電控系統中“地”的概念介紹

“地”是電子技術中一個非常重要的概念,在PCB設計過程中,我們會遇到各種各樣的地,比如數字地、模擬地、信號地等。本文,我們不妨就來了解下開關電源中的各種“地”。


“地”的概念


“地”的經典定義是“作為電路或系統基準的等電位點或平面”。

電控系統中“地”的概念介紹的圖1


“地”的符號


理想中,地線應是一個零電位、零阻抗的物理實體。而實際的布線中,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。此外,地線根源(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。


開關電源實際布線過程中關于“地”的考慮

【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。


開關電源中“地”的分類

1、直流地

直流電路“地”,零電位參考點。


2、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。


3、模擬地

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

開關電源無需使用工頻變壓器,其開關電路的“地”和市電電網有關,即所謂的“熱地”,它是帶電的。


6、冷地

由于開關電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離;又由于其反饋電路常用光電耦合器,既能傳送反饋信號,又將雙方的“地”隔離;所以輸出端的地稱之為“冷地”,它不帶電。


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


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。

電控系統中“地”的概念介紹的圖2


2、多點接地

指系統內各部分電路就近接地。

電控系統中“地”的概念介紹的圖3


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。


提醒:在低頻電路中,信號的工作頻率小于1MHz,它的布線和器件間的電感影響較小,而接地電路形成的環流對干擾影響較大,因而應采用單點接地。當信號工作頻率大于10MHz時,地線阻抗變得很大,此時應盡量降低地線阻抗,應采用就近多點接地。當工作頻率在1~10MHz之間時,如果采用單點接地,其地線長度不得超過波長的1/20,否則應采用多點接地方式。

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