在開關(guān)電源實(shí)際布線時(shí)，首先要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，仔細(xì)分清楚各種地線的種類，然后依據(jù)不同地線的特點(diǎn)和電路的需求選擇合適的接地方式。不論采用何種接地方式，都必須始終遵守 “低阻抗，低噪聲” 的原則，以確保接地的有效性，減少電磁干擾對電源性能的影響。

交流地通常指交流電的零線。它在電力傳輸中扮演著重要角色，但由于其與電網(wǎng)相連，且在傳輸過程中會(huì)受到各種電氣設(shè)備的影響，因此往往是產(chǎn)生噪聲的源頭。在開關(guān)電源中，交流地應(yīng)與大地區(qū)別開，以防止噪聲通過接地路徑引入電源系統(tǒng)，影響電源的正常工作。

直流地

直流地是直流電路的 “地”，即零電位參考點(diǎn)。它為直流電路中的各個(gè)元件提供了一個(gè)統(tǒng)一的電位基準(zhǔn)，確保電路中信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和處理。在開關(guān)電源的直流輸出部分，直流地的穩(wěn)定性對于輸出電壓的精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

模擬地

模擬地是各種模擬量信號(hào)的零電位。模擬電路對信號(hào)的精度和穩(wěn)定性要求較高，微小的干擾都可能導(dǎo)致信號(hào)失真，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，模擬地需要盡可能地保持純凈，減少與其他類型 “地” 的相互干擾。

數(shù)字地

數(shù)字地也叫邏輯地，是數(shù)字電路各種開關(guān)量(數(shù)字量)信號(hào)的零電位。數(shù)字電路工作在高、低電平兩種狀態(tài)，其信號(hào)變化速度快，電流波動(dòng)較大，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾。與模擬地相比，數(shù)字地的干擾特性有所不同，在布線時(shí)需要區(qū)別對待。

熱地與冷地

熱地指變壓器初級(jí)地，它與電網(wǎng)不隔離，處于帶電狀態(tài)。熱地周圍存在較高的電壓，若處理不當(dāng)，容易引發(fā)觸電危險(xiǎn)和電氣安全問題。冷地則指變壓器次級(jí)地，它與電網(wǎng)隔離，不帶電。冷地相對安全，常用于為后級(jí)電路提供穩(wěn)定的參考電位。

功率地

功率地是大電流網(wǎng)絡(luò)器件、功率電子與磁性器件的零電位參考點(diǎn)。由于功率電路中通常會(huì)有較大的電流流過，功率地的阻抗對電路的性能影響顯著。如果功率地的布線不合理，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓降和電磁干擾，導(dǎo)致電源效率降低，甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

信號(hào)地

信號(hào)地一般指傳感變化信號(hào)的地線，它用于傳輸各類傳感器采集到的信號(hào)。信號(hào)地的穩(wěn)定性和抗干擾能力直接關(guān)系到傳感器信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而影響系統(tǒng)對外部環(huán)境變化的感知和響應(yīng)能力。

安全地

安全地的主要作用是提供大地接地點(diǎn)的回路，可有效防止觸電危險(xiǎn)。在開關(guān)電源中，將設(shè)備的金屬外殼等可觸及部分連接到安全地，當(dāng)發(fā)生電氣故障導(dǎo)致外殼帶電時(shí)，電流能夠通過安全地迅速流入大地，避免人員觸電傷亡。

屏蔽地

屏蔽地為互聯(lián)的電纜與主要機(jī)架提供 0V 參考或電磁屏蔽，能有效防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)。在一些對電磁干擾敏感的電路或設(shè)備中，通過將屏蔽層連接到屏蔽地，可以將外界的電磁干擾屏蔽在系統(tǒng)之外，同時(shí)也能防止系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的電磁干擾對外傳播。

系統(tǒng)地

系統(tǒng)地是整個(gè)系統(tǒng)模擬、數(shù)字信號(hào)公共參考點(diǎn)，它將系統(tǒng)中的各個(gè)部分有機(jī)地連接在一起，確保整個(gè)系統(tǒng)在統(tǒng)一的電位基準(zhǔn)下工作。系統(tǒng)地的設(shè)計(jì)需要綜合考慮模擬地和數(shù)字地的特點(diǎn)，以及系統(tǒng)中不同模塊之間的相互關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)最佳的接地效果。

浮地

浮地是將電路中某條支路作為 0V 參考而不接地，它使電路與大地之間沒有直接的電氣連接。浮地可以在一定程度上避免外界干擾通過接地路徑進(jìn)入電路，但同時(shí)也增加了電路對靜電等干擾的敏感性，需要采取額外的措施來確保電路的穩(wěn)定性和安全性。

接地方式及其特點(diǎn)

單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是指所有電路的地線接到公共地線的同一點(diǎn)，以減少地回路之間的相互干擾。它可以防止不同子系統(tǒng)中的電流與 RF 電流經(jīng)過同樣的返回路徑，從而避免造成相互之間的共模噪聲耦合。單點(diǎn)接地又可分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。

串聯(lián)單點(diǎn)接地：所有的器件的地都連接到地總線上，然后通過總線連接到地匯接點(diǎn)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是分布傳輸?shù)淖杩箻O小，布線簡單、美觀。然而，它存在明顯的缺點(diǎn)，即不適合于高頻電路(f≥1MHz)和多個(gè)功率回路電路。因?yàn)樵诟哳l情況下，地線的電感會(huì)變得不可忽視，導(dǎo)致接地阻抗增加;而且各子系統(tǒng)之間存在共阻抗干擾，由于對地分布電容的影響，還會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)諧振現(xiàn)象，大大增加地線的阻抗。

并聯(lián)單點(diǎn)接地：所有的器件的地直接接到地匯接點(diǎn)，不共用地總線。這種方式可以防止系統(tǒng)內(nèi)各模塊之間的共阻抗干擾，但同樣不適合于高頻電路(f≥1MHz)，并且會(huì)受到并聯(lián)諧振的影響。此外，由于各自的地線較長，地回路阻抗不同，會(huì)加劇地噪聲的影響，引起 RF 問題。

多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地是指系統(tǒng)內(nèi)各部分電路就近接地。其優(yōu)點(diǎn)是多根導(dǎo)線并聯(lián)能夠降低接地導(dǎo)體的總電感，能夠提供較低的接地阻抗，在高頻電路中應(yīng)用較為廣泛。但是，多點(diǎn)接地也存在一些缺點(diǎn)，例如每根接地線的長度需要小于信號(hào)波長的 1/20，否則會(huì)影響接地效果;多點(diǎn)接地可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部形成許多接地環(huán)路，從而降低設(shè)備對外界電磁場的抵御能力;不同的模塊、設(shè)備之間組網(wǎng)時(shí)，地線回路容易導(dǎo)致 EMI 問題。

混合接地

混合接地結(jié)合了單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的綜合應(yīng)用，一般是在單點(diǎn)接地的基礎(chǔ)上再通過一些電感或電容多點(diǎn)接地。它利用電感、電容器件在不同頻率下有不同阻抗的特性，使地線系統(tǒng)在不同的頻率下具有不同的接地結(jié)構(gòu)，主要適用于工作在混合頻率下的電路系統(tǒng)。在采用混合接地時(shí)，要特別注意分清楚模擬電路的地與數(shù)字電路的地，以及它們的最佳公共連接點(diǎn)，以避免不同類型的地之間相互干擾。

開關(guān)電源實(shí)際布線過程中關(guān)于 “地” 的考慮

功率地線的處理

功率地線由于有大電流流過，如果處理不當(dāng)就會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，甚至導(dǎo)致電源不能帶重載或無法正常工作。例如，在 BUCK 線路中，如果使用大面積的鋪地，可能會(huì)導(dǎo)致干擾太大而無法帶重載。在實(shí)際 Layout 時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

不同的功率地線需要單獨(dú)走線，避免相互干擾。因?yàn)椴煌β驶芈返碾娏魈匦钥赡懿煌灿米呔€容易導(dǎo)致電流相互影響，產(chǎn)生額外的干擾。

盡量不要平行走線，以減少線間的電磁耦合。平行走線會(huì)增加線間的互感和電容，使得干擾更容易在不同功率地線之間傳播。

盡量減少環(huán)路面積，因?yàn)檩^大的環(huán)路面積會(huì)增加電感，容易感應(yīng)外界的電磁場，產(chǎn)生噪聲。

必須遵循 “短，粗，直” 的原則。由于功率地線的 di/dt 較大，太長的線天線效應(yīng)明顯，會(huì)向外輻射電磁干擾;太細(xì)的線會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，影響功率傳輸效率;彎曲太多或 90 度的線會(huì)產(chǎn)生反射效應(yīng)，進(jìn)一步增加信號(hào)的失真和干擾。

驅(qū)動(dòng)地線的布局

驅(qū)動(dòng)源的地線要盡量靠近被驅(qū)動(dòng)器件，以便構(gòu)成最小環(huán)路，減少振蕩與 EMI 問題。驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常具有較高的頻率和較大的電流變化率，如果驅(qū)動(dòng)地線過長或布局不合理，會(huì)形成較大的環(huán)路面積，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，干擾其他電路的正常工作。將驅(qū)動(dòng)地線靠近被驅(qū)動(dòng)器件，可以有效減小環(huán)路面積，降低電磁干擾的產(chǎn)生。

Y 電容的接地點(diǎn)選擇

Y 電容在開關(guān)電源中起到抑制共模干擾的重要作用，其接地點(diǎn)的選擇十分關(guān)鍵。關(guān)于 “源” 的概念，“靜地” 是源的低端。Y 電容的連接點(diǎn)講究一個(gè) “靜”，即應(yīng)選擇電位相對穩(wěn)定、干擾較小的點(diǎn)作為連接點(diǎn)。例如，在一些電路中，Y 電容最佳連接點(diǎn)可能是某些電容的負(fù)端或變壓器次級(jí)的特定引腳，這些點(diǎn)通常具有較低的噪聲和穩(wěn)定的電位。

散熱器接地

在開關(guān)電源中，散熱器通常處于地電位，而有源器件處于射頻電位。散熱器工作時(shí)可以等效于一個(gè)大的共模去耦電容，將 RF 電流接入地。通過將散熱器良好接地，可以有效地將有源器件產(chǎn)生的高頻 RF 電流引入大地，減少其對周圍電路的干擾，同時(shí)也有助于提高器件的散熱效果，保證器件的正常工作溫度，從而提高整個(gè)開關(guān)電源的穩(wěn)定性和可靠性。

局部接地面的應(yīng)用

局部接地面可以捕獲器件跟振蕩器內(nèi)部產(chǎn)生的 RF 磁通量，在高頻電路中應(yīng)用較為常見。在高頻情況下，器件和振蕩器會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，通過設(shè)置局部接地面，可以將這些輻射的 RF 磁通量引導(dǎo)到地，減少對其他電路的干擾。局部接地面的設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體的電路布局和高頻輻射源的位置進(jìn)行合理規(guī)劃，以達(dá)到最佳的屏蔽和接地效果。

結(jié)論

在開關(guān)電源實(shí)際布線過程中，正確處理各種 “地” 的問題至關(guān)重要。我們需要深入理解各種 “地” 的概念與分類，根據(jù)地的種類選用不同的接地方式，并結(jié)合安規(guī)、EMC 的要求進(jìn)行綜合考慮。關(guān)鍵是要充分認(rèn)識(shí)到 “地” 在電源中的作用，在布線時(shí)權(quán)衡利弊得失，通過合理的布線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低阻抗、低噪聲的接地系統(tǒng)，從而提高開關(guān)電源的性能、穩(wěn)定性和電磁兼容性，確保開關(guān)電源能夠可靠地為各種電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電力支持。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對開關(guān)電源的性能和 EMC 要求也會(huì)越來越高，接地方式的選擇和優(yōu)化將持續(xù)成為開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的重要研究方向。