電源模塊接地設(shè)計

宋利輝

摘 要：從定義、種類、方式等方面詳細(xì)介紹電子設(shè)備有關(guān)接地技術(shù)的理論知識，闡述了性能設(shè)計之接地設(shè)計的技術(shù)和方法，并將該方法應(yīng)用到了電源模塊的設(shè)計中，對電源模塊的輸入電源、輸出電源、保護電路等不同類型電路的接地形式進行了有效設(shè)計，提高了電源模塊的抗電磁干擾性能。

關(guān)鍵詞：信號地 模擬地 數(shù)字地 電源模塊

中圖分類號：TM9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0043-02

電子產(chǎn)品的設(shè)計包括兩個層次上的概念：功能設(shè)計和性能設(shè)計，二者缺一不可。接地設(shè)計的優(yōu)劣不但影響到產(chǎn)品的性能，還可能影響到設(shè)備的功能實現(xiàn)，因此，在設(shè)計時需要從信號接地的角度處理產(chǎn)品的各種信號的布局走線。

1 接地定義

“接地”指的是為了設(shè)備和人身的安全，將電力設(shè)備、輸變電設(shè)備、電子設(shè)備、電氣設(shè)備、建筑物和構(gòu)筑物等用金屬導(dǎo)體與大地進行電氣上的連接[1]。后來也指電子設(shè)備通過接地線直接接到大地上或者接在一個作為參考電位的導(dǎo)體上，當(dāng)電流通過該參考電位時，不應(yīng)產(chǎn)生壓降。

2 接地種類

弱電系統(tǒng)中，地是為電路正常工作而提供的一個基準(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)電位可設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點、某一段或者某一塊等[2]。為防止各種電路在工作時產(chǎn)生互相干擾，使之正常工作，根據(jù)電路性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類，比如：交流地、直流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地、屏蔽地等。

3 接地方式

電子設(shè)備的接地方式主要包括單點接地、多點接地、混合接地和懸浮地接地。

3.1 單點接地

整個電路中只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這個點上，此接地方式適用于工作頻率小于1MZ的電路系統(tǒng)。分為串聯(lián)式單點接地、并聯(lián)式單點接地及混合式單。

（1）串聯(lián)式單點接地。

串聯(lián)式單點接地也叫干線束單點接地，即用同一條公共地線接到電位基準(zhǔn)點，需要接地的部分就近接到該公共接地線上。此種接地方式的接地點應(yīng)選在低電平電路的輸入端，使該端最接近基準(zhǔn)電位，減少干擾。適用于設(shè)備機柜的接地，優(yōu)點是接地方式簡單，各個電路的接地引線比較短；缺點是抗干擾性差。

（2）并聯(lián)式單點接地。

并聯(lián)式單點接地也叫放射式單點接地，即將需要接地的各個部分分別以接地導(dǎo)線直線連到電位基準(zhǔn)點。適用于低頻信號處理電路的接地。優(yōu)點是抗干擾性能強；缺點是接地線多，會造成設(shè)備體積增大、重量增加、成本提高。

（3）混合式單點接地。

混合式單點接地方式就是將同類型電路接地系統(tǒng)進行串聯(lián)式單點連接，然后將不同類型電路接地系統(tǒng)進行并聯(lián)式單點連接。這樣既減少了部分分解的難度，也盡可能降低了地線之間的電磁干擾。

3.2 多點接地方式

工作頻率高的電路（大于10 MHz）采用多點接地（即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因為接地引線的感抗與頻率和接地引線的感抗與頻率和長度成正比。工作頻率高時將增加供地阻抗，也會增大供地阻抗的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。采用多點接地時，盡量找最近的低阻值接地面接地。

3.3 混合接地方式

工作頻率介于1和10 MHz之間的電路采用混合接地式。當(dāng)接地線的長度小于0.15倍系統(tǒng)最高工作頻率的波長時。采用單點接地式，否則采用多點接地式，即每隔0.15個信號波長接一次地。

3.4 懸浮地方式

懸浮地也叫浮地，即該電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。其優(yōu)點是該電路不受大地電性能影響；其缺點是電路容易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動造成對模擬電路的感應(yīng)干擾。

4 電源模塊接地設(shè)計

某電源模塊是艦載電子設(shè)備中的一個部件。需要在有限空間內(nèi)將220 V交流電源轉(zhuǎn)換成+5 V1、+12 V、-12 V1、+5 V2、+9 V等多種穩(wěn)壓直流電源供電源模塊自身保護電路和電子設(shè)備內(nèi)其他部件使用。

基于該電源模塊在電子設(shè)備中所占空間較小，輸入電源為交流電源、需要輸出5種低壓大電流直流電源，且需要進行輸入、輸出電源保護電路等功能設(shè)計，所以從幾個方面考慮接地設(shè)計：交流輸入電源接地、輸出低壓電源接地設(shè)計、保護電路接地設(shè)計及電源模塊的屏蔽設(shè)計。

4.1 輸入交流電源接地設(shè)計

電子設(shè)備供電為220 V交流電源，220 V火線、零線和地線通過機箱插頭及機箱內(nèi)單獨布線線束接到電源模塊插座，電源模塊的220 V接地線插針、電源濾波器地通過印制板外圍邊緣大面積網(wǎng)格狀方式布線。

4.2 輸出直流電源接地設(shè)計

電源模塊將220 V交流電源整流、濾波成直流電源，然后經(jīng)過不同的DC/DC直流穩(wěn)壓、降壓模塊轉(zhuǎn)換成+5 V1、+12 V、-12 V等直流穩(wěn)壓電源，通過插頭、母板送出，供其他部件使用。為了提高設(shè)備性能，防止電源地線相互干擾，將三類電源的地和電源插頭之間單獨布線，且盡可能雙面、加粗布線以滿足需求。

4.3 保護電路接地設(shè)計

電源模塊將輸入的220 V交流電源通過小型變壓器降壓、整流、直流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后產(chǎn)生保護電路所需的+5 V2、+9 V直流穩(wěn)壓電源。由于保護電路為數(shù)字翻轉(zhuǎn)電路，對脈沖、尖峰很敏感，受到干擾會產(chǎn)生錯誤控制，因此，此路電源的地線采用串聯(lián)并地法，即所有保護電路的地和+5 V2直流穩(wěn)壓電源輸出地就近互相連接最終將5 V2直流穩(wěn)壓電源地線通過接線柱接至電源模塊屏蔽層。

4.4 電源模塊屏蔽層接地設(shè)計

由于該電源模塊上具有交流電源、小變壓器等，存在干擾其他電路的因素，因此，就需要進行屏蔽層的接地處理。出于各種考慮，采用金屬殼體全面覆蓋，通過接線柱和螺釘固定等將金屬殼體和交流地線連接，電源模塊裝入機箱后，金屬屏蔽層和機箱殼體連接。因此，電子設(shè)備和外部供電系統(tǒng)保持同一零電位。

5 結(jié)語

該電源模塊設(shè)計、投產(chǎn)加工出樣品后，調(diào)試一次性通過，裝入機箱，進行整機電磁兼容、抗干擾等試驗，也順利通過，說明了電源模塊合理的接地設(shè)計對整個電子設(shè)備的抗干擾性起著重要作用。

參考文獻

[1] 趙家升.電磁兼容原理及技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 周擁軍，梁曉庾.數(shù)字視頻記錄儀接地設(shè)計[J].電光控制，2004，11（4）：63-65.

[3] 焦貴忠.基于Visual C++電路測試界面設(shè)計[J].集成電路通訊，2007（4）：30-34.