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【科普】開關(guān)電源為什么要接地？

2019.09.02

在電源設(shè)計中，安全往往是第一位的，在開關(guān)電源中也是如此，接地能夠保護使用者的人身安全，并且確保電力設(shè)備的正常運行，那么在開關(guān)電源中合適的接地方式是什么？常見的接地符號又有哪些呢？本文就將對開關(guān)電源當(dāng)中的接地問題進(jìn)行介紹。

Q

接地的定義是什么？

A

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”。

Q

常見的接地符號有哪些？

A

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。

Q

合適的接地方式是什么？

A

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)。

Q

開關(guān)電源為什么要接地？

A

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。

Q

為什么要將模擬地和數(shù)字地分開，如何分開？

A

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?？偟乃枷胧潜M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。

Q

單板上的信號如何接地？

A

在一般情況下，進(jìn)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(jìn)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。

Q

單板的接口器件如何接地？

A

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。

Q

帶屏蔽層的電纜線中屏蔽層如何接地？

A

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。

現(xiàn)代人們的生活已經(jīng)越來越離不開電子設(shè)備，而電子設(shè)備都必須依賴穩(wěn)定安全的電源。開關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)滲透到各種電子設(shè)備領(lǐng)域，希望大家都能在本篇文章當(dāng)中找到自己目前正在困惑的問題，并順利得到解答。

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