電源模塊接地設計

宋利輝

摘 要：從定義、種類、方式等方面詳細介紹電子設備有關接地技術的理論知識，闡述了性能設計之接地設計的技術和方法，并將該方法應用到了電源模塊的設計中，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計，提高了電源模塊的抗電磁干擾性能。

關鍵詞：信號地 模擬地 數字地 電源模塊

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

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

1 接地定義

“接地”指的是為了設備和人身的安全，將電力設備、輸變電設備、電子設備、電氣設備、建筑物和構筑物等用金屬導體與大地進行電氣上的連接[1]。后來也指電子設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體上，當電流通過該參考電位時，不應產生壓降。

2 接地種類

弱電系統中，地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。該基準電位可設為電路系統中的某一點、某一段或者某一塊等[2]。為防止各種電路在工作時產生互相干擾，使之正常工作，根據電路性質，將工作接地分為不同的種類，比如：交流地、直流地、數字地、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。分為串聯式單點接地、并聯式單點接地及混合式單。

（1）串聯式單點接地。

串聯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選在低電平電路的輸入端，使該端最接近基準電位，減少干擾。適用于設備機柜的接地，優點是接地方式簡單，各個電路的接地引線比較短；缺點是抗干擾性差。

（2）并聯式單點接地。

并聯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線直線連到電位基準點。適用于低頻信號處理電路的接地。優點是抗干擾性能強；缺點是接地線多，會造成設備體積增大、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進行串聯式單點連接，然后將不同類型電路接地系統進行并聯式單點連接。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。當接地線的長度小于0.15倍系統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無導體連接。其優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干擾。

4 電源模塊接地設計

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

基于該電源模塊在電子設備中所占空間較小，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計，所以從幾個方面考慮接地設計：交流輸入電源接地、輸出低壓電源接地設計、保護電路接地設計及電源模塊的屏蔽設計。

4.1 輸入交流電源接地設計

電子設備供電為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格狀方式布線。

4.2 輸出直流電源接地設計

電源模塊將220 V交流電源整流、濾波成直流電源，然后經過不同的DC/DC直流穩壓、降壓模塊轉換成+5 V1、+12 V、-12 V等直流穩壓電源，通過插頭、母板送出，供其他部件使用。為了提高設備性能，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、直流穩壓器穩壓后產生保護電路所需的+5 V2、+9 V直流穩壓電源。由于保護電路為數字翻轉電路，對脈沖、尖峰很敏感，受到干擾會產生錯誤控制，因此，此路電源的地線采用串聯并地法，即所有保護電路的地和+5 V2直流穩壓電源輸出地就近互相連接最終將5 V2直流穩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，電子設備和外部供電系統保持同一零電位。

5 結語

該電源模塊設計、投產加工出樣品后，調試一次性通過，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計對整個電子設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[M].電子工業出版社，2012.

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

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