开关电源中的地-世纪电源网PDF

2019-05-15 14:18字体:
  

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  开关电源中的“地” 1 内 容 提 要  Ⅰ、 “地”的概念  Ⅱ、开关电源中 “地”的分类 Ⅲ、开关电源中接地的方式 Ⅳ、实际布线中关于 “地”的考虑 Ⅴ、总结 2 “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 Ⅲ、作用 不同种类的接地作用各异 3 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 4 开关电源中地的分类 交流地 功率地 直流地 信号地 模拟地 安全地 数字地 屏蔽地 热地 系统地 冷地 浮地 5 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 6 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 7 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 8 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 9 接地的方式 单点接地 多点接地 混合接地 接地选取的原则 10 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。 11 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 存在着相互的共阻抗干扰: VA = Ia(RA+wLA ) + (Ia+Ib+Ic)(R1+wL1) VB = Ib(RB+wLB ) + (Ia+Ib+Ic)(R1+wL1) + (Ib+Ic)(R2+wL2 ) VC = Ic(RC+wLC ) + (Ia+Ib+Ic)(R1+wL1) + (Ib+Ic)(R2+wL2 ) 13 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 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 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 16 Ⅱ、多点接地  指系统内各部分电路就近接地 17 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 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 18 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,利来国际最老牌的以及他们的最佳公共连接点 19 Ⅳ、接地的一般选取原则  以最高频率(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。 20 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 21 基本电路拓扑环路: BUCK电路 22 BOOST电路 23 Flyback电路 24 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. 失败案例: BUCK线路,由 于使用大面积 的铺地,导致 干扰太大,不 能带重载。 25 成功案例:1.2KW BOOST线路 MOSFET 地线 输出功 率地线 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 驱动地线 驱动源的地线要尽量靠近被驱动器件,以便 构成最小环路,减少振荡与EMI问题 28 Y电容的接地点: 基本的Flyback图 29 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,上图的Y 电容最佳连接点是 C1的负端,以及变压器T1的次级7脚 30 散热器接地: 更改前 更改后 31 更改前 更改后 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. 32 局部接地面的应用 局部接地面可以捕获器件跟振荡器内部产生的 RF磁通量,在高频电路中最常见. 33 实例 34 总 结 要弄清楚 “地”的概念与分类 根据地的种类选用不同的接地方式 实际布线要结合安规、EMC的要求 关键是要理解 “地”在电源中的作 用,布线 感谢您参加此次会议 下面是问答环节,请提出您的问题 36

  

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