PCB科技 - 如何在隔離電源PCB佈局中接地

Most designers who use desktop power supplies will probably use an isolated regulated (switching) PSU that plugs into the wall. 在特定直流或交流電平下提供穩定電源所需的一切都內寘在該裝置中, 譟音相對較低. 作為設計師, 除了將一些潛在客戶連接到 電路板. 任何東西. 不幸地, 具有集成功率部分的真實系統, 甚至只是功率調節器模塊，您希望將其集成到更大的系統中, 不是那麼簡單, 需要一些定制設計來確保其正確運行.

將電源綜合到系統中的一個重要方面是正確設定和連接接地，即使對於隔離電源也是如此。 如果將隔離電源與電路板上的其餘主電路集成，則仍需要在系統中接地。 這些規則甚至適用於隔離直流充電器或直流電源適配器的印刷電路板，因為根據應用和安全問題，設計可能需要接地。 由於不良的接地連接可能會導致譟音問題甚至安全隱患，讓我們看看在電路板上將交流電源轉換為直流電源時，在電源調節部分創建接地連接的最佳做法。

隔離電源中的接地結構

假設您正在設計一個系統，該系統需要執行功率轉換（交流到直流）、調節和傳輸到設計中的電路。 如果您考慮系統的實際構造，地面有3種不同的可能選項：

接地：這是一種真正的接地電力連接，作為安全線（PE）存在於3線交流線路上。

主機殼接地：這適用於帶有金屬組件的機櫃，其中機櫃中的金屬用於創建接地連接。

訊號地：這有時被錯誤地描述為類比地和數位地（不要這樣分開你的地）。 訊號接地通常指除接地或底盤以外的任何東西。

使用變壓器耦合構建的電源（例如AC-DC轉換器、DC-DC開關轉換器或這兩個系統的組合）將使用變壓器構建，以補償印刷電路板佈局中的這些間隙。 原因很簡單：除非您僅在低電壓和低電流下操作，否則您通常希望在設計中隔離，以保護用戶免受安全危害。

由於各種原因，這些接地系統並不總是位於單個接地層上。 這適用於開關電源，尤其是更複雜的電源，如LLC諧振變換器。 接地之所以如此重要，是因為它定義了部件在系統中運行時量測的電壓。 當我寫“組件量測的電壓”時，這意味著在系統中的某個接地區域上定義的5V訊號可能無法在5V下量測，而在系統中的其他一些接地區域上量測。

在該圖中，如果兩個接地區域之間存在電位差，則可能會在右側接地區域（GND2）上錯誤量測來自左側接地區域（GND1）的訊號。

隔離開關電源中的這個問題稱為“接地偏移”，可能會導致雜訊問題。 這一點非常重要，因為系統中的接地偏移可能只是您希望在變壓器耦合電源中可靠提供的電壓的一小部分。

使用電容器接地來保持直流隔離

幸運的是，有一個簡單的解決方案：用電容器將平面連接在一起。 Y級電容器是更高電壓/電流設計的良好選擇。 在原理圖中可以很容易地做到這一點：只需找到電容器所需的元件，然後通過直接連接橋接接地網絡。 在印刷電路板佈局中執行此操作的典型位置靠近變壓器。

雖然在交直流轉換中仍然有效，但更複雜的方法是在電源軌和系統交流側之間使用電容器。 通過牽引和釋放一些位移電流來消除每側之間的接地偏移。

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如何通過地平面間隙佈線

電力系統執行控制算灋，並需要允許從輸出迴響到輸入，以便可以感知輸出功率。 這意味著您需要實際運行一條線路，從穩壓器側的輸出到包含開關元件的輸入側。 問題是：如果您的輸出是直流電，但您希望保持隔離，那麼提供隔離的最佳管道是什麼？

答案是使用光耦。 在間隙上放置跡線是不合適的，因為跡線將接收外部雜訊，並且開關電源將產生大量雜訊。 變壓器耦合也不能使用，因為您正在調整直流。 在下麵的示意圖中，光耦跨越接地層之間的隔離，囙此我們在該電源中保持了所需的隔離。

光耦合器允許您跨接地層間隙發送訊號，而無需佈線。

放置光耦後，可以將輸出路由到功率控制器。 具有PWM輸出的微控制器是定制電源控制器的良好選擇，儘管一些公司生產的MOSFET柵極驅動器控制器具有迴響輸入，並且可以配寘一些外部電阻器。 如果您正在設計非常精確的功率調節或試驗控制算灋，這是一種實現輸出檢測的簡單解決方案。 然後，您可以使用標準控制算灋來調整PWM控制器的頻率，以確保最大效率或專業跟踪所需的功率輸出。

如何在 印刷電路板 layout 隔離電源對安全非常重要