開關電源中的接地布局及走線 _知識百科

地的概念

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1、定義
作為電路或系統基準的等電位點或平面
2、符號

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3、作用
不同種類的接地作用各異

4、關于“ 地”的思考
●理想地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體
●實際的布線中，地線在PCB上，本身會有阻抗成分，又有分布電容、電感構成的電抗成分；根據歐姆定律，有電流通過就會產生壓降
●地線跟源(電源、信號源)構成回路，此回路的電場會感應出外部電磁場的RF電流，即常說的“噪聲”，從而引起EMI問題

開關電源中地的分類
●交流地
●直流地
●模擬地
●數字地
●熱地
●冷地
●功率地
●信號地
●安全地
●屏蔽地
●系統地
●浮地
1、交流地：
交流電的零線，這種地通常是產生噪聲的地，應與大地區別開
2、直流地
直流電路“地”，零電位參考點
3、模擬地：
是各種模擬量信號的零電位
4、數字地：
也叫邏輯地，是數字電路各種開關量（數字量）信號的零電位
5、熱地：
指變壓器初級地，跟電網不隔離，帶電
6、冷地：
指變壓器次級地，跟電網隔離，不帶電
7、功率地：
大電流網絡器件、功率電子與磁性器件的零電位參考點
8、信號地：
一般指傳感變化信號的地線
9、安全地：
提供大地接地點的回路，可防止觸電危險
10、屏蔽地：
為互聯的電纜與主要機架提供0V參考或電磁屏蔽，防止靜電感應和磁場感應
11、系統地：
整個系統模擬、數字信號公共參考點
12、浮地：
將電路中某條支路作為0V參考而不接地

接地的方式
●單點接地
●多點接地
●混合接地
●接地選取的原則
1、單點接地
●指所有電路的地線接到公共地線的同一點，以減少地回路之間的相互干擾。
●可以防止不同子系統中的電流與RF電流，經過同樣的返回路徑，從而避免造成相互之間的共模噪聲耦合。
●根據不同系統的特點，可以選擇串聯單點接地與并聯單點接地。
A、單點串聯接地:指所有的器件的地都連接到地總線上，然后通過總線連接到地匯接點

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●存在著相互的共阻抗干擾：

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●優點：
分布傳輸的阻抗極小
布線簡單，美觀
●缺點:
不適合于高頻電路（f≥1MHz）
不適合于多個功率回路電路
各子系統之間存在著共阻抗干擾
由于對地分布電容的影響，會產生并聯諧振現象，大大增加地線的阻抗
B、單點并聯接地 :指所有的器件的地直接接到地匯接點，不共用地總線

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●優點：
可以防止系統內各模塊之間的共阻抗干擾
●缺點:
不適合于高頻電路（f≥1MHz）
會受到并聯諧振的影響
由于各自的地線較長，地回路阻抗不同，會加劇地噪聲的影響，引起RF問題

2、多點接地
指系統內各部分電路就近接地

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●優點：
多根導線并聯能夠降低接地導體的總電感
能夠提供較低的接地阻抗
●缺點 :
每根接地線的長度小于信號波長的1/20
多點接地可能會導致設備內部形成許多接地環路，從而降低設備對外界電磁場的抵御能力
不同的模塊、設備之間組網時，地線回路容易導致EMI問題

3、混合接地
●結合了單點接地和多點接地的綜合應用，一般是在單點接地的基礎上再通過一些電感或電容多點接地，它是利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統在不同的頻率下具有不同的接地結構，主要適用于工作在混合頻率下的電路系統。
●要注意分清楚模擬電路的地與數字電路的地，以及他們的最佳公共連接點

4、接地的一般選取原則
●以最高頻率（對應波長為λ）為考慮對象，當傳輸線的長度 L>λ，則視為高頻電路，反之，則視為低頻電路。
（1）低頻電路(<1MHz)，建議采用單點接地；
（2）高頻電路(>10MHz)，建議采用多點接地；
（3）高、低頻混合電路，采用混合接地。

開關電源實際布線過程中關于“地”的考慮

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總則:
●根據實際應用,先分清楚地線的種類, 然后選擇不同的接地方式
●不論何種接地方式，都須遵守“低阻抗，低噪聲”的原則
基本電路拓撲環路：

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功率地線:
功率地線由于有大電流流過,如果處理不當就會產生很大的干擾,不能帶重載,甚至不能正常工作.
失敗案例:
BUCK線路，由于使用大面積的鋪地，導致干擾太大，不能帶重載。

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成功案例:
1.2KW BOOST線路

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布局需要注意的問題：
●不同的功率地線需要單獨走線
●盡量不要平行走線
●盡量減少環路面積
●必須遵循“短，粗，直”的原則；因功率地線的di/dt較大，太長的線天線效應明顯；太細的線會產生較大的壓降；彎曲太多或90度的線會產生反射效應

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驅動地線
驅動源的地線要盡量靠近被驅動器件，以便構成最小環路，減少振蕩與EMI問題
Y電容的接地點：
●關于“源” 的概念
●“ 靜地”是源的低端
●Y電容的連接點，講究一個“靜”，很顯然上圖Y電容最佳連接點事C1的負端，以及變壓器T1的次級7腳。
散熱器接地:

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散熱器處于地電位,有源器件處于射頻電位,故散熱器工作時可以等效于一個大的共模去耦電容,將RF電流接入地.
局部接地面的應用

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局部接地面可以捕獲器件跟振蕩器內部產生的 RF磁通量,在高頻電路中最常見.

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總結
●要弄清楚“地”的概念與分類
●根據地的種類選用不同的接地方式
●實際布線要結合安規、EMC的要求

【開關電源中的接地布局及走線】