【精华】开关电源中的12种“地”的布局与走线！

闻绮梅

摘要
Ⅰ、 地”的概念
Ⅱ、开开关电源中“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

“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
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(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