8號線攻城獅 發表於 2021-01-12 11:53:32
前言電子產品接地問題是一個老生常談的話題，本文單講其中一小部分，主要內容是金屬外殼與電路板的接地問題。我們經常會看到一些系統設計中將PCB板的地（GND）與金屬外殼（EGND）之間通常使用一個高壓電容C1（1~100nF/2KV）並聯一個大電阻R1（1M）連接。那麼為什麼這麼設計呢？
圖 1 原理圖示意
一、電容的作用從EMS（電磁抗擾度）角度說，這個電容是在假設PE良好連接大地的前提下，降低可能存在的，以大地電平為參考的高頻幹擾型號對電路的影響，是為了抑制電路和幹擾源之間瞬態共模壓差的。其實GND直連PE是最好的，但是，直連可能不可操作或者不安全，例如，220V交流電過整流橋之後產生的GND是不可以連接PE的，所以就弄個低頻過不去，高頻能過去的路徑。從EMI（電磁幹擾）角度說，如果有與PE相連的金屬外殼，有這個高頻路徑，也能夠避免高頻信號輻射出來。 電容是通交流阻直流的。假設機殼良好連接大地，從電磁抗擾度角度，該電容能夠抑制高頻幹擾源和電路之間的動態共模電壓；從EMI角度，電容形成了高頻路徑，電路板內部產生的高頻幹擾會經電容流入機殼進入大地，避免了高頻幹擾形成的天線輻射。另一種情況，假設機殼沒有可靠接大地（如沒有地線，接地棒環境乾燥），則外殼電勢可能不穩定或有靜電，如果電路板直接接外殼，就會打壞電路板晶片，加入電容，能把低頻高壓、靜電等隔離起來，保護電路板。這個並聯電容應該用Y電容或高壓薄膜電容，容值在1nF~100nF之間。
二、電阻的作用
這個電阻可以防止ESD（靜電釋放）對電路板的損壞。假如只用電容連接電路板地和機殼地，則電路板是一個浮地系統。做ESD測試時，或在複雜電場環境中使用，打（進）入電路板的電荷無處釋放，會逐漸累積；累積到一定程度，超過了電路板和機殼之間的絕緣最薄弱處所能耐受的電壓，就會發生放電——在幾納秒內，PCB上產生數十到數百A的電流，會讓電路因電磁脈衝宕機，或者損壞放電處附近連接的元器件。並聯該電阻，就可以慢慢釋放掉這個電荷，消除高壓。根據IEC61000的ESD測試標準10s/次（10s放完2kV高壓電荷），一般選擇1M~2M的電阻。如果機殼有高壓靜電，則該大電阻也能有效降低電流，不會損壞電路晶片。
三、需要注意的問題點
1、如果設備外殼良好接大地，那PCB應該也與外殼良好的單點接地，這個時候工頻幹擾會通過外殼接地消除，對PCB也不會產生幹擾； 2、如果設備使用的場合可能存在安全問題時，那必須將設備外殼良好接地； 3、為了取得更好效果，建議是設備外殼儘量良好接地，PCB與外殼單點良好接地；當然如果外殼沒有良好接地，那還不如把PCB浮地，即不與外殼連接，因為PCB與大地如果是隔離的（所謂浮地），工頻幹擾迴路阻抗極大，反而不會對PCB產生什麼幹擾；
4、多個設備之間需要互相連接的時候，儘量是每個設備外殼都與大地在單點良好接地，每個設備內部PCB與各自外殼單點接地； 5、但是如果多個設備互相連接時候，設備外殼沒有良好接地，那就不如浮地，內部PCB不與外殼接地；
6、機殼地可能並不是可靠的接地，如配電網中不符合安規，沒有地線；接地棒周圍土壤太乾燥，接地螺栓生鏽或鬆動。
7、環境是存在電磁幹擾的，工作環境中有大功率變壓器、大功率電機、電磁電爐、高壓電網諧波等。
8、PCB內部是會產生高頻噪聲的，如高頻開關管、二極體、儲能電感、高頻變壓器等。
這些幹擾因素都會導致PCB的信號地和機殼的電勢波動（同時含有高頻低頻成分），或者二者之間存在靜電，所以對它們良好可靠的接地處理是必要的，也是產品安規要求的。 最後期待小夥伴們針對本文所述問題留言，發表自己獨到的見解。
原文標題：電路板的地直接與外殼地相連好不好？推薦一種方式
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責任編輯：haq
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