PCB 기술 - 격리 전원 PCB 레이아웃에서 접지하는 방법

데스크탑 전원 공급 장치를 사용하는 대부분의 설계자는 벽에 삽입된 분리 조절 (스위치) PSU를 사용할 수 있습니다.특정 DC 또는 AC 레벨에서 안정적인 전원을 공급하는 데 필요한 모든 것이 이 장치에 내장되어 있으며 소음이 상대적으로 낮습니다.설계자로서 일부 지시선을 회로 기판에 연결하는 것 외에는 실제로 그렇게 할 필요가 없습니다.뭐든지불행히도 전원 공급 장치가 통합된 실제 시스템은 더 큰 시스템의 전원 조절기 모듈에 통합하기가 그리 간단하지 않으며 제대로 작동하도록 사용자 정의 설계가 필요합니다.

전원 공급 장치를 시스템에 통합하는 중요한 측면 중 하나는 전원 공급 장치를 분리하는 경우에도 접지를 올바르게 설정하고 연결하는 것입니다.분리된 전원을 보드의 주 회로의 나머지 부분과 통합하는 경우 시스템을 접지해야 합니다.이러한 규칙은 응용 프로그램 및 보안 문제에 따라 설계가 대지에 다시 연결되어야 할 수 있기 때문에 DC 충전기 또는 DC 전원 어댑터를 격리하는 PCB에도 적용됩니다.접지 연결 불량은 소음 문제나 보안 위험을 초래할 수 있으므로 회로 기판에서 AC 전원을 DC 전원으로 변환할 때 전원 조절 부분에 접지 연결을 만드는 가장 좋은 방법을 살펴보겠습니다.

전원 공급 장치의 접지 구조 분리

전원 변환(AC-DC)을 수행하고 설계된 회로로 조절 및 전송하는 시스템을 설계하고 있다고 가정합니다.시스템의 실제 건설을 고려한다면 지상에는 세 가지 다른 선택이 있습니다.

접지: 이는 진정한 접지전기련결로서 3선교류선로의 안전선 (PE) 으로 존재한다.

섀시 접지: 캐비닛의 금속은 접지 연결을 생성하는 데 사용되는 금속 어셈블리가 있는 캐비닛에 적용됩니다.

신호 접지: 이것은 때때로 아날로그 접지와 디지털 접지로 잘못 묘사됩니다 (이렇게 당신의 접지를 분리하지 마십시오).신호 접지는 일반적으로 접지나 섀시를 제외한 모든 것을 가리킨다.

AC-DC 동글, DC-DC 스위치 동글 또는 두 시스템의 조합과 같은 변압기 결합을 사용하여 구축된 전원 공급 장치는 PCB 레이아웃에서 이러한 간격을 보상하기 위해 변압기를 사용하여 구성됩니다.이유는 간단합니다: 저전압과 저전류에서만 작동하지 않는 한, 일반적으로 보안 위험으로부터 사용자를 보호하기 위해 설계에서 격리하기를 원합니다.

이러한 접지 시스템은 여러 가지 이유로 항상 단일 접지 평면에 있는 것은 아닙니다.이 옵션은 특히 LLC 공명 변환기와 같은 더 복잡한 전원을 켜는 데 사용됩니다.접지가 중요한 이유는 어셈블리가 시스템에서 실행될 때 측정되는 전압을 정의하기 때문입니다.어셈블리 측정의 전압이라고 쓰면 시스템의 접지 영역에 정의된 5V 신호가 시스템의 다른 접지 영역에서 측정될 때 5V에서 측정되지 않을 수 있습니다.

이 그림에서 두 접지 영역 사이에 전세차가 있는 경우 왼쪽 접지 영역(GND1)에서 오는 신호가 오른쪽 접지 영역에서 잘못 측정될 수 있습니다.

분리 스위치 전원 공급 장치의 이러한 문제는"접지 오프셋"이라고 불리며 소음 문제를 일으킬 수 있습니다.시스템의 접지 오프셋은 변압기 결합 전원 공급 장치에서 신뢰할 수 있게 제공하려는 전압의 작은 부분일 수 있기 때문에 이 점은 매우 중요합니다.

콘덴서 접지를 사용하여 직류 격리를 유지하다

다행히도 평면을 콘덴서로 연결하는 간단한 솔루션이 있습니다.Y급 콘덴서는 더 높은 전압/전류 설계에 좋은 선택이다.원리도에서 쉽게 할 수 있습니다. 콘덴서에 필요한 구성 요소를 찾은 다음 브리지 접지 네트워크에 직접 연결하기만 하면 됩니다.PCB 레이아웃에서 이렇게 하는 전형적인 위치는 변압기에 가깝다.

AC-DC 변환에서 여전히 유효하지만 더 복잡한 방법은 전원 레일과 시스템의 AC 측면 사이에 콘덴서를 사용하는 것입니다.일부 변위 전류를 도입하고 방출하여 각 면 간의 접지 오프셋을 제거합니다.

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전력 시스템은 제어 알고리즘을 실현하고 출력 피드백에서 다시 입력할 수 있도록 허용해야 하기 때문에 출력을 감지할 수 있다.즉, 조절기 측면의 출력 끝에서 스위치 컴포넌트가 포함된 입력 끝까지 물리적으로 회선을 실행해야 합니다.질문: 출력이 DC이지만 격리를 유지하고 싶다면 그것을 제공하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?

정답은 광 결합기를 사용하는 것입니다.간극에 흔적선을 배치하는 것은 적합하지 않다. 왜냐하면 흔적선은 외부 소음을 수신하고 전원을 끄면 대량의 소음이 발생하기 때문이다.변압기 결합도 DC를 조정하고 있기 때문에 사용할 수 없습니다.아래의 다이어그램에서 광 결합은 접지 평면 사이의 격리를 뛰어넘기 때문에 우리는 이 전원에서 필요한 격리를 유지했다.

옵티컬 커플러를 사용하면 경로설정 없이 접지 평면 간격을 통해 신호를 보낼 수 있습니다.

광 결합을 배치하면 출력을 전원 컨트롤러로 라우팅할 수 있습니다.PWM 출력이 있는 마이크로컨트롤러는 일부 회사들이 피드백 입력이 있는 MOSFET 그리드 드라이브 컨트롤러를 생산하고 외부 저항기를 구성할 수 있지만 전원 컨트롤러를 사용자 정의할 수 있는 좋은 선택이다.만약 당신이 매우 정확한 출력 조절을 설계하고 있거나 제어 알고리즘을 시험하고 있다면, 이것은 출력 검사를 실현하는 간단한 해결 방안이다.그런 다음 표준 제어 알고리즘을 사용하여 PWM 컨트롤러의 주파수를 조정하여 최대 효율을 보장하거나 필요한 전력 출력을 전문적으로 추적할 수 있습니다.

격리된 전원 공급 장치의 PCB 레이아웃에서 접지하는 방법은 보안에 매우 중요합니다.