Плата заземления в алюминиевом корпусе

Я провел некоторое исследование по этому вопросу, и, хотя я нашел здесь ряд вопросов, задающих что-то подобное, я не совсем понимаю сравнение, которое я ищу. Поэтому я решил задать свою версию вопроса.

Я разрабатываю печатную плату, которая в конечном итоге будет помещена в алюминиевый корпус и будет использоваться на открытом воздухе. Ряд других устройств подключен к этому блоку с помощью потенциально длинных кабелей. Поскольку это устройство будет открыто, мне нужно сделать все возможное, чтобы защитить печатную плату от ближайших ударов молнии и подобных событий. Сам корпус имеет большой медный наконечник заземления, к которому прикреплена внешняя заземляющая полоса. Заземляющая полоса соединена с большим заземляющим стержнем, забитым глубоко в землю. Мой вопрос касается соединения между печатной платой и алюминиевым корпусом.

Есть два варианта, которые я хотел бы сравнить:

  1. Сверхпрочный провод длиной около 3-6 дюймов припаивается непосредственно к большой контактной площадке заземления на печатной плате, которая соединяется с медной заливкой, покрывающей верхний и нижний слои платы. Этот провод затем соединяется с задней частью одного из монтажных винтов наконечника заземления с помощью большого кольцевого обжимного разъема.

  2. Заземляющий контакт между печатной платой и алюминиевым корпусом осуществляется с помощью четырех больших крепежных винтов с медным покрытием, которые крепят плату в коробке через предусмотренные монтажные отверстия с резьбой. Монтажные отверстия/площадки на печатной плате имеют гальваническое покрытие и соединяют печатную плату с заземлением с помощью винтов с медным покрытием.

Какой из этих двух вариантов предпочтительнее для заземления печатной платы и защиты от электромагнитных помех и/или больших скачков напряжения? Очевидно, я ищу вариант с самым низким импедансом, который, как подсказывает мне интуиция, - это тот, в котором заземление осуществляется через монтажные винты, но были некоторые обсуждения, что верно обратное.

На этот вопрос почти невозможно ответить. Нам ничего не известно о диаметрах (импедансах) предлагаемых решений. На мой взгляд: если вам действительно нужен вариант с самым низким импедансом, почему бы вам просто не применить оба варианта?
Не могли бы вы поместить громоотвод рядом со своим устройством вместо того, чтобы использовать его в качестве громоотвода?
Алюминий не должен соприкасаться с землей/почвой и не должен соприкасаться со щелочами или заделываться непосредственно в бетон. Вам потребуются квалифицированные биметаллические элементы для перехода между медью и алюминием. Вода, стекающая с меди, также окисляет алюминий. И вы все еще можете получить боковую вспышку / дугу внутри коробки. Возможно, больше, чем вы хотите прочитать, но, возможно, просмотрите NFPA 780, UL 96 и 96A и LPI 175.
@StefanWyss Понятно, я полагаю, что нужно учитывать гораздо больше переменных, чем только те, которые я упомянул. Заземляющий провод, припаянный к заземляющей площадке, представляет собой многожильный провод № 12 AWG, хотя я не могу сказать вам, сколько жил. Винты с медным покрытием имеют номер 10-32, а монтажные отверстия на печатной плате имеют диаметр около 7 мм с контактными площадками диаметром 10 мм. Плата имеет толщину 2,2 мм. Это, вероятно, недостаточно информации, чтобы уйти, я думаю, я просто ищу общую идею. Я пытаюсь уйти от необходимости припаивать провод, потому что с бессвинцовым мусором припаять такую ​​большую площадку очень сложно.
@AndrewMorton Близкие удары молнии, а не прямые удары! Длинные кабели, входящие в эту коробку, действуют как антенны, и в случае удара молнии (даже на расстоянии нескольких миль) в кабелях может индуцироваться ток, вызывающий значительный скачок напряжения. У меня на плате стоит защита от перенапряжений (газоразрядные трубки, дроссели, TVS-диоды и т.д.), которые шунтируют лишнюю энергию на землю. Однако ничего из этого не выдержало бы прямого удара, и я прекрасно это понимаю.
@jonk Это тоже пришло мне в голову. Есть много потенциальных проблем (без каламбура) с разнородными металлами, и это также проблема, которую необходимо решить. Но спасибо за справочный материал.
@ DerStrom8 Обратите внимание, что близлежащее напряжение земли может подскакивать довольно высоко, а также с большими градиентами вольт / метр. (Возможна принудительная гальваническая коррозия благородных металлов, чего обычно не происходит. Это может быть краткосрочной проблемой, если только в районе, где высокие токи заземления не являются нормой, такие как близлежащие плавильные заводы.) В одной установке Я посетил, все здание подскочило на 7 кВ, когда был активирован (большой) рентгеновский аппарат. Так что расстояния, на которых вещи гальванически соединены, тоже должны учитываться. Хотя, похоже, ты разбираешься в вещах.
@jonk Верно, я бы не ожидал, что это устройство будет очень часто видеть ток заземления, и когда это произойдет, это будет очень короткий переходный процесс. Я полагаю, что прямой контакт был бы моей единственной заботой на данный момент, если только долгосрочные испытания не показывают обратного.

Ответы (1)

Используя метод № 1 в качестве основы, провод должен идти к большой заливке, которая НЕ является плоскостью заземления на печатной плате, но отделена от нее, но все еще соединяется в одной точке. Все остальные элементы, на которые могут повлиять переходные процессы, также должны подключаться к этой плоскости (например, корпуса разъемов и экраны кабелей).

Цель этого состоит в том, чтобы обеспечить путь для протекания переходных токов к земле, сохраняя при этом печатную плату с тем же потенциалом, что и переходный процесс, но не позволяя переходному процессу проходить через печатную плату на пути к земле.

Это автоматически исключает № 2, потому что наличие нескольких соединений с землей означает, что переходный ток может протекать ЧЕРЕЗ печатную плату на пути к земле. Даже если плоскость заземления отделена от плоскостей заземления, тот факт, что они перекрываются, создает емкостную связь между плоскостями.

Подключение только к одной точке на печатной плате без плоскости разделения имеет аналогичную проблему в том, что ток распространяется, когда он находится на плоскости земли, и он может протекать под компонентами, поэтому вам нужно разделение и подключение к плоскости земли только в одной точке.

Если вы сможете найти экземпляр книги Генри Отта, в главе 15 этот вопрос рассматривается более подробно.

Вот таблица, в которой сравнивается импеданс паяных и винтовых соединений. Это не применимо напрямую к вашему сценарию, но я думаю, что это указывает на то, что метод медного винта и стояка должен подойти, если он подключен только к одной точке на печатной плате. Поскольку это только одноточечное соединение, в этом случае также можно подключить прямо к плоскости заземления, поскольку переходные токи в корпусе не должны протекать через стояк. Вам не нужна мини-земля на печатной плате (это сам токопроводящий корпус).

Эта точка подключения к корпусу должна быть как можно ближе ко всем соединениям экрана кабеля с корпусом, если таковые имеются.

введите описание изображения здесь

Взято из электромагнитной совместимости, Генри Отт, 2009 г.

Я хорошо знаю, что заземление — это не то же самое, что заземление цепи. Он подключается к заземлению цепи посредством соединения Кельвина прямо рядом с контактной площадкой заземления. Заливка на верхнем и нижнем слоях должна действовать как своего рода «экран», в то время как моя схема заземлена на внутренней плоскости. Это исключает ваше исключение из № 2, потому что четыре соединения находятся на заземлении, а не на плоскости заземления цепи. Поэтому мой вопрос остается в силе.
Перекрывается ли отлив земляного грунта с отсыпками грунта в сценарии № 2? Потому что это по-прежнему будет представлять аналогичную проблему из-за емкостной связи между плоскостями.
Хм, это справедливое замечание, которое я не учел. Они действительно перекрываются, что обеспечивает емкостную связь. Был еще один вариант, который может решить эту проблему — наличие небольшого медного острова вокруг одного из монтажных отверстий на сети заземления. Этот островок будет подключаться к заземлению цепи через соединение Кельвина, как и раньше. Оставшиеся три монтажных отверстия будут изолированы. Это обеспечивает единую точку заземления, которая не перекрывает заземление цепи. Возможно, это будет лучше, чем припаять к плате провод 12AWG?
Буду ли я прав, если скажу, что это сводит к вопросу о том, будет ли лучше припаянный провод или медный винт для одноточечного соединения печатной платы с землей? Позвольте мне пройтись по моей книге. Кажется, я помню, что у него было сравнение импеданса, связанного с различными типами соединений.
По сути, это вопрос, хотя на самом деле цель состоит в том, чтобы определить, будет ли винтовое соединение работать достаточно хорошо, чтобы заменить паяное соединение, которое является более дорогостоящим и требует больше усилий.
Хороший стол! Это очень хорошая информация. На данный момент я просто пытаюсь определить, какая опция подходит к какой записи таблицы. Использование провода № 12 AWG, припаянного к плате, затем припаянного/обжатого к кольцевой клемме, которая затем подключается к медному наконечнику заземления, звучит так, как будто он может вписаться в третью строку таблицы. Винт, крепящий печатную плату непосредственно к корпусу, звучит так, как будто он может вписаться в последний ряд. Вы согласны? Я неправильно их классифицирую?
Я не думаю, что здесь есть сравнение 1: 1 из-за разных приложений. Я разместил это больше, чтобы показать, насколько они близки друг к другу, а не сравнивать их друг с другом. Я думаю, что экран кабеля в таблице больше похож на плоскость вашей печатной платы, чем на заземляющий провод. В последнем ряду нет ничего, даже припоя между экраном и корпусом, что, кажется, не соответствует ничему в вашем сценарии. В вашей установке всегда будет что-то дополнительное, например, провод с припоем или кольцевой клеммой, стояк и винт или, возможно, задняя крышка разъема, прижатая к корпусу.
Плата заземления в алюминиевом корпусе
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v