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干货 | 开关电源中的12种“地”的布局与走线!
发布时间:2020-05-29   点击次数:612次

定义

Ⅰ、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,以及他们的夹公共连接点

Ⅳ、接地的一般选取原则 

●以镐频率(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电容夹连接点事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,在高频电路中长见。

 

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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