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开关电源设计中的接地的重要性

linan 在 2015-11-27 建立的討論區

在电源设计中,安全往往是第一位的,在开关电源中也是如此,接地能够保护使用者的人身安全,并且确保电力设备的正常运行,那么在开关电源中合适的接地方式是什么?常见的接地符号又有哪些呢?本文就将对开关电源当中的接地问题进行介绍。

 

接地的定义是什么?

 

在现代接地概念中、对于线路工程师来说,该术语的含义通常是“线路电压的参考点”。对于系统设计师来说,它常常是机柜或机架。对电气工程师来说,它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。

 

常见的接地符号

 

PE、PGND、FG-保护地或机壳;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)电源(电池)回流;GND-工作地;DGND-数字地;AGND-模拟地;LGND-防雷保护地。

 

合适的接地方式是什么?

 

接地有多种方式,有单点接地,多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说,单点接地用于简单电路,不同功能模块之间接地区分,以及低频(f10MHz)电路时就要采用多点接地或者多层板(完整的地平面层)。

 

开关电源为什么要接地?

 

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施,目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地,从而起到保护建筑物的作用。同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当某种原因引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障电流就会流经PE线到大地,从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求。

 

举个例子来说,各个设备之间的信号都需要一个“地”来作为信号的基准参考地。而且随着电子设备的复杂化,信号频率越来越高,因此,在接地设计中,信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近,高速信号的信号回流技术中也引入了 “地”的概念。

 

为什么要将模拟地和数字地分开,如何分开?

 

模拟信号和数字信号都要回流到地,因为数字信号变化速度快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起,噪声就会影响到模拟信号。

 

一般来说,模拟地和数字地要分开处理,然后通过细的走线连在一起,或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开,如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。

 

 

单板上的信号如何接地?

 

在一般情况下,进行设计时最好采用就近接地,并且在有了完整的多层板设计之后,再对普通信号进行接地就非常容易了,基本原则是保证走线的连续性,减少过孔数量,靠近地平面或者电源平面等等。

 

单板的接口器件如何接地?

 

有些单板会有对外的输入输出接口,比如串口连接器,网口RJ45连接器等等,如果对它们的接地没有做好的话也会影响到正常工作,例如网口互连有误码,丢包等,并且会成为对外的电磁干扰源,把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地,与信号地的连接采用细的走线连接,可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的,对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。

 

带屏蔽层的电缆线中屏蔽层如何接地?

 

屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上,而不是信号地上,这是因为信号地上有各种的噪声,如果屏蔽层接到了信号地上,噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰,所以设计不合理的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。

結果