了解开关电源中的各种“地”

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“地”是电子技术中一个非常重要的概念,在PCB设计过程中,我们会遇到各种各样的地,比如数字地、模拟地、信号地等。本文,我们不妨就来了解下开关电源中的各种“地”。

“地”的概念

“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

“地”的符号

“地”的符号

理想中,地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。而实际的布线中,地线在PCB上,本身会有阻抗成分,又有分布电容、电感构成的电抗成分。此外,地线跟源(电源、信号源)构成回路,此回路的电场会感应出外部电磁场的RF电流,即常说的“噪声”,从而引起EMI问题。

开关电源实际布线过程中关于“地”的考虑

【总则】

●根据实际应用,先分清楚地线的种类,然后选择不同的接地方式。

●不论何种接地方式,都须遵守“低阻抗,低噪声”的原则。

开关电源中“地”的分类

1、直流地

直流电路“地”,零电位参考点。

2、交流地

交流电的零线,这种地通常是产生噪声的地,应与大地区别开。

3、模拟地

各种模拟量信号的零电位。

4、数字地

也叫逻辑地,是数字电路各种开关量(数字量)信号的零电位。

5、热地

开关电源无需使用工频变压器,其开关电路的“地”和市电电网有关,即所谓的“热地”,它是带电的。

6、冷地

由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路常用光电耦合器,既能传送反馈信号,又将双方的“地”隔离;所以输出端的地称之为“冷地”,它不带电。

7、功率地

大电流网络器件、功率电子与磁性器件的零电位参考点。

8、信号地

一般指传感变化信号的地线。

9、安全地

提供大地接地点的回路,可防止触电危险。

10、屏蔽地

为互联的电缆与主要机架提供0V参考或电磁屏蔽,防止静电感应和磁场感应。

11、系统地

整个系统模拟、数字信号公共参考点。

12、浮地

将电路中某条支路作为0V参考而不接地。

接“地”的方式

1、单点接地

●指所有电路的地线接到公共地线的同一点,以减少地回路之间的相互干扰。

●可以防止不同子系统中的电流与RF电流,经过同样的返回路径,从而避免造成相互之间 的共模噪声耦合。

●根据不同系统的特点,可以选择串联单点接地与并联单点接地。

单点接地

2、多点接地

指系统内各部分电路就近接地。

多点接地

3、混合接地

●结合了单点接地和多点接地的综合应用,一般是在单点接地的基础上再通过一些电感或电容多点接地,它是利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性,使地线系统在不同的频率下具有不同的接地结构,主要适用于工作在混合频率下的电路系统。

●要注意分清楚模拟电路的地与数字电路的地,以及他们的最佳公共连接点。

提醒:在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用单点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz之间时,如果采用单点接地,其地线长度不得超过波长的1/20,否则应采用多点接地方式。

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