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消除地回路

2024-02-07 18:52:59 John Dunn 阅读:
在互联网时代到来之前,1990年1月18日的EDN美国版杂志就曾讨论过这个问题,但在34年后的今天,我们有必要进一步详细研究一下这个概念。

1所示,在互联网时代到来之前,1990年1月18日的EDN美国版杂志就曾讨论过这个问题,但在34年后的今天,我们有必要进一步详细研究一下这个概念。Qvcednc

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设计理念Qvcednc

用电阻器隔离地Qvcednc

John DunnQvcednc

Bertan Associates公司,纽约州希克斯维尔Qvcednc

系统设计专家坚持认为,除了一个公共点之外,您应该将模拟地和数字地完全分开。但是,如果您尝试布置IEEE-488设备,标准的设备互连电缆的金属外壳会将数字地连接到设备机箱,从而使您的最佳意图落空。实际上,只要将电缆插入设备,就会形成地回路(图1)。Qvcednc

在这种情况下,最好的办法是使用电阻器连接设备的两个地。这样,所有明显的数字地电流都将流过电缆外壳的外部通路。取消1Ω电阻而使用电缆外壳作为唯一的地通路并不是一个好主意。如果需要在不插入电缆的情况下操作设备,这种配置会造成问题。Qvcednc

图1:用一个1Ω电阻连接模拟地和数字地,可以消除IEEE-488系统中可能存在的地回路——该系统电缆的金属连接器外壳会将数字地连接到机箱。Qvcednc

图1:1990年的“用电阻隔离地”设计理念档案。Qvcednc

当时,GPIB(通用接口总线)控制器是Bertan 200-C488。被控制的模拟产品通常是Bertan 205A/210高压电源之一。210系列高压电源的输出功率约为200W,虽然不是可能遇到的最大功率水平,但仍然足以产生一些热量。Qvcednc

控制器和被控对象单独分开放置时的样子如2所示。Qvcednc

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图2:Bertan 200-C488 GPIB控制器和被控Bertan 205A/210高压电源的方框图。

被控对象有一个模拟地,通过它可以施加控制模拟电压,并获得电压和电流监控信号。被控对象还有一些基本的开/关信号。控制器有与之匹配的输入和输出。Qvcednc

在产品开发过程中,首次尝试对两者进行接口,效果并不理想(见3)。Qvcednc

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图3:控制器和被控对象之间有地回路电流,其电流大小会干扰控制和监测。

控制器和被控对象之间的电缆中发现有一个电流回路,其电流大小确实干扰了控制和监测。只有天知道是什么产生了仅仅几毫伏电压,就能通过仅仅几毫欧电阻的回路产生很大的电流。Qvcednc

这是在设计过程中不经意掉入的陷阱(都是我的错)。通过精心设计的隔离规定进行重大的重新设计,想想都觉得可怕,因此我们稍稍后退了一步,仔细研究并找到一个更简单的补救措施。Qvcednc

由于控制器仍处于开发阶段,我们意识到需要将其数字地和模拟地连接在一起,而在两者之间添加一个1Ω电阻(如4所示)不会产生破坏性影响。Qvcednc

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图4:对控制器和被控对象进行修改,用一个1Ω的电阻将控制器的数字地和模拟地连接在一起。

有了这个电阻后,地回路的情况大为改观(5),这意味着地回路中的电流大大减少,不会产生任何破坏性影响。电流本身并没有变为零,但却降低到了一个低得多的非破坏性水平。Qvcednc

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图5:地回路电流减小后的控制器和被控对象。

位于被控对象处的数字地和模拟地之间的硬连线连接与控制器无关,但随着地回路电流的幅度大大降低,该电流已不再对任何设备产生明显影响。Qvcednc

此外,如果控制器被断开连接,通过修改后的接地布置,控制器仍能保持稳定。无论是否与其他设备连接,工作稳定性都不会下降。Qvcednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Quelling a ground loop,由Franklin Zhao编译。)Qvcednc

责编:Franklin
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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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