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空间硬件的电气接地方法_4

发表于:2019-11-13 15:05 作者:新闻小编 来源:新闻小编

一、概述

1.方法:为了生产出安全可靠的电气和电子线路,电气接地方法必须遵循一套已被验证的要求和设计方法。正确的接地是电子线路可靠的基础。2.益处:设计和组装电气和电子设备时,采用接地措施可防止人员和线路遭受危险电流和破坏性故障状态的伤害。其优点在于能预防潜在的对精密空间航天器、分系统和元器件的损伤及保护研制、使用和维修人员的人身安全。3.已成功使用该方法的项目:Satwn I, IB和V型运载火箭、航天飞机固体火箭助推器、国际空间站、马歇尔空间飞行中心研制的有效载荷和实验舱。

二、实施方法

1、系统的接地要求和设计方法设计电气和电子系统至少要遵循以下几点:(1)建立一个地参考平面,使所有系统、分系统、设备的金属部件、表面和电气及电子零件的地保持在基础结构的电位上;(2)在设备中,电源应有专用的返回线;(3)除单点参考地以外,所有信号地和电源地之间在电气上互相隔离,而且每一个隔离的电气系统都只应在一个点与结构相连;(4)除了系统有特殊要求外,应当采用专用的电源返回线。2、电气或电子机壳内部的接地方式是由电路设计人员自行决定的。设计这些系统时,应当考虑以下设计方法:(1)设备中的可调电源与机壳和结构除单点连接以外应直流隔离;(2)在设备内部,单点参考基准应接到设备之外或直接接到机壳上以便接地;(3)控制电源母线的返回线应该独立于初级电源的返回线,并应在一个点与返回线系统相连;(4)二次电源和三次电源应单点接地,并应返回到该单点参考地;(5)当所有单点地并没有通过机壳或结构最终接地时,二次电源和三次电源应直流隔离,电阻至少1M欧;(6)向几个设备或功能模块提供可调电压的电源变换器应为其服务的设备和功能模块重建一个单点地参考点;(7)除非该设备也需要别的设备供电,否则,无论是其信号地还是电源地,均不能依赖于别的设备作为参考点或接地点:(8)频率低于2MHz的信号线路与外部连接时应该是平衡的并且与机壳隔离;(9)所有返回线和参考点都应通过单独的连接器插针引出设备;(10)处于插接状态就会接地的连接器,其外壳或插针应做屏蔽连接;(11)最低频率分量大于或等于2MHz部件的单端线路应采用在两端均360度接地的同轴电缆连接;(12)除了在已保持电气隔离的地方之外,对于信号频率低于2MHz的情况,在设备之外禁止采用单端电信号。3、设备内部接地图1反映了所述接地要求和设计考虑,并给出双馈线、电缆及负载的线路结构。当频率低于2MHz时,设计的重点在于要求内部接地且与外部设备有接口关系的线路上。当频率大于等于2MHz时,设计重点在于设备之间的外部连接以及屏蔽的正确接地上,以防电磁耦合。

图1 设备内部多路信号接地

4、 单点/多点接地:虽然接地参考平面的建立需要一个单点地,但在实际应用中按此要求进行系统设计存在一定的问题。现代电子系统很少只有一个地平板,为了减少可能的干扰,尽可能同时使用多个地平板。由图2可知,一组接地平板,通过最短路径返回接到系统接地点,在此形成总的系统电位参考,此种系统称为单点接地系统。但当所用互联屏蔽电缆的有效长度与信号波长可比拟时和在设备的机壳间或分系统间及其他分系统的地线之间存在寄生电容时,这种接地法就会出现问题。可以论证,一个“多点”接地系统,它将每一个分系统或设备都尽可能直接接到一个低阻抗等电位的地平板上,能够减少这些电磁干扰问题。这种系统设计的示例见图3。其中每个分系统都直接连接到一个共同的地平板上,一个理想化的平坦的等电位平板。

图2 单点接地

图3 多点接地

5.混合接地在实际应用中,接地方式的选择取决于低电平电路的最高有效工作频率以及设备的物理布局。如图4所示,单点接地方式适用于低频和小尺寸,而多点接地适用于高频和大尺寸。对于过渡情况,单点、多点接地各有优缺点,如图4所示。在这种过渡区域应采用混合接地方式,即低频部分采用单点接地,高频部分采用多点接地。

图4 混合接地

6、防电击:当系统发生故障或带电元件与设备底架、框架、壳体误连接时,设备金属部分就会带有危险电压,正确的接地可防止人员在此情况下因接触设备而受电击。同时,壳体电压升高受到限制而使电流下降到不至于危害设备及发生其他连锁反应的电平。通常,应限制机壳电压升高以防止有害电流的产生。表1总结了交流和直流的电击影响:

7、搭接:导电诸元互连的整体性是靠电气搭接保证的。搭接是一种使部件或模块间建立电连接从而形成低阻导体的方法。搭接方法应依据MIL-STD-5087B或SSP30245来执行。搭接工艺需要采用专用压板、标准件、螺栓和螺钉附件、垫圈及材料以保证设备在变化的温度条件和腐蚀条件下坚固的搭接。除非是跨接在振动条件下可移动部件或是绝热的结合部之间,通常应避免使用跨接电缆。搭接连接的第一步是对连接面进行处理,将接触面所有的阳极化膜、油脂、油漆、清漆或其他高阻物质去除掉。典型的搭接连接如图5所示。为保证搭接面清洁光滑,是采用刮、磨还是化学清洁方法取决于搭接类型(即金属与金属、金属与非金属或非金属与非金属)。表2列出不同搭接类型对应的典型搭接阻抗。

图5 典型的搭接方式

8、电缆/连接器接地:电缆的长度与系统最高工作频率的波长可比拟时,电缆延伸到接地的机壳外侧易受辐射发射干扰。需要采用适当的屏蔽和接地措施来保证系统正常工作。图6所示为屏蔽电缆和连接器典型接地方法。连接器的屏蔽终端应被连接器尾夹夹紧,以获得低阻抗的360度连接。由于不便于维修和换线以及某些电缆屏蔽层中使用金属箔,不推荐采用焊接连接。在电缆穿过机壳的地方,可使用盒式连接器,或采用隔板穿透方式,如图6所示。当电缆的整个屏蔽套端接到端子排时,其接法如图7所示。

图6 连接器壳的屏蔽接地

图7 电缆屏蔽套端接于端子排

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