Technologie PCB - Comment mettre à la terre dans une mise en page PCB d'alimentation isolée

La plupart des concepteurs qui utilisent une alimentation de bureau peuvent utiliser un bloc d'alimentation de régulation d'isolement (interrupteur) branché au mur. Tout ce qui est nécessaire pour fournir une alimentation stable à un certain niveau DC ou AC est intégré dans l'unité et le bruit est relativement faible. En tant que concepteur, vous n'avez pas vraiment besoin de le faire, sauf pour connecter quelques cordons à la carte. N'importe quoi Malheureusement, les systèmes réels avec une Section d'alimentation intégrée ou même simplement un module de régulateur de puissance que vous souhaitez intégrer dans un système plus grand ne sont pas si simples et nécessitent une conception personnalisée pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.

Un aspect important de l'intégration de l'alimentation dans votre système est de configurer et de connecter correctement la terre, même pour une alimentation isolée. Si vous Intégrez l'alimentation isolée avec le reste du circuit principal sur la carte, vous aurez toujours besoin d'une mise à la terre dans le système. Ces règles s'appliquent même aux PCB qui isolent les chargeurs CC ou les adaptateurs d'alimentation CC, car en fonction de l'application et des problèmes de sécurité, la conception peut nécessiter une connexion à la terre. Étant donné qu'une mauvaise connexion à la terre peut entraîner des problèmes de bruit et même des risques de sécurité, examinons les meilleures pratiques pour créer une connexion à la terre dans la Section de régulation de l'alimentation lors de la conversion d'une alimentation AC en alimentation DC sur une carte.

Structure de mise à la terre dans une alimentation électrique isolée

Supposons que vous conceviez un système qui doit effectuer la conversion de puissance (AC à DC), la régulation et la transmission au circuit dans la conception. Si l'on tient compte de la construction réelle du système, trois options différentes sont possibles pour le sol:

Mise à la terre: il s'agit d'une véritable connexion électrique à la terre qui existe en tant que ligne de sécurité (PE) sur une ligne AC à 3 fils.

Mise à la terre du châssis: cela s'applique aux armoires avec des composants métalliques, où le métal dans l'armoire est utilisé pour établir une connexion de mise à la terre.

Signal de mise à la terre: Ceci est parfois décrit à tort comme une mise à la terre analogique et numérique (ne séparez pas votre mise à la terre de cette façon). Le signal de mise à la terre fait généralement référence à autre chose que la terre ou le châssis.

Les alimentations construites avec un couplage de transformateur (comme un convertisseur AC - DC, un convertisseur à découpage DC - DC ou une combinaison de ces deux systèmes) seront construites avec un transformateur pour compenser ces lacunes dans la disposition du PCB. La raison est simple: à moins que vous ne travailliez uniquement à basse tension et à faible courant, vous souhaitez généralement isoler la conception pour protéger les utilisateurs des risques de sécurité.

Ces systèmes de mise à la terre ne sont pas toujours situés sur un seul plan de masse pour diverses raisons. Cela s'applique aux alimentations à découpage, en particulier les alimentations plus complexes telles que les convertisseurs à résonance LLC. Ce qui rend la mise à la terre si importante, c'est qu'elle définit la tension mesurée par le composant lorsqu'il fonctionne dans le système. Lorsque j'écris « tension mesurée par un composant», cela signifie qu'un signal 5V défini sur une certaine zone de mise à la terre dans le système peut ne pas être mesuré à 5V lorsqu'il est mesuré dans d'autres zones de mise à la terre du système.

Sur cette figure, s'il existe une différence de potentiel entre les deux zones de masse, le signal issu de la zone de masse gauche (gnd1) peut être mal mesuré sur la zone de masse droite.

Ce problème dans les alimentations à découpage est appelé « décalage de masse» et peut entraîner des problèmes de bruit. Ceci est très important car le décalage de masse dans le système peut ne représenter qu'une fraction de la tension qui doit être fournie de manière fiable dans l'alimentation couplée au transformateur.

Utilisation de la masse du condensateur pour maintenir l'isolation DC

Heureusement, il existe une solution simple: connecter les plans ensemble avec un condensateur. Les condensateurs de classe y sont un bon choix pour des conceptions de tension / courant plus élevées. Vous pouvez le faire facilement dans le schéma: il suffit de trouver les composants dont vous avez besoin pour votre condensateur et de relier le réseau de terre en le connectant directement. Dans une disposition de PCB, l'emplacement typique pour le faire est proche du transformateur.

Bien que toujours efficace dans la conversion AC - DC, une approche plus complexe consiste à utiliser un condensateur entre le rail d'alimentation et le côté AC du système. Le décalage de masse entre chaque côté est éliminé en introduisant et libérant un certain courant de déplacement.

À propos de la mise à la terre dans la conception électronique et la mise en page PCB

Alimentation isolée et non isolée: le bon choix

Définir la mise à la terre de l'alimentation: système, châssis et mise à la terre dans le PCB

Comment câblage à travers l'espace au sol

Les systèmes de puissance mettent en œuvre des algorithmes de contrôle et doivent permettre la rétroaction de la sortie vers l'entrée afin que la puissance de sortie puisse être détectée. Cela signifie que vous devez exécuter physiquement une ligne de la sortie côté régulateur à l'entrée contenant l'élément de commutation. La question est la suivante: Si votre sortie est en courant continu, mais que vous voulez rester isolé, quelle est la meilleure façon de fournir une isolation?

La réponse est l'utilisation d'un coupleur optique. Il n'est pas approprié de placer des traces sur l'espace, car les traces reçoivent du bruit extérieur, tandis que l'alimentation à découpage produit beaucoup de bruit. Le couplage du transformateur ne peut pas non plus être utilisé car vous Ajustez le courant continu. Dans le schéma ci - dessous, le couplage optique s'étend sur l'isolation entre les plans de masse, de sorte que nous maintenons l'isolation requise dans cette alimentation.

Le coupleur optoélectronique vous permet d'envoyer des signaux à travers l'écart du plan de masse sans nécessiter de câblage.

Après avoir placé le coupleur optique, vous pouvez Router la sortie vers le Contrôleur d'alimentation. Les microcontrôleurs avec sortie PWM sont un bon choix pour les contrôleurs d'alimentation personnalisés, bien que certaines entreprises fabriquent des contrôleurs de commande de grille MOSFET avec entrée de rétroaction et que certaines résistances externes puissent être configurées. Si vous Concevez une régulation de puissance très précise ou si vous expérimentez avec des algorithmes de contrôle, c'est une solution simple pour implémenter la détection de sortie. Vous pouvez ensuite utiliser des algorithmes de contrôle standard pour ajuster la fréquence du Contrôleur PWM afin d'assurer une efficacité maximale ou de suivre spécifiquement la puissance de sortie requise.

Comment mettre à la terre dans une disposition PCB avec une alimentation isolée est très important pour la sécurité