開關電源的接地概念
1.定義
作為電路或系統參考的等電位點或平面
2.標志
3.功能
不同種類的接地有不同的功能。
4.關于“土地”的思考
理想的地線應該是零電位、零阻抗的物理實體。
實際布線中,地線在PCB上,有分布電容和電感組成的阻抗分量和電抗分量;根據歐姆定律,電流通過時會產生電壓降。
地線和源(電源和信號源)形成一個回路,這個回路的電場會感應出外部電磁場的射頻電流,也就是常說的“噪聲”,從而產生EMI問題。
開關電源中接地的分類
交流接地
DC地面
模擬接地
數字化
熱點
冷淡
電源接地
信號接地
安全
屏蔽接地
系統地
浮動地面
1.通信地點:
交流電的零線,通常是噪聲地,應該與大地區分開來。
2.DC地面
DC電路“接地”,零電位參考點
3.類比地:
是各種模擬信號的零電位。
4.數字化:
也叫邏輯地,是數字電路各種開關(數字)信號的零電位。
5.熱點:
指變壓器一次接地,不與電網隔離,帶電。
6、冷冷地:
指變壓器二次接地,與電網隔離,不帶電。
7.電源接地:
高電流網絡設備、電力電子和磁性設備的零電位參考點
8.信號接地:
通常指用于感測變化信號的地線。
9.安全地:
提供接地接地點的電路,以防止觸電的危險。
10.屏蔽接地:
為互連電纜和主機架提供0V參考或電磁屏蔽,以防止靜電感應和磁場感應。
11.系統地:
整個系統模擬和數字信號的公共參考點
12.浮動地面:
取電路的一個支路作為0V參考,不接地。
接地模式
單點接地
多點接地
混合接地
接地選擇的原則
1.單點接地
指將所有電路的地線連接到公共地線的點,以減少接地電路之間的相互干擾。
可以防止不同子系統中的電流和射頻電流經過同一回路,從而避免相互共模噪聲耦合。
根據不同系統的特點,可選擇串聯單點接地和并聯單點接地。
A.單點串聯接地:是指所有設備都連接到接地母線,然后通過母線連接到接地匯。
存在共同的阻抗干擾;
優點:
分布阻抗非常小。
布線簡單美觀
缺點:
不適用于高頻電路(f1MHz)
不適用于多電源環路。
子系統之間存在共同的阻抗干擾。
由于對地分布電容的影響,會發生并聯諧振,大大增加了地線的阻抗。
B.單點并聯接地:是指所有器件的地直接接到地槽,不共用接地母線。
優點:
可以防止系統中模塊之間的公共阻抗干擾。缺點:
不適用于高頻電路(f1MHz)
會受到并聯諧振的影響。
由于它們的接地線較長,接地回路阻抗不同,接地噪聲的影響會加劇,并會引起射頻問題。
開關電源的多點接地
指電力系統中所有電路的就近接地。
優點:
多根導線并聯可以降低接地導體的總電感。
可以提供更低的接地阻抗。
缺點:
每根接地線的長度小于信號波長的1/20。
多點接地可能導致設備內部形成許多接地回路,從而降低設備對外部電磁場的抵抗能力。
不同模塊和設備聯網時,接地電路容易造成EMI問題。
開關電源混合接地
結合了單點接地和多點接地的綜合應用。一般在單點接地的基礎上,使用一些電感或電容進行多點接地。它利用電感和電容在不同頻率下阻抗不同的特性,使接地系統在不同頻率下具有不同的接地結構。它主要適用于工作在混合頻率的電路系統。
注意區分模擬電路的接地和數字電路的接地,以及它們的最佳公共耦合點。
開關電源接地的一般選擇原則
以最高頻率(對應的波長為)為考慮對象,當傳輸線的長度l
,則視為高頻電路,反之,則視為低頻電路。
(1)低頻電路(10MHz),建議采用多點接地;
(3)高頻和低頻混合電路,采用混合接地。
開關電源實際接線過程中“接地”的考慮
一般規定:
根據實際應用,先區分接地線的類型,再選擇不同的接地方式。
無論何種接地方式,都必須遵守“低阻抗、低噪聲”的原則。
基本電路拓撲回路:
電源接地線:
由于電源地線中流過的電流很大,如果處理不當,會造成很大的干擾,無法承載重負載,甚至無法正常工作。
故障案例:
巴克線,由于使用大面積路面,造成干擾太大,不能超載。
成功案例:
1.2千瓦升壓線路
布局注意事項:
不同的電源接地線需要分開布線。
盡量不要走平行線。
最小化回路面積。
必須遵循“短、粗、直”的原則;因為電源地線的di/dt大,太長的線天線效應明顯。太細的線會產生更大的壓降;彎曲太多或90度的線會有反射效果。
驅動接地線
驅動源的地線應盡可能靠近被驅動器件,以形成最小回路,減少振蕩和EMI問題。
y電容的接地點:
關于“源”的概念
“靜靜”是來源的低端
Y電容的連接點要“安靜”。顯然,上圖中Y電容的最佳連接點是C1的負端和變壓器T1的二次7腳。
接地散熱器:
輻射器處于地電位,有源器件處于RF電位,因此輻射器可以等效為一個大的共模去耦電容,將RF電流接地。局部接地層的應用
局部接地層可以捕獲器件和振蕩器內部產生的RF磁通量,這在高頻電路中最為常見。
摘要
明確“土地”的概念和分類
根據基地類型選擇不同的接地方式。
實際布線應結合安全法規和EMC的要求。
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