一文详解开关电源“地”的布局走线方式

“地”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

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

开关电源中地的分类

●交流地

●直流地

●模拟地

●数字地

●热地

●冷地

●功率地

●信号地

●安全地

●屏蔽地

●系统地

●浮地

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

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

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

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

接地的方式

●单点接地

●多点接地

●混合接地

接地选取的原则

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。

A、单点串联接地:指所有的器件的地都连接到地总线上，然后通过总线连接到地汇接点

●存在着相互的共阻抗干扰：

●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，大大增加地线的阻抗

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

Ⅱ、多点接地

指系统内各部分电路就近接地

●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  :

每根接地线的长度小于信号波长的 1/20

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

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，以及他们的最佳公共连接点

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。

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

基本电路拓扑环路：

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。

成功案例:

1.2KW BOOST 线路

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 度的线会产生反射效应

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。

Y 电容的接地点：

●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 Y 电容最佳连接点事 C1 的负端，以及变压器 T1 的次级 7 脚。

散热器接地:

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。

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。

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,布线时需要权衡利弊得失