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開關(guān)電源設(shè)計中的屏障——接地

發(fā)布時間:2014-09-25 責(zé)任編輯:mikeliu

【導(dǎo)讀】當(dāng)前,線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)逐漸被開關(guān)電源鎖取代,在電子電力設(shè)計領(lǐng)域當(dāng)中廣泛應(yīng)用。人們也逐漸意識到,開關(guān)電源已經(jīng)成為電子設(shè)計行業(yè)的航向。在電源設(shè)計中,人身安全是關(guān)鍵,同樣在開關(guān)電源中,接地能夠保護使用者的人身安全,同時確保電力設(shè)備的正常運行。本文就開關(guān)電源當(dāng)中的接地問題進行介紹。
 
1、接地的定義
 
在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說,該術(shù)語的含義通常是“線路電壓的參考點”。對于系統(tǒng)設(shè)計師來說,它常常是機柜或機架。對電氣工程師來說,它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。
 
2、常見的接地符號
 
PE、PGND、FG-保護地或機殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數(shù)字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護地。
 
3、合適的接地方式
 
接地有多種方式,有單點接地,多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯(lián)單點接地和并聯(lián)單點接地。一般來說,單點接地用于簡單電路,不同功能模塊之間接地區(qū)分,以及低頻(f10MHz)電路時就要采用多點接地或者多層板(完整的地平面層)。
 
4、開關(guān)電源接地的原因
 
接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護性措施,目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地,從而起到保護建筑物的作用。同時,接地也是保護人身安全的一種有效手段,當(dāng)某種原因引起的相線(如電線絕緣不良,線路老化等)和設(shè)備外殼碰觸時,設(shè)備的外殼就會有危險電壓產(chǎn)生,由此生成的故障電流就會流經(jīng)PE線到大地,從而起到保護作用。隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展,在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。
 
舉個例子來說,各個設(shè)備之間的信號都需要一個“地”來作為信號的基準(zhǔn)參考地。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化,信號頻率越來越高,因此,在接地設(shè)計中,信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關(guān)注,否則,接地不當(dāng)就會嚴(yán)重影響系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。最近,高速信號的信號回流技術(shù)中也引入了 “地”的概念。
 
5、將模擬地和數(shù)字地分開的原因及方法
 
模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地,因為數(shù)字信號變化速度快,從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會很大,而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數(shù)字地混在一起,噪聲就會影響到模擬信號。
 
一般來說,模擬地和數(shù)字地要分開處理,然后通過細(xì)的走線連在一起,或者單點接在一起。總的思想是盡量阻隔數(shù)字地上的噪聲竄到模擬地上。當(dāng)然這也不是非常嚴(yán)格的要求模擬地和數(shù)字地必須分開,如果模擬部分附近的數(shù)字地還是很干凈的話可以合在一起。
 
6、單板上的信號接地的方法
 
在一般情況下,進行設(shè)計時最好采用就近接地,并且在有了完整的多層板設(shè)計之后,再對普通信號進行接地就非常容易了,基本原則是保證走線的連續(xù)性,減少過孔數(shù)量,靠近地平面或者電源平面等等。
 
7、單板的接口器件接地的方法
 
有些單板會有對外的輸入輸出接口,比如串口連接器,網(wǎng)口RJ45連接器等等,如果對它們的接地沒有做好的話也會影響到正常工作,例如網(wǎng)口互連有誤碼,丟包等,并且會成為對外的電磁干擾源,把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會單獨分割出一塊獨立的接口地,與信號地的連接采用細(xì)的走線連接,可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細(xì)的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的,對接口地和接口電源的濾波也要認(rèn)真考慮。
 
8、帶屏蔽層的電纜線中屏蔽層接地的方法
 
屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上,而不是信號地上,這是因為信號地上有各種的噪聲,如果屏蔽層接到了信號地上,噪聲電壓會驅(qū)動共模電流沿屏蔽層向外干擾,所以設(shè)計不合理的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。
 
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