Технология PCB - Как заземлеть в изолированной схеме PCB питания

Большинство дизайнеров, использующих настольный источник питания, могут использовать PSU - модуль изоляции (переключатель), вставленный в стену. Все, что необходимо для обеспечения стабильного питания на определенном уровне постоянного тока или переменного тока, встроено в блок и имеет относительно низкий уровень шума. Как дизайнер, вам на самом деле не нужно это делать, кроме как подключить некоторые провода к монтажной плате. Что угодно. К сожалению, реальные системы с интегрированной силовой частью или даже модули регулятора питания, которые вы хотите интегрировать в более крупную систему, не так просты и требуют некоторой пользовательской конструкции, чтобы убедиться, что они работают правильно.

Важным аспектом интеграции питания в систему является правильная настройка и подключение к земле, даже для изолированного питания. Если изолированный источник питания интегрируется с остальной частью основной схемы на монтажной плате, система все равно должна быть заземлена. Эти правила применяются даже к PCB, которые изолируют зарядные устройства постоянного тока или адаптеры питания постоянного тока, поскольку конструкция может потребовать подключения к земле в зависимости от проблем применения и безопасности. Поскольку плохое заземление может привести к проблемам с шумом и даже рискам безопасности, давайте рассмотрим лучшую практику создания заземленного соединения в модуле регулирования питания при преобразовании переменного тока в постоянный ток на монтажной плате.

Изолировать заземленную конструкцию в источнике питания

Предположим, вы проектируете систему, которая должна выполнять преобразование питания (обмен на постоянный ток), регулировать и передавать в проектную схему. Если рассматривать фактическое строительство системы, есть три разных варианта на земле:

Заземление: Это настоящее электрическое соединение заземления, которое существует как предохранительная линия (PE) на 3 - проводной линии переменного тока.

Заземление ящика: это относится к шкафу с металлическими компонентами, в которых металл используется для создания заземленного соединения.

Сигнальное заземление: иногда это неправильно описывается как аналоговое и цифровое заземление (не разделяйте ваше заземление таким образом). Заземление сигнала обычно относится ко всему, кроме заземления или шасси.

Источники питания, построенные с использованием трансформаторных связей (например, преобразователи AC - DC, переключатели DC - DC или комбинации этих двух систем), будут построены с использованием трансформаторов для компенсации этих разрывов в компоновке PCB. Причина проста: если вы не работаете только при низком напряжении и низком токе, вы обычно хотите изолировать себя в дизайне, чтобы защитить пользователей от рисков безопасности.

По разным причинам эти системы заземления не всегда расположены на одной плоскости заземления. Это относится к переключающим источникам питания, особенно к более сложным источникам питания, таким как резонаторы LLC. Заземление настолько важно, потому что оно определяет напряжение, измеренное компонентом во время работы в системе. Когда я пишу « напряжение, измеренное компонентом», это означает, что сигнал 5V, определенный в одной области заземления в системе, может не быть измерен под 5V, когда он измеряется в другой области заземления в системе.

На этом рисунке, если существует разность потенциалов между двумя областями заземления, сигнал из левой области заземления (GND1) может быть неправильно измерен в правой области заземления.

Эта проблема в источнике питания изолированного переключателя называется « смещением заземления», что может привести к проблемам с шумом. Это очень важно, потому что смещение заземления в системе может быть лишь небольшой частью напряжения, которое необходимо надежно обеспечить в источнике питания с трансформаторной связью.

Используйте заземление конденсатора для изоляции постоянного тока.

К счастью, есть простое решение: соединить плоскости конденсаторами. Конденсаторы класса Y являются отличным выбором для проектирования с более высоким напряжением / током. Вы можете сделать это легко на схеме: просто найдите компоненты, необходимые для вашего конденсатора, а затем подключитесь к сети через прямой мост. В компоновке PCB типичное положение для этого близко к трансформатору.

Хотя он по - прежнему эффективен при преобразовании AC - DC, более сложным методом является использование конденсаторов между рельсами питания и AC стороной системы. Устранение смещения заземления между каждой стороной путем введения и высвобождения некоторого тока смещения.

Заземление в электронном дизайне и компоновке PCB

Изолированные и не изолированные источники питания: правильный выбор

Определение заземления источника питания: системы, коробки и заземление в PCB

Как прокладывать провода через призму

Энергетическая система реализует алгоритм управления и должна позволять обратную связь с выходом на вход, чтобы можно было ощущать выходную мощность. Это означает, что вам нужно физически запустить линию от выхода со стороны регулятора до входной стороны, содержащей элементы переключателя. Вопрос в том: если ваш выход является постоянным током, но вы хотите оставаться изолированным, то какой лучший способ обеспечить его?

Ответ - использование оптической связи. Не подходит для размещения линии следа в зазоре, так как линия следа получает внешний шум, и переключатель питания производит много шума. Трансформаторная связь также не может быть использована, потому что вы настраиваете постоянный ток. На следующей схеме оптическая связь пересекает изоляцию между плоскостями заземления, поэтому мы сохраняем необходимую изоляцию в этом источнике питания.

Световая связь позволяет отправлять сигналы через зазор в плоскости заземления без проводки.

После установки оптической связи выход может быть перенаправлен на контроллер питания. Микроконтроллеры с выходом PWM являются отличным выбором для настройки контроллеров питания, хотя некоторые компании производят контроллеры MOSFET с сеточным приводом с обратной связью и могут настраивать некоторые внешние резисторы. Если вы разрабатываете очень точную регулировку мощности или испытываете алгоритм управления, это простое решение для достижения выходного обнаружения. Затем вы можете использовать стандартный алгоритм управления для настройки частоты контроллера PWM, чтобы обеспечить максимальную эффективность или специально отслеживать требуемый выход мощности.

Как заземление в PCB - компоновке изолированного источника питания важно для безопасности