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开关电源“地”的布局走线方式
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/6/6 11:31:00
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“ 地”的概念 
Ⅰ、定义 
作为电路或系统基准的等电位点或平面


Ⅱ、符号 

 

 

Ⅲ、作用 
不同种类的接地作用各异 


Ⅳ、关于“ 地”的思考
●理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体 


●实际的布线中,地线在 上,本身会有阻抗 成分,又有分布电容、电感构成的电抗成分;根据欧姆定律,有电流通过就会产生压降 


●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 问题 

 

开关电源中地的分类 

●交流地 


●直流地


●模拟地


●数字地 


●热地 


●冷地


●功率地


●信号地 


●安全地


●屏蔽地 


●系统地 


●浮地


Ⅰ、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


Ⅱ、直流地
直流电路“地”,零电位参考点 


Ⅲ、模拟地: 
是各种模拟量信号的零电位


Ⅳ、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


Ⅴ、热地:
指变压器初级地,跟电网不隔离 ,带电


Ⅵ、冷地:
指变压器次级地,跟电网隔离 ,不带电


Ⅶ、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


Ⅷ、信号地: 
一般指传感变化信号的地线


Ⅸ、安全地: 
提供大地接地点的回路,可防止触电危险


Ⅹ、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


Ⅺ、系统地: 
整个系统模拟、数字信号公共参考点


Ⅻ、浮地:
将电路中某条支路作为 0V 参考而不接地

 

接地的方式 

●单点接地


●多点接地


●混合接地


●接地选取的原则


Ⅰ、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。


A、单点串联接地:指所有的器件的地都连接到地总线上,然后通过总线连接到地汇接点 

 

 

●存在着相互的共阻抗干扰:

 

 

●优点: 


分布传输的阻抗极小


布线简单,美观 


●缺点: 


不适合于高频电路(f≥1MHz)


不适合于多个功率回路电路


各子系统之间存在着共阻抗干扰


由于对地分布电容的影响,会产生并联 谐振现象,大大增加地线的阻抗 


B、单点并联接地 :指所有的器件的地直接接到地汇接点,不共用地总线 

 

 

●优点: 


可以防止系统内各模块之间的共阻抗干扰


●缺点: 


不适合于高频电路(f≥1MHz)


会受到并联谐振的影响 


由于各自的地线较长,地回路阻抗不同, 会加剧地噪声的影响,引起 RF 问题


Ⅱ、多点接地
指系统内各部分电路就近接地 

 

 

●优点: 


多根导线并联能够降低接地导体的总电感


能够提供较低的接地阻抗 


●缺点  :


每根接地线的长度小于信号波长的 1/20


多点接地可能会导致设备内部形成许多接地 环路,从而降低设备对外界电磁场的抵御能力


不同的模块、设备之间组网时,地线回路容 易导致 EMI 问题 


Ⅲ、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


Ⅳ、接地的一般选取原则 
●以最高频率(对应波长为λ)为考虑对象, 当传输线的长度 L>λ,则视为高频电路,反 之,则视为低频电路。


(1)低频电路(<1MHz),建议采用单点接地;


(2)高频电路(>10MHz),建议采用多点接地;


(3)高、低频混合电路,采用混合接地。 

 

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


基本电路拓扑环路: 

 

 

 

 

功率地线: 


功率地线由于有大电流流过,如果处理不 当就会产生很大的干扰,不能带重载,甚至 不能正常工作 .


失败案例: 


BUCK 线路,由 于使用大面积 的铺地,导致 干扰太大,不 能带重载。

 

 

成功案例:


1.2KW BOOST 线路

 

 

Layout 需要注意的问题:


●不同的功率地线需要单独走线 


●尽量不要平行走线


●尽量减少环路面积


●必须遵循“短,粗,直”的原则;因功率 地线的 di/dt 较大,太长的线天线效应明 显;太细的线会产生较大的压降;弯曲 太多或 90 度的线会产生反射效应

 

 

驱动地线

 

 

驱动源的地线要尽量靠近被驱动器件,以便 构成最小环路,减少振荡与 EMI 问题。
 

Y 电容的接地点:

 

 

 

 

●关于“源” 的概念


●“ 静地”是源的低端 


●Y 电容的连接点,讲究一个“静”,很显然上图 Y 电容最佳连接点事 C1 的负端,以及变压器 T1 的次级 7 脚。


散热器接地: 

 

 


散热器处于地电位,有源器件处于射频电位,故 散热器工作时可以等效于一个大的共模去耦电 容,将 RF 电流接入地。


局部接地面的应用

 

 

局部接地面可以捕获器件跟振荡器内部产生的 RF 磁通量,在高频电路中最常见。

 

 

总结

●要弄清楚“地”的概念与分类


●根据地的种类选用不同的接地方式 


●实际布线要结合安规、EMC 的要求


●关键是要理解“地”在电源中的作用,布线时需要权衡利弊得失

 
 
 
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