“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; 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EMI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。