开关电源中的12种“地”的布局与走线!

时间:2023-07-21
    “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
    开关电源中的12种“地”的布局与走线!
    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
    开关电源中的12种“地”的布局与走线!
    存在着相互的共阻抗干扰:
    开关电源中的12种“地”的布局与走线!
    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
    开关电源中的12种“地”的布局与走线!
    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
    开关电源中的12种“地”的布局与走线!
    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,以及他们的公共连接点。
    Ⅳ、接地的一般选取原则
    以频率(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
    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:
    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:
    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

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