала.

В дальнейшем эти провода заземления должны быть изолированы друг от друга во избежание короткого замыкания.

Многие пользователи отдают предпочтение варианту, когда кабели REN сохраняют свою целостность и подключаются к шине N, играя роль нулевых защитных проводников. Достоинство этой схемы заключается в том, что на свободную шину RE замыкаются провода заземления бытовых потребителей электрической энергии. При перегорании линии REN, все токоприемники будут продолжать сохранять заземляющие контакты.

Ошибки при установке ЗУ

К типовым недостаткам, часто встречающимся на практике, относятся:

1. Использование в качестве контура металлических заборов или мачт. Не учитывается сопротивление току и создается опасность тяжелого поражения током людей в случае аварии в системе.
2. Подключение контура непосредственно к корпусу электроприборов, минуя заземляющие шины в щите.
3. Установка отдельных выключателей в нулевом проводнике. При выходе устройства из строя электроприборы могут оказаться под напряжением. Иногда контакт нулевого провода не прочен. Последствия те же.
4. Использование для заземлителей изделий меньшего сечения или толщины. Подобные электроды под воздействием коррозии быстро выходят из строя.
5. Использование как заземлителя рабочего «ноля». Повышается вероятность того, что система окажется под напряжением.
6. Расположение горизонтальных заземлителей на поверхности земли. При аварии зона поражения увеличится.
7. Подключение заземления к трубе отопления. Нельзя сказать, какое направление возьмут блуждающие токи, поскольку неизвестна ситуация в соседней квартире. Возрастает вероятность поражения током посторонних людей.

По завершении монтажных работ проводится проверка системы. Внимание обращается на величину сопротивления рассеиванию тока. Для проведения этой работы желательно привлечение специалиста с соответствующей аппаратурой.

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Поделиться на Facebook

Поделиться в ВК

Поделиться в ОК

Поделиться в Twitter

Поделиться в Google Plus

Руководство по методам заземления печатных плат

Перейти к: 

• Что такое заземление?
• Терминология заземления
• Методы заземления печатных плат
• Что следует помнить при заземлении
• Убедитесь, что все подключено
• Держите свой грунт целым
• Сведите к минимуму использование серии Vias
• Имейте общую точку зрения

Заземление является критически важной концепцией для любой электронной схемы и любой системы, работающей с электрическим током. Все, от электросети до дома и печатной платы (PCB), имеет заземление. Печатные платы имеют решающее значение для функционирования почти всей электроники, и каждая печатная плата требует надлежащего заземления для правильной работы.

Люди используют термин “земля” для описания различных понятий. В этой статье мы обсудим эти концепции, важность заземления на печатной плате и различные методы, которые можно использовать для заземления на печатной плате.

Что такое плоскость заземления печатной платы?

Заземляющая пластина на печатной плате представляет собой проводящее тело, выполняющее роль произвольного узла потенциального напряжения и общего возврата электрического тока. Это точка отсчета нуля или нуля вольт. Земля — это эталон, относительно которого вы основываете сигнал.

В электронике земля — это название, данное определенной точке цепи. В цепи с одной батареей с положительной и отрицательной клеммой отрицательную клемму обычно называют землей.

В некоторых цепях есть соединения, называемые положительным, отрицательным и заземлением. В этих случаях земля является средней точкой между отрицательной и положительной клеммами, измеряемой по напряжению. Если напряжение равно девяти, на заземляющем слое будет 4,5 вольта. Однако вы бы назвали нулевой уровень, положительную клемму 4,5 вольта и отрицательную клемму -4,5 вольта. Вы можете сделать это, потому что напряжение измеряется между двумя точками, и между 4,5 и -4,5 все еще есть разница в девять.

Неправильное использование методов заземления может резко снизить производительность системы. Вы должны управлять различными аспектами заземления, включая контроль паразитного заземления и обратного напряжения сигнала, которые могут ухудшить производительность. Появление внешних сигналов, общие токи и другие факторы могут вызывать эти напряжения. Правильная прокладка и сечение проводников, использование дифференциальной обработки сигналов и использование методов изоляции заземления помогают контролировать эти нежелательные напряжения.

Существуют также особые соображения при работе в аналогово-цифровой среде со смешанными сигналами. Заземление может помочь минимизировать шум при работе с сигналами, имеющими широкий динамический диапазон.

Терминология заземления

Существуют различные типы узлов, которые называются заземлениями, включая плавающие основания, виртуальные основания и заземления.

• Плавающие основания: Эти узлы являются контрольными точками в изолированной системе и физически не связаны с землей.
• Виртуальные основания: Эти узлы можно найти в цепи отрицательной обратной связи на инвертирующем выводе операционного усилителя. Когда неинвертирующий вход имеет нулевое напряжение, обратная связь заставит инвертирующую клемму соответствовать ему в стабильной цепи. Значение не является стабильным возвратом для других цепей и поддерживается только обратной связью.
• Заземление переменного тока: Эти узлы имеют низкоимпедансные значения постоянного тока.
  Это постоянное напряжение стабильно даже при небольших помехах. Из-за значения постоянного тока этот узел нельзя использовать в качестве надлежащего заземления, но поскольку он стабилен, его можно использовать в качестве контрольной точки.
• Заземление: В большой электрической системе заземление буквально является соединением с землей. В каждом доме, например, есть медный столб, воткнутый в землю для отвода избыточных токов.
• Заземление шасси: Электроника на печатной плате не может подключаться к физическому заземлению, но заземление шасси служит той же цели. Это заземление представляет собой соединение контровочной проволоки от сети переменного тока к корпусу или шасси продукта.

Поскольку заземление и заземление шасси выполняют одну и ту же функцию, эти термины часто используются взаимозаменяемо вместе с термином защитное заземление.

Когда дело доходит до заземления печатной платы, не существует универсального подхода.

Чтобы определить наилучший способ заземления системы, вам необходимо понять, как в ней протекают токи. Однако существуют различные методы на выбор и несколько советов по передовым методам заземления, применимым к большинству систем. Чтобы определить подход, который работает для вашей платы, вам нужно убедиться, что вы понимаете дизайн платы, и, возможно, вам придется попробовать несколько методов.

Запросить бесплатное предложение

 

Типы методов заземления печатных плат

Существуют различные методы заземления печатных плат. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных подходов, используемых сегодня.

1. Заземляющая пластина

Одним из распространенных способов является использование заземляющей пластины, которая представляет собой большой кусок меди на печатной плате. Как правило, производители печатных плат покрывают все области, на которых нет компонентов или трасс, медным заземляющим слоем.

В двухслойной плате стандартные правила заземления печатной платы указывают, что заземление должно располагаться на нижнем слое платы, а компоненты и сигнальные дорожки — на верхнем слое.

Лучше избегать создания кольца из проводящего материала, образованного заземляющей пластиной, так как это делает заземляющую пластину более восприимчивой к электромагнитным помехам (ЭМП). Это токопроводящее кольцо действует как индуктор, а внешнее магнитное поле может вызывать электрический ток, называемый контуром заземления. Вы можете получить токопроводящее кольцо, если поместите заземляющую пластину по всему нижнему слою, а затем удалите части, содержащие электронные компоненты. Чтобы избежать этой проблемы, делайте трассы как можно короче, а после их отображения поместите заземляющую плоскость так, чтобы она полностью проходила под ними. Возможно, вам потребуется изменить расположение дорожек и компонентов, чтобы избежать создания токопроводящих колец.

Плоскость заземления также часто находится на обеих сторонах платы. В некоторых случаях плоскость со стороны компонентов остается под напряжением питания, а плоскость с другой стороны платы заземляется. Плоскость заземления подключается к контактам заземления компонентов и разъемов, чтобы поддерживать напряжение заземления на одном уровне по всей печатной плате.

На двухслойной печатной плате вы также можете использовать более одной заземляющей пластины. Каждая плоскость должна подключаться к источнику питания отдельно, чтобы разделить плоскости и предотвратить возникновение контуров заземления.

2. Заземляющие переходные отверстия

Если на обеих сторонах печатной платы имеются заземляющие переходные отверстия, они будут соединены через переходные отверстия в различных местах платы. Эти переходные отверстия представляют собой отверстия, которые проходят через плату и соединяют две стороны друг с другом. Они позволяют вам получить доступ к заземляющей плоскости из любого места, где вы можете поместиться в переходном отверстии.

Использование переходных отверстий может помочь вам избежать контуров заземления. Они соединяют компоненты непосредственно с точками заземления, которые через низкий импеданс соединяются со всеми другими точками заземления цепи. Они также помогают сократить длину возвратных циклов.

Кусочки меди, такие как заземляющие пластины, могут резонировать на одной четверти длины волны от частоты тока, протекающего через них. Сшивание переходных отверстий вокруг плоскости заземления через определенные промежутки времени может помочь контролировать это. Практическим правилом является размещение переходных отверстий заземления на уровне одной восьмой длины волны или меньше. Это работает, потому что заглушка на трассе начинает становиться проблемой только на одной восьмой длины волны.

Для создания переходных отверстий просверлите в плате небольшие отверстия и пропустите через них тонкие медные провода, а затем припаяйте их с каждой стороны, чтобы сформировать необходимые соединения.

3. Заземление разъемов

Все разъемы на печатной плате должны быть заземлены. В разъемах все сигнальные проводники должны идти параллельно. Из-за этого вы должны разделить разъемы с помощью заземляющих контактов.

Для каждой платы, скорее всего, потребуется более одного контакта разъема, ведущего к земле. Наличие только одного контакта может вызвать проблемы с несоответствием импеданса, что может вызвать колебания. Если импеданс двух соединенных проводников не совпадает, ток, протекающий между ними, может отражаться взад и вперед. Эти колебания могут изменить производительность системы и привести к тому, что она не будет работать должным образом. Контактное сопротивление каждого контакта разъема низкое, но со временем может увеличиваться. По этой причине идеально использовать несколько заземляющих контактов. Приблизительно от 30 до 40 процентов контактов в разъеме для печатной платы должны быть контактами заземления.

Разъемы бывают разного шага и могут иметь разное количество рядов контактов. Выводы разъема также могут располагаться параллельно поверхности печатной платы или под прямым углом к ​​ней.

4. Развязка

Печатные платы содержат один или несколько интегральных схем, для работы которых требуется питание. Эти микросхемы имеют контакты питания для подключения к внешнему источнику питания. У них также есть заземляющие контакты, которые соединяют их с заземляющим слоем печатной платы. Между выводами питания и земли находится развязывающий конденсатор, служащий для сглаживания колебаний напряжения, подаваемого на микросхему. Противоположный конец развязывающего конденсатора подключается к заземляющему экрану.

Одна из основных причин использования развязывающих конденсаторов связана с функциональностью. Развязывающий конденсатор может действовать как устройство накопления заряда. Когда интегральной схеме (ИС) требуется дополнительный ток, развязывающий конденсатор может обеспечить его через цепь с низкой индуктивностью. Из-за этого лучше всего размещать развязывающие конденсаторы рядом с выводами питания микросхемы.

Еще одной основной целью является снижение шума, создаваемого парами слоев питания и заземления, и уменьшение электромагнитных помех. Этот шум может быть вызван двумя основными причинами. Одним из них является развязывающий конденсатор, который не обеспечивает адекватный ток, что приводит к временному снижению напряжения на выводе питания микросхемы. Другой представляет собой преднамеренный ток, посылаемый между слоями питания и заземления с использованием переходного отверстия с быстро переключающимся сигналом.

Вы должны выбрать размещение и количество развязывающих конденсаторов для проекта, исходя из их двух функций. Часто распределение конденсаторов по всей плате является лучшим подходом — попробуйте разместить некоторые из них рядом с заземлением микросхемы и выводами питания. Также рекомендуется использовать максимальное значение емкости, и лучше всего, чтобы все конденсаторы имели одинаковое значение. Вы также можете использовать комбинацию высокого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и обычных конденсаторов.

Как заземлить печатную плату

Заземление является неотъемлемой частью любой конструкции печатной платы. Все конструкции печатных плат должны соответствовать определенным правилам заземления. Вот несколько советов, которые следует помнить при заземлении.

1. Убедитесь, что все подключено

Убедитесь, что на вашей печатной плате нет ничего неприкрепленного. Желательно заполнить любое открытое пространство медью и переходными отверстиями, которые соединяются с заземляющей пластиной. Поступая таким образом, вы гарантируете, что существует структурированный путь, который позволяет всем вашим сигналам эффективно доходить до земли.

2. Держите свой наземный слой целым

Если у вас есть выделенный наземный слой, как на многих четырехслойных платах, убедитесь, что на нем нет следов маршрута. Разделение вашего наземного слоя путем добавления трассировки маршрута создает петлю тока заземления. Вместо этого убедитесь, что слой земли остается целым.

3. Наличие общей точки заземления

Каждая печатная плата должна иметь единую точку соединения всех заземлений. Зачастую это металлический каркас или шасси изделия. Это также может быть выделенный слой платы. Эту единственную точку часто называют заземлением звезды, потому что различные проводники отходят от этого места по образцу, который чем-то напоминает звезду. В приложениях со смешанными сигналами могут быть отдельные аналоговые и цифровые источники питания с отдельными аналоговым и цифровым заземлением, которые встречаются в точке звезды.

4. Сведите к минимуму использование последовательных переходных отверстий

Лучше всего свести к минимуму количество переходных отверстий вдоль путей заземления и направить заземление компонента как можно непосредственно на заземляющий слой. Добавление дополнительных переходных отверстий на плату создает дополнительный импеданс. Это соображение особенно важно для быстрых переходных токов, которые могут привести к тому, что путь импеданса станет дифференциальным напряжением.

5. Проектирование заземления перед прокладкой

Заземление должно быть спроектировано перед любой прокладкой. Земля является основой для процесса трассировки, поэтому очень важно правильно спроектировать землю. Если заземление спроектировано плохо, риску подвергается все устройство, в то время как это не так, если один сигнал не работает должным образом.

6. Понимание того, как протекают ваши токи

Понимание того, как проходят токи на плате, может помочь обеспечить надлежащее заземление. Важно учитывать, куда идет сигнал, а также обратный путь, по которому он пойдет. Пути отправки и возврата сигнала имеют одинаковый ток, и это может повлиять на скачки заземления и стабильность питания.

7. Подготовка к динамическому отклонению между заземлениями

В системе с несколькими платами при отправке заземления между платами важно учитывать динамическое отклонение. Это особенно важно при работе с приложениями, требующими использования кабелей большой протяженности. Оптические изоляторы, низковольтные дифференциальные сигналы и синфазные дроссели помогают держать дисперсию под контролем.

8. Помните о смешанных сигналах

При работе с аналоговыми и цифровыми сигналами нужно быть осторожным при планировании. Аналоговые части платы должны быть изолированы, включая аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи. Вы можете привязать землю АЦП к общей точке заземления, где вы можете передавать цифровые сигналы на другие участки печатной платы.

Партнерство с Millennium Circuits Limited для ваших потребностей в печатных платах

Надлежащее заземление является важным фактором для всех печатных плат. Вокруг этой концепции часто возникает путаница, и ее реализация может быть затруднена. Убедитесь, что вы понимаете, как протекает ток в вашем проекте, и примените некоторые приемы и приемы, описанные в этой статье.

Партнерство с опытным поставщиком печатных плат, таким как Millennium Circuits, также может помочь. Мы можем помочь гарантировать, что вы получите печатные платы, в которых используются надлежащие методы заземления для ваших приложений. Свяжитесь с нами, если у вас есть вопросы или если вам нужна помощь в поиске идеальных печатных плат для вашего следующего проекта. Запросите быстрое предложение, чтобы начать сегодня.

 

Запросить бесплатное предложение

Миллениум Цепи Лимитед | 7703 Derry St. Harrisburg, PA 17111-5205
Номер DUNS: 620140256 | КЛЕТКА: 8E6L6

• Карта сайта
• Политика конфиденциальности
• Copyright © 2023. Все права защищены

Руководство по заземлению печатных плат для обеспечения низкого уровня шума и ЭМС

Руководство по заземлению печатных плат для обеспечения низкого уровня шума и ЭМС

По З.М. Петерсон • 22 ноября 2021 г.

Заземление печатной платы — это, пожалуй, самый важный вопрос на системном уровне, который разработчик может решить в сложных системах. Простые проекты имеют очень простую стратегию, которая почти всегда работает хорошо, если разводка печатной платы построена правильно. Более сложные системы, включающие заземление, несколько плат или несколько электрических блоков, будут иметь более сложные стратегии заземления. Это область, которая может сбивать с толку и будет определять помехоустойчивость вашей системы.

Стратегия заземления и физическая схема заземления на печатной плате также оказывают большое влияние на соответствие нормам ЭМС. Большинство отказов ЭМС, которые учитываются при проектировании печатных плат, решаются путем рассмотрения стратегии заземления, за которой следует стратегия маршрутизации. В этой статье мы подробно рассмотрим заземление в сложных печатных платах, в том числе в системах с разводкой печатных плат со смешанными сигналами, а также в системах, включающих соединение шасси/земли и системы питания.

Начало работы с заземлением печатной платы

Заземление на печатной плате и в окружающей физической конструкции системы играет несколько ролей, включая помехоустойчивость, эталоны для измерений сигналов и электромагнитную совместимость. В целом, в печатной плате в сложной системе следует учитывать три типа областей заземления:

• Заземление: Это конечная точка заземления, поскольку она используется в электропроводке. Он обеспечивает наилучшую форму безопасности для любой системы, когда она доступна. Это предполагает буквальное подключение к земле через служебный шкаф.


• Заземление шасси: Иногда его называют заземлением корпуса, и оно буквально относится к корпусу системы, если в системе имеется токопроводящий корпус. Заземление рамы обычно подключается к земле при наличии заземления.


• Сигнальная земля: О чем большинство руководств не говорят вам, так это о том, что это несколько произвольно; это может быть заземляющий слой на печатной плате, но это также может быть любой другой большой проводник, который может проводить обратные токи обратно к источнику питания системы. Как правило, заземление шасси не должно быть сигнальной землей, если пользователь когда-либо будет напрямую взаимодействовать с шасси.

Как эти три области (когда все они присутствуют) соединены, и если они должны быть соединены, может быть сложно, если в электрической системе присутствует несколько устройств. Соединения между этими областями заземления указаны в вашей программе проектирования печатных плат (на схемах печатной платы) и в электрической схеме всей системы.

 

Типичные символы, используемые для заземления на схемах.

 

Заземление на печатной плате

То, как вы заземлите печатную плату, действительно зависит от того, что должна делать печатная плата. Рекомендации для изолированного источника питания будут отличаться от рекомендаций для небольшого устройства, которое будет питаться от батареи. Заземление печатной платы с заземлением и изолированной силовой частью будет отличаться от системы с заземлением и более простым неизолированным источником питания. В какой-то момент вы можете обнаружить, что вам даже не нужно заземление, так как вам подойдет плавающее заземление, даже если вы получаете питание переменного тока от сети или генератора для питания устройства.

Заземляющие конструкции могут также появляться на печатной плате для обеспечения экранирования, дополнительных путей для обратных токов или удобных соединений с землей для определенных компонентов. Обычно он размещается в виде медной заливки, что дает некоторые дополнительные преимущества, помимо удобного заземления.

Чтобы увидеть, как все это работает, мы должны подумать о том, как питание подается на печатную плату и присутствуют ли несколько устройств, а также должны ли они совместно использовать землю. Мы постараемся охватить здесь большинство основ, хотя некоторые из этих тем довольно сложны и требуют отдельных статей.

Питание переменного тока с заземлением

Это стандартный метод подачи питания на плату, которая требует питания от сети и будет работать при умеренно высоком токе. На схеме, показанной ниже, мы вводим в систему трехпроводную однофазную сеть переменного тока и понижаем ее до необходимого уровня на плате с помощью трансформатора. Разделение между первичной землей (PGND) и вторичной землей (SGND) в стеке печатной платы означает, что теперь у нас есть изолированный источник питания на плате с остальными нашими важными компонентами, которые могут быть высокоскоростными цифровыми или прецизионными аналоговыми компонентами.

 

Заземление с изоляцией на входном силовом каскаде.

 

Разделение между PGND и SGND используется для обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. Это типично для системы, которая работает при достаточном токе, чтобы создать проблемы безопасности, и две стороны шунтированы конденсатором Y-типа с емкостью, которая намного больше, чем емкость обмотки TX. В результате высокочастотный шум на стороне SGND может легко вернуться на сторону PGND и обратно на землю через соединение с монтажным отверстием. Это также обеспечивает путь для событий ESD на вводе-выводе, особенно если ввод-вывод открыт для пользователя. В этом случае, когда у вас есть такой ввод-вывод, проходящий к разъему, разъем должен быть подключен к SGND, чтобы любое событие электростатического разряда на этом разъеме отводилось на землю через монтажное отверстие PGND, а не на близлежащие компоненты.

Питание переменным током без заземления

Это обычное дело, когда безопасность не так важна. Рассмотрим простой адаптер переменного/постоянного тока, который подключается к стене; это устройство может использовать изоляцию между сторонами PGND и SGND адаптера, но эти устройства не будут иметь заземления. Это совершенно нормально, даже в сильноточном устройстве, таком как ноутбук; вы по-прежнему получаете изоляцию между входной и выходной мощностью, но вам нужен другой способ получить безопасное заземление. Конечное устройство может иметь собственный метод защитного заземления, встроенный в его шасси, или оно просто будет использовать собственную заземляющую пластину для обеспечения безопасности.

Прямое 2-проводное соединение постоянного тока с землей

Используется, если вы питаете устройство от источника постоянного тока, который является отдельным блоком и имеет собственное заземление. Заземление обычно не подключается к плате, а подключается к шасси. Если вы используете источник питания постоянного тока с собственным заземлением/корпусом, вы можете соединить шасси вместе с этим типом схемы питания. Идея состоит в том, что шасси обеспечивает некоторую защиту от электростатического разряда, а также устраняет любые большие плавающие металлические детали, которые могут создавать электромагнитные помехи вокруг конструкции. Чего вам не следует делать, так это подсоединять заземление системы к шасси, поскольку вы не хотите создавать контур заземления или вызывать протекание больших токов через шасси, поскольку это может создать угрозу безопасности.

 

Заземление в системе постоянного тока с заземлением.

 

Прямое 2-проводное подключение к постоянному току, без заземления

В случае 2-проводного подключения к постоянному току без заземления конструкция в основном имеет плавающее заземление по отношению к любому другому заземлению. Стратегия здесь такова, если есть металлическое шасси, заземлить его рядом с входом постоянного тока или клеммами аккумулятора. Таким образом, любые обратные токи в устройстве не будут протекать через металлический корпус, который не предназначен для использования в качестве обратного сигнала. Обычно это становится проблематичным только тогда, когда в конструкции присутствует какой-либо высокочастотный источник ВЧ, который может индуцировать синфазный шум с емкостной связью вокруг конструкции через шасси. В такой среде соединение с землей было бы лучше, так как будет путь с низким импедансом, который отклоняет шум.

 

Заземление в системе постоянного тока с заземлением шасси, но без заземления.

 

Заземление с несколькими заземлениями

Такая ситуация обычно возникает при прокладке кабеля между двумя частями оборудования, и кабель может иметь некоторое экранирование, которое подключается к заземлению на каждом конце. Вы должны быть осторожны здесь, так как между двумя заземляющими соединениями может быть разность потенциалов постоянного тока, которая может составлять около 10 В, как было измерено в лаборатории. В результате, если заземление шунтировано (например, с помощью экранирования вдоль экранированного кабеля), смещение заземления может вызвать большой поток постоянного тока, который поджарит кабель. Одним из вариантов создания соединения с высоким импедансом для постоянного тока, но пропускающего высокочастотный шум переменного тока, является использование соединения на основе конденсатора на каждом конце экрана, которое может выдержать смещение заземления. В противном случае вам, вероятно, не следует соединять земли.

 

 

Что интересно, так это то, что это было первоначальным мотивом использования дифференциальных пар для передачи данных по длинным ссылкам. Дифференциальные сигналы могут допускать очень большие смещения земли, которые могут возникать, когда оборудование подключено к разным цепям. Количественная оценка сигналов на основе значения разности, а не суммы или отдельных уровней, создает устойчивость к сдвигу земли, а также устойчивость к синфазному шуму.

Как насчет прецизионного аналога?

Это сложнее обобщить и зависит от макета. Как правило, если вы работаете с низкочастотным аналоговым и цифровым сигналом, вы можете использовать отдельную землю, если устройство нельзя разместить так, чтобы обратные пути не мешали друг другу. Большинство систем будут иметь только одну плоскость заземления печатной платы, а не использовать что-то вроде заземления звезды. Я всегда рекомендую новым разработчикам использовать единую заземляющую плоскость, поскольку заземление по схеме «звезда» или использование разных заземляющих областей ненадлежащим образом поощряет использование неправильных методов трассировки и побуждает разработчика задуматься о том, как обратные пути распространяются на плате.

В случае низкочастотных аналоговых измерений, таких как усредненные по времени оптические измерения, использование выделенного аналогового заземления или дифференциального аналогового канала может быть единственным вариантом предотвращения помех от помех вашим измерениям. Это подход, который мы используем при измерениях аэрокосмических датчиков, даже при измерениях 4-20 мА или специальных датчиков, которые не используют стандартный интерфейс.

 

Датчики, подобные этому датчику PIR, могут испытывать шум от других цепей на печатной плате из-за помех в обратных путях. Иногда у вас может не быть другого выбора, кроме как использовать отключенное заземление.

 

Всякий раз, когда возникает опасность статического электричества, например, на входе/выходе или разъеме, стандартным методом является подключение к GND или PE (защитному заземлению) через шасси. Это потребует использования схемы защиты от электростатического разряда с TVS-диодом, парой стабилитронов или каким-либо другим методом. В зависимости от того, как это будет размещено, это позволит конструкции выдерживать высоковольтные электростатические разряды, которые легко вызывают обратное смещение цепи электростатического разряда на основе диодов, но это не позволит использовать заземление корпуса в качестве обратного пути для обычных сигналов в цепи. дизайн. Этот элемент защиты от электростатического разряда жизненно важен в системах с высокой надежностью, таких как коммерческие объекты или медицинские устройства.

 

Когда вы будете готовы приступить к следующему высоконадежному проекту, вам следует обратиться к проектной фирме, которая понимает заземление печатных плат и то, как оно влияет на электромагнитную совместимость, шум и распределение питания в вашей системе.