隔離電源PCB板布局中如何接地？ 該怎么辦？

大多數(shù)使用桌面電源的設(shè)計(jì)人員可能會(huì)使用插入墻上的隔離穩(wěn)壓（開(kāi)關(guān)）PSU。 該裝置內(nèi)置了在特定直流或交流電平下提供穩(wěn)定電源所需的一切，并且噪音相對(duì)較低。 作為設(shè)計(jì)師，除了將一些引線(xiàn)連接到電路板之外，您不需要做任何事情。 不幸的是，一個(gè)具有集成電源部分的真實(shí)系統(tǒng)，甚至只是一個(gè)想要集成到更大系統(tǒng)中的電源調(diào)節(jié)器模塊，并不是那么簡(jiǎn)單，并且需要一些定制設(shè)計(jì)以確保它們正常工作。

將電源集成到系統(tǒng)中的一個(gè)重要方面是正確設(shè)置和連接接地，即使對(duì)于隔離電源也是如此。 如果將隔離電源與主電路的其余部分集成到電路板上，仍然需要在系統(tǒng)中接地。 這些規(guī)則甚至適用于隔離式直流充電器或直流電源適配器的 PCB 板，因?yàn)楦鶕?jù)應(yīng)用和安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)可能需要連接回地。 由于接地不良會(huì)導(dǎo)致噪聲問(wèn)題，甚至安全風(fēng)險(xiǎn)，因此我們來(lái)看看在電路板上將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源時(shí)，在電源調(diào)節(jié)部分建立接地連接的最佳實(shí)踐。

隔離電源中的接地結(jié)構(gòu)

假設(shè)您正在設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，需要對(duì)設(shè)計(jì)中的電路執(zhí)行電源轉(zhuǎn)換（交流到直流）、調(diào)節(jié)和傳輸。 如果考慮系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，則可以在現(xiàn)場(chǎng)使用三種不同的選項(xiàng)：

• 接地：這是真正的接地電氣連接，它作為 3 線(xiàn)交流線(xiàn)路上的安全線(xiàn) (PE) 存在。

• 機(jī)箱接地：這適用于帶有金屬組件的外殼，其中外殼中的金屬用于創(chuàng)建接地連接。

• 信號(hào)：有時(shí)這被錯(cuò)誤地描述為模擬和數(shù)字（不要像這樣分開(kāi)你的土地）。 信號(hào)地通常指除地或底盤(pán)之外的任何東西。

采用變壓器耦合構(gòu)建的電源，例如 AC-DC 轉(zhuǎn)換器、DC-DC 開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器或這兩種系統(tǒng)的組合，將使用變壓器構(gòu)建，以補(bǔ)償 PCB 布局中的這些間隙。 原因很簡(jiǎn)單：除非你只在低電壓和低電流下工作，否則你通常希望在設(shè)計(jì)中進(jìn)行隔離，以保護(hù)用戶(hù)免受安全隱患。

由于各種原因，這些接地系統(tǒng)并不總是位于單個(gè)接地平面上。 這適用于開(kāi)關(guān)電源，尤其是更復(fù)雜的電源，例如 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器。 接地之所以如此重要，是因?yàn)樗x了組件在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)測(cè)量到的電壓。 當(dāng)我寫(xiě)“由一個(gè)組件測(cè)量的電壓”時(shí)，意味著在系統(tǒng)中的某個(gè)接地區(qū)域上定義的5V信號(hào)在系統(tǒng)中的某個(gè)其他接地區(qū)域上測(cè)量時(shí)可能無(wú)法在5V以下測(cè)量。

隔離開(kāi)關(guān)電源中的這個(gè)問(wèn)題稱(chēng)為“接地偏移”，它會(huì)引起噪聲問(wèn)題。 這很重要，因?yàn)橄到y(tǒng)中的接地偏移可能只是您想要在變壓器耦合電源中可靠提供的電壓的一小部分。

可以通過(guò)電容器接地來(lái)維持直流隔離

幸運(yùn)的是，有一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案：用電容器將平面連接在一起。 Y 類(lèi)電容器是較高電壓/電流設(shè)計(jì)的不錯(cuò)選擇。 您可以在原理圖中輕松做到這一點(diǎn)：只需找到您的電容器所需的元件，然后直接連接橋接接地網(wǎng)絡(luò)即可。 在 PCB 布局中執(zhí)行此操作的典型位置是靠近變壓器。

盡管它在 AC-DC 轉(zhuǎn)換中仍然有效，但更復(fù)雜的方法是在電源軌和系統(tǒng)的交流側(cè)之間使用電容器。 通過(guò)提取和釋放一些位移電流來(lái)消除每側(cè)之間的接地偏移。 電路板組裝、電路板設(shè)計(jì)、電路板加工廠(chǎng)家講解一下隔離電源PCB電路板布局如何接地？ 你知道該怎么做嗎？

請(qǐng)注意，這僅適用于電路板上的兩個(gè)接地區(qū)域。 我們沒(méi)有考慮底盤(pán)或地球。 但是，您可以采取一些基本步驟來(lái)確保外殼、電路板和接地正確連接在一起。 不幸的是，這并不是那么簡(jiǎn)單。 需要考慮噪聲和電流在系統(tǒng)中如何發(fā)揮作用，是否會(huì)造成安全隱患。 以下是一些供進(jìn)一步閱讀的資源，可幫助您確定在保持隔離的同時(shí)接地的最佳方式。

關(guān)于電子設(shè)計(jì)和PCB布局中的接地

• 隔離與非隔離電源：正確選擇。

• 定義電源接地：系統(tǒng)、機(jī)箱和 PCB 接地。

• 如何穿過(guò)地平面間隙進(jìn)行布線(xiàn)。

如果您想為電源系統(tǒng)實(shí)施控制算法，則需要允許從輸出返回到輸入的反饋，以便可以感測(cè)輸出功率。 這意味著您需要從調(diào)節(jié)器的輸出側(cè)到包含開(kāi)關(guān)元件的輸入側(cè)物理地運(yùn)行一條線(xiàn)路。 問(wèn)題是：如果你的輸出是直流，但你想保持隔離，最好的方法是什么？

答案是使用光耦合器。 不宜將布線(xiàn)放置在間隙上，因?yàn)椴季€(xiàn)會(huì)受到外部噪聲的影響，而開(kāi)關(guān)電源則會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。 變壓器耦合也不可用，因?yàn)槟谡{(diào)整直流。 在下圖中，光耦合器跨越接地層之間的隔離，因此我們?cè)诖穗娫粗斜３炙璧母綦x。

光耦合器允許您跨接地層間隙發(fā)送信號(hào)，而無(wú)需接線(xiàn)。

放置光耦合器后，您可以將輸出路由到電源控制器。 具有 PWM 輸出的微控制器是定制功率控制器的不錯(cuò)選擇，盡管一些公司生產(chǎn)具有反饋輸入和一些外部電阻器的 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器控制器。 如果您正在設(shè)計(jì)非常精確的功率調(diào)節(jié)或正在試驗(yàn)控制算法，這是實(shí)現(xiàn)輸出檢測(cè)的簡(jiǎn)單解決方案。 然后，您可以使用標(biāo)準(zhǔn)控制算法來(lái)調(diào)整 PWM 控制器的頻率，以確保最大效率或?qū)ｉT(mén)跟蹤所需的功率輸出。

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