Заземление на схемах: Общий провод и заземление в схемах

alexxlabСхем

Содержание

Обозначение заземления на схемах по ГОСТ (болт и лента)

Поделиться на Facebook

Поделиться в ВК

Поделиться в ОК

Поделиться в Twitter

Поделиться в Google Plus

Содержание:

  • 1 Места нанесения обозначений
  • 2 Способы маркировки
  • 3 Изображение на электрических схемах

Правильное и качественное соединения корпусов электроприборов с заземляющим контуром (или устройством, ЗУ) играет важную роль в аспекте безопасности использования электрического оборудования. Для того чтобы знать, соединен ли прибор с «землей», на него наносят специальный значок.

Места нанесения обозначений

К основным задачам символа заземления относят информационную функцию. Размеры маркировки пропорциональны размеру оборудования.

Знак заземления можно часто увидеть на электронике и бытовых приборах, обычно его наносят на корпус, но в первую очередь им маркируют места соединения прибора с ЗУ, т. е. в точках, где защитные проводники соединяются с заземляющими шинами, возле места подключения заземляющего проводника, на клеммах и рядом с ними и пр.

Способы маркировки

Есть несколько способов нанесения подобной символики:

  1. штамповка,
  2. литье в металле,
  3. ударный метод,
  4. прессовка в пластмассе.

В этом случае маркировка будет выпуклой или вдавленной.

Но не все элементы и приборы возможно промаркировать таким образом. Однако нормативные документы не запрещают наносить специальные символы другими способами, например аппликацией, краской и пр. Поэтому довольно распространенным стало нанесение обозначения с помощью наклейки с нужным символом. При этом основное внимание нужно уделить размеру знака – он должен строго соответствовать нормативам, которые прописаны в ПУЭ и ГОСТ 21130-75.

Следует заметить, что символ, изготовленный методом литья или прессования, по размерам должен отличаться от символов, произведенных ударным способом. Независимо от диаметра окружности знака, линия вокруг него окрашивается в цвет, контрастирующий с цветом прибора, — обычно черный или желтый.

Изображение на электрических схемах

На чертежах электрических схем также необходимо указывать заземляющие элементы. Это устанавливает ГОСТ 2.721-74, а также Единая система конструкторской документации.
Если на корпусе символ должен быть единым и может отличаться только размерами, то для схем предусмотрено несколько видов обозначений.

  1. Общее обозначение соединения цепи с «землей». Часто используется в радиоэлектронных и электрических схемах как рабочее или измерительное заземление.
  2. Бесшумное. Вид редкий, но требуется для маркировки устройства с собственным заземлителем среди множества устройств подключенных к общим ЗУ.
  3. Защитное. Это самый распространенное обозначение, аналогичное тому, что наносится на корпуса оборудования. Таким знаком заземления отмечаются соединения токоведущих частей с «землей».
  4. Соединение токоведущей части с прибором. Полноценным заземляющим эффектом не обладает.

Знаки заземления играют важную информационную роль, и для того чтобы обозначить наличие и место заземления на оборудовании, необходимо использовать их в соответствии с размерами, определенными государственными нормативами.

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Поделиться на Facebook

Поделиться в ВК

Поделиться в ОК

Поделиться в Twitter

Поделиться в Google Plus

Правила заземления для высокоскоростных схем

В статье освещены некоторые правила по компоновке и разводке электрических схем, в которых применяются преобразователи сигнала (АЦП и ЦАП) с высокой разрядностью (10 и более разрядов) и относительно высокой скоростью преобразования (1 МГц и выше).

Работа электронной схемы может поставить в тупик проектировщика, пытающегося перейти от разработки низкочастотных схем с преобразователями сигнала с малым разрешением к разработке и использованию высокоскоростных либо высокочастотных схем с преобразователями с высокой разрядностью или от разработки схем с цифровым согласованием сигналов к разработке схем с аналоговым согласованием. В таком случае часто может показаться, что правила разводки шины земли (шины общего провода, шины возвратного сигнального тока) изменились и требуют пересмотра.

Опытные проектировщики знают трудности создания хорошей схемы (под схемой здесь и далее понимается не только то, что изображено на листе бумаги или на экране монитора компьютера, но и реальная плата, в некоторых случаях даже включенная в состав некоего устройства), содержащей аналоговую и цифровую части в смысле объединения земли этих частей. Они могут рассказывать истории о земле, которая была не там, гда они предполагали или ее не было там вообще, несмотря на убеждение, что она там должна быть. На платах шины и/или провода, которые казались совершенно хорошими землями, преображались в индуктивности, что является неприемлемым в высокоскоростных или высокочастотных схемах.

1. Основные правила разводки

Искушенные и умудренные опытом дизайнеры высокоскоростных схем давно уже поняли, что каждый квадратный дюйм платы, на котором не располагаются компоненты схемы или проводники, должен быть залит земляным полигоном.

Нарушение этого простого правила приводит к катастрофическим последствиям. Но иногда строгое соблюдение этого правила невозможно при очень плотном монтаже; в этом случае необходимо уменьшать плотность и отводить больше места для полигона. Даже макетные платы должны быть с двухслойной металлизацией, один слой которой должен быть отведен под общую шину, что повысит шансы разработчика на создание достойной схемы в будущем.

Другое основное правило при работе с высокоскоростными и/или высокочастотными схемами — объединение аналоговой и цифровой земли вместе на печатной плате. Такое соединение повышает качественные показатели как собственные, так и показатели подсистем, в которые они входят.

Следующее правило для схем, содержащих аналоговую и цифровую части, — использование каждого свободного вывода для создания соединения с общим проводом и отделения аналоговых и цифровых сигналов.

Избегайте применения соединений тонкими многожильными монтажными проводами, включая соединения выводов питания и общего вывода.

Обобщая выше сказанное, можно сказать, что необходимо использовать печатные платы с, как минимум, двухслойной металлизацией с максимальной площадью общего вывода (наилучший вариант — полигон) и толстыми, хорошо расположенными подводящими проводами питания и земли.

2. Общие методы построения схем

Во всех высокоскоростных схемах, имеющих цифровые и аналоговые сигналы, требуется разносить их друг от друга как можно дальше для предотвращения возможного взаимовлияния между ними. Шины приходящих или уходящих цифровых сигналов должны иметь минимальную длину. Чем короче шина цифрового сигнала, тем меньше вероятность возникновения связи с аналоговой частью схемы и аналоговыми сигналами, которые в большинстве случаев являются более подверженными внешнему влиянию, чем цифровые.

Аналоговые сигналы должны разводиться как можно дальше от цифровых сигналов, так далеко, как только могут позволить размеры платы. Аналоговые и цифровые сигналы в идеальном случае никогда не должны проходить параллельно друг другу на небольшом расстоянии. Если они должны пересекаться, то пересечение должно быть выполнено под прямым углом (естественно, на разных слоях платы) для минимизации взаимовлияния.

Для ввода и вывода аналоговых сигналов могут потребоваться коаксиальные кабели, с их механическим закреплением, всегда хорошо решающие задачу электромагнитной экранировки. В случае, когда на одной плате совместно используются схема выборки-хранения и АЦП, необходимо размещать их возможно более близко друг от друга. Все общие выводы должны быть подключены к единому низкоимпедансному полигону земли, и эти подключения должны быть выполнены корректно (еще один аргумент для использования большого цельного полигона общего вывода, доступного на всей области печатной платы).

Пример практического решения для выполнения этих правил проиллюстрирован на рис. 1, где показана блок-схема печатной платы с предпочтительным методом объединения высокоскоростных аналоговой и цифровой частей схемы.

Рис. 1. Блок-схема печатной платы с функциональным разделением частей

3. Наука о контактах

Давайте представим себе схему с аналоговыми и цифровыми компонентами. Питание такая схема получает через соответствующий разъем, а вывод этого разъема, используемый для подключения к общему шине, обладает контактным сопротивлением 0,05 Ом (не совсем плохой контакт). Предположим, что общий потребляемый ток нашей схемы равен 1,5 А. В аналоговой части располагается 12-разрядный АЦП с диапазоном входного напряжения, равным 10 В; при этом младший значащий разряд (МЗР) АЦП будет иметь значение 2,5 мВ (10 В / 4096).

В этих условиях падение напряжения на этом выводе составит 75 милливольт. Если будет использоваться только цифровая часть схемы, такое падение напряжения вряд ли стоит принимать во внимание. В реальной ситуации необходимо учитывать взаимовлияние аналоговой и цифровой частей, и 75 мВ могут иметь существенное воздействие на качественные показатели как схемы, в отдельности так и устройства в целом.

Для нашего примера предположим, что цифровая часть схемы имеет уровни ТТЛ. Поскольку ТТЛ — логика, работающая в насыщении, ток, протекающий по общему выводу, меняется в широких пределах, и это изменение часто приводит к появлению шума в сигнале, являющегося следствием модуляции тока общего вывода. Этот шум, возникающий при переключении элементов цифровых схем, воздействуя на аналоговую часть схемы, может оказывать влияние на качественные показатели, даже при низкоуровневым цифровом сигнале (LVDS). Например, если только 10% от 75 мВ падения напряжения будут воздействовать на аналоговый сигнал, то это приведет к изменению трех младших значащих разрядов АЦП.

Каков же результат? Схема, спроектированная как 12-разрядная, реально уменьшит свою разрядность до 10-11, поскольку шум будет маскировать сигнал младших разрядов.

Каково же рекомендуемое решение? Отводите возможно большее количество выводов для соединения с общим проводом для уменьшения контактного сопротивления. Эти выводы, как показано на рис. 1, также используются для разделения аналоговых и цифровых сигналов.

Такой дизайнерский подход может представиться излишне строгим и занимающим много времени, но докажет свою правильность после окончательного монтажа платы в устройство и тестирования.

Размещайте схему синхронизации около центра платы (рис. 1), поскольку это устройство является сердцем всей схемы и подключается к всем основным компонентам схемы. Центральное расположение позволяет минимизировать длину шин цифровых сигналов.

В других случаях могут не использоваться компоненты или функциональные узлы, представленные на рис. 1, но такой способ размещения и разводки должен применяться во всех разработках, содержащих аналоговые и цифровые части. Для плат со всеми подключениями у одной стороны платы, старайтесь избегать размещений, при которых аналоговые части схемы располагаются вблизи разъема, а цифровые части — на противоположной стороне платы, и наоборот. Также старайтесь избегать ситуации, при которой аналоговые и цифровые шины проходят близко друг от друга.

4. Схемное заземление

Несмотря на то, что локальные соединения аналоговой и цифровой земли улучшают качественные характеристики схемы, они могут вызвать проблемы при использовании АЦП и ЦАП. В схемах преобразователи данных (АЦП и ЦАП) должны рассматриваться как аналоговые (а не цифровые) компоненты; схемотехнический дизайн должен быть определен опытными и квалифицированными инженерами аналоговых схем, которые могут защитить шины с милливольтовыми сигналами от наводок на них.

Размещайте АЦП и ЦАП (также как и другие аналоговые компоненты) вблизи от других элементов аналоговой части схемы, потому что:

  1. отражения создают трудности при передаче аналоговых сигналов на длинные расстояния без потери полосы и амплитуды
  2. шум, генерируемый в цифровой части схемы, может проникать в аналоговую часть через полигон земли или шины питания, а также посредством излучения

Шина возвратного тока питания (общий провод) каждой платы в комплексной схеме должна быть соединена с общим источником питания толстым проводом.

В случаях, когда аналоговая и цифровая земля должны быть обязательно разделены, каждая из них должна быть раздельно соединена с источником питания; не соединяйте две земли одним проводом с источником питания.

5. Питание

Кроме соблюдения правил заземления, разработчики высокоскоростных схем должны также соблюдать правила питания для получения хороших результатов.

Каждая шина питания, поступающая в плату с высокоскоростной или высокочувствительной схемой, должна быть тщательно шунтирована на шину возвратного тока питания (шину общего провода питания) для предотвращения проникновения помех по этим шинам. Керамические конденсаторы (диапазон емкости от 0,01 до 0,1 мкФ) должны щедро использоваться и размещаться так близко от шунтируемой схемы, как только возможно; и, наконец, один танталовый конденсатор хорошего качества (диапазон емкости от 3 до 20 мкФ) должен использоваться для каждой шины питания и размещаться вблизи от вывода питания для уменьшения низкочастотных пульсаций питания.

В такой же степени, шумовые проблемы могут создаваться из-за плохого контакта в разъемах питания. Если сопротивление их контактов довольно значительно и протекает изменяющийся по величине ток, то изменяющееся падение напряжения на таком контакте вызовет шум и может оказать влияние на остальные части схемы. Это предостережение особенно касается напряжения, используемого для питания микросхем ТТЛ; вред от этой проблемы может быть снижен введением дополнительных выводов питания.

Малошумящие, с низкими пульсациями, температурно-стабильные линейные источники напряжения предпочтительны для питания высокоскоростных схем. Ключевые стабилизированные источники часто также отвечают этим критериям, включая требования к пульсациям. Но пульсации для таких источников обычно описываются единицами среднеквадратического отклонения, а выбросы, создаваемые в ключевых стабилизаторах, часто могут создавать трудно фильтруемые, неконтролируемые броски напряжения амплитудой несколько сотен милливольт. Высокочастотные компоненты этих выбросов бывает чрезвычайно трудно не допустить в общий провод питания.

Если от применения в высокоскоростных схемах ключевых источников нельзя отказаться, то они должны быть тщательно экранированы и удалены насколько это возможно от остальной части схемы, а их выходные напряжения должны быть очень хорошо отфильтрованы.

6. О проектировании

Часто имеются различия в реализации схем с использованием прецизионных ИС по отношению к схемам с использованием интегральных или гибридных модулей. Некоторые ИС специально разработаны с разделенными аналоговой и цифровой землями из-за того, что они не могут выполнять свои функции должным образом без такого разделения.

Отмечая это, производители ИС, как правило, подробно описывают, как достигнуть оптимальных качественных показателей для их схем. Эти подробности использования часто дают понять пользователю, как соединить вместе аналоговую и цифровую земли схемы, а когда это делается, то соединение должно быть расположено на возможно более близком расстоянии от ИС.

В других, более редких случаях, для отдельных устройств или систем может потребоваться удаленное соединение земли.

В заключение — старый, добрый совет: лучшее решение для получения оптимальных характеристик любых устройств — старательно придерживаться рекомендациям производителя.

Комментарии автора перевода к статье:

Журнал Analog Dialogue является периодическим изданием фирмы Analog Devices — лидера в разработке и производстве аналоговых микросхем.

Статья, заслуживающая внимания начинающих проектировщиков электронных схем. Но этим она и хороша — с чего то начинать все же нужно, а азы теории никогда не помешают.

В статье есть некоторые противоречия с рекомендациями Analog Devices. В частности, в вопросе объединения аналоговой и цифровой земель в статье указано, что они должны быть объединены на печатной плате, а в рекомендациях фирмы по применению аналогово-цифровых преобразователей приводятся примеры разводки внутреннего слоя, в котором аналоговая и цифровая земли разделены. На рисунке толстая линия в середине платы представляет собой не что иное, как границу разделения полигонов.

В целом же, статья очень полезна.

Авторы: Don Brockman, Arnold Williams. Перевод статьи Ground Rules for High-Speed Circuits, Analog Dialogue, AN-124

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту [email protected]

Анализ заземления в электричестве с принципиальными схемами

Введение

Внедрение технологии заземления изначально было способом защиты электрического или электронного оборудования от поражения молнией. В то же время это также эффективное средство защиты личной безопасности. Когда фазовая линия (например, плохая изоляция провода, старение и т. д.) по какой-либо причине касается корпуса оборудования, на корпусе оборудования будет генерироваться опасное напряжение, поэтому генерируемый ток короткого замыкания будет течь через линию PE на землю, таким образом выполняя защитную роль. С развитием электронной связи и других цифровых областей только рассмотрение молниезащиты и безопасности в системе заземления далеко не соответствует требованиям.

Объяснение электрического заземления | Основные концепции

Каталог

ВВЕДЕНИЕ

ⅰ Основная: Q & A, связанная с электроэнергией. Диаграммы

2.3 Отскок земли для понижающих преобразователей

2.4 Отскок земли для повышающих преобразователей

2,5 Summery

ⅲ Полезные концепции для анализа заземления

ⅳ Заключение

ⅴ FAQ

ⅴ

. опорная земля сигнала. Более того, с усложнением электронного оборудования усложняется и частота сигнала. Поэтому при проектировании заземления необходимо уделять особое внимание вопросам электромагнитной совместимости, таким как взаимные помехи между сигналами. В противном случае неправильное заземление серьезно повлияет на надежность работы системы. Здесь следующие сомнения, которые могут возникнуть в силовом заземлении.

Q1 : Что такое заземление?
A : Что касается концепций заземления, для линейных инженеров этот термин обычно означает «точка отсчета линейного напряжения». Для системных проектировщиков это часто шкаф или стойка. Для инженеров-электриков это означает зеленое защитное заземление или соединение с землей. Более общее определение: «Земля — ​​это путь с низким импедансом, по которому ток возвращается к своему источнику», а ключевыми точками являются «низкий импеданс» и «прохождение».

Q2 : Каковы общие символы заземления в цепи?
A : 
PE, PGND, FG-защитное заземление или шасси
BGND или DC-RETURN-DC-48V (+24V) питание (аккумулятор) обратное
GND: рабочее заземление
DGND: цифровое заземление
AGND: аналоговое заземление
LGND: заземление для защиты от молний

Q3 : Какой метод заземления подходит?
A : Существует много способов заземления, включая одноточечное заземление, многоточечное заземление и смешанные типы заземления. Среди них одиночные делятся на последовательное одноточечное заземление и параллельное одноточечное заземление. Вообще говоря, одноточечное заземление используется для простых цепей, в то время как заземление различается между различными функциональными модулями, а многоточечное заземление или многослойные платы (полный слой заземления) используются в низкочастотных (частота 10 МГц) цепях.

Q4 : Почему аналоговая земля и цифровая земля должны быть разделены?
A : И аналоговый сигнал, и цифровой сигнал возвращаются к земле, цифровой сигнал изменяется быстро с большим шумом, в то время как аналоговому сигналу для работы требуется чистое заземление. Если аналоговое и цифровое заземления смешаны, шум может повлиять на аналоговый сигнал.
Согласно вышеизложенному, аналоговая земля и цифровая земля должны обрабатываться отдельно, а затем соединяться вместе тонкими проводами или вместе в одной точке. Общая идея состоит в том, чтобы попытаться заблокировать шум на цифровой земле от прохождения на аналоговую землю. Конечно, это не очень жесткое требование, чтобы они были разделены, потому что это зависит от реальной ситуации.

Q5 : Как заземлить сигнал на плате?
A : В нормальных условиях при проектировании лучше всего использовать ближайшее заземление, а после полной многослойной конструкции платы очень легко заземлить общие сигналы. Основной принцип заключается в обеспечении непрерывности дорожек и уменьшении количества переходных отверстий, близких к заземляющей плоскости или плоскости питания и т. д.

Q6 : Как заземлить интерфейсные устройства платы?
A : Некоторые отдельные платы имеют внешние входные и выходные интерфейсы, такие как разъемы последовательного порта, разъемы сетевого порта и т. д., если они не заземлены должным образом, это также повлияет на нормальную работу, например, ошибки соединения сетевых портов, потеря пакетов и т. д., и станет внешним источником электромагнитных помех, посылая шум внутри платы наружу. Вообще говоря, независимая земля интерфейса будет разделена, а соединение с землей сигнала будет соединено тонкими дорожками, и последовательно может быть подключен резистор с малым сопротивлением или сопротивлением 0 Ом. Тонкие дорожки можно использовать для блокировки прохождения шума заземления сигнала на землю интерфейса. Точно так же следует тщательно продумать фильтрацию интерфейсной земли и интерфейсной мощности.

Q7 : Как заземлить экранирующий слой в кабеле с экранирующим слоем?
A : Слой экранированного кабеля должен быть подключен к интерфейсной земле одиночной платы, а не к сигнальной земле. Это связано с тем, что на сигнальной земле присутствуют различные шумы. Если экранирующий слой подключен к сигнальной земле, шумовое напряжение будет управлять синфазным током вдоль экрана. Таким образом, кабели с неразумной конструкцией, как правило, являются самым большим источником электромагнитных помех.

 

Ⅱ Заземление источника питания постоянного тока

2.

1 Общий обзор

При проектировании источников питания безопасность часто стоит на первом месте, и то же самое верно и для импульсных источников питания. Заземление может защитить личную безопасность пользователей и обеспечить нормальную работу силового оборудования. Итак, каков правильный метод заземления в импульсных источниках питания? Каковы общие символы заземления в цепях? Эта статья популяризирует основы заземления в источниках питания постоянного тока .
DC-DC — это часто используемая схема источника питания в электронном оборудовании. Он имеет высокую эффективность при реализации высокого входного напряжения и низкого выходного напряжения. Он широко используется от адаптеров питания, зарядных устройств для мобильных телефонов и внутреннего преобразования энергии электронного оборудования до цепей постоянного тока. У каждого производителя полупроводников есть свои микросхемы DC-DC, а также существует множество дополнительных микросхем. Для хорошо спроектированной цепи постоянного тока следует учитывать не только периферийное сопротивление, емкость, но и параметры индуктивности цепи постоянного тока. К дизайну разводки печатных плат также предъявляются высокие требования. В этой статье предлагается метод управления заземлением на печатной плате с точки зрения протекания тока в Цепи постоянного тока .

2.2 Анализ заземления источника питания постоянного тока со схемами

Заземление цепи на схеме выглядит просто, но фактические характеристики цепи определяются компоновкой ее печатной платы. И анализ точки заземления очень сложен, особенно для схемы преобразователя постоянного тока , точка заземления схемы будет собирать большой ток, который быстро меняется. Когда заземленные узлы перемещаются, производительность системы снижается, и система излучает электромагнитные помехи. Здесь хорошее понимание физической природы наведенного «землей» шума от земли может обеспечить интуитивное понимание проблем уменьшения шума от земли.
Изменение тока передачи в контуре заземления создаст магнитное поле в контуре. Напряженность магнитного поля пропорциональна току, а магнитный поток пропорционален произведению площади контура на напряженность магнитного поля, что выражается формулой:

Рис. 1. Правило правой руки

Предположим, что в токовой петле произошел внезапный разрыв, как показано на рисунке 2. При выключении ключа магнитный поток исчезает, что создаст большое переходное напряжение вдоль провода. Если часть провода представляет собой обратный контакт заземления, напряжение относительно уровня земли будет иметь всплеск, что приведет к ложному сигналу в любой цепи, использующей этот контакт в качестве опорного заземления.

Рис. 2. Функция пускового переключателя

Дорожки на печатной плате не являются идеальными проводами и имеют сопротивление. 1 унция (унция) меди имеет сопротивление 500 мкОм/квадрат, поэтому изменение тока на 1 ампер создаст напряжение рикошетов только 500 мкВ/квадрат — проблема существует только в том случае, если вы используете длинные тонкие дорожки, заземление гирляндной цепи или прецизионное заземление. электронные схемы.
Лучший способ уменьшить дребезг земли в цепи переключения постоянного тока — это контролировать изменение магнитного потока, сводя к минимуму площадь токовой петли и изменение площади петли. Принцип DC-DC цепь buck или boost заключается в использовании электронных переключателей для быстрого переключения на зарядку и разрядку элемента накопления энергии для достижения преобразования напряжения и в то же время изменения площади контура тока в цепи, что приводит к отскок земли и электромагнитное излучение.
В некоторых случаях, как показано на рисунке, ток остается постоянным, а переключение вызывает изменение площади контура и, следовательно, изменение магнитного потока. При переключении состояние 1 , идеальный источник напряжения соединен с идеальным источником тока через идеальный проводник. Кроме того, ток течет по петле, включающей заземление.
В состоянии переключателя 2 один и тот же ток течет по разным путям, когда переключатель меняет положение. Источником тока является постоянный ток, изменений нет, но изменилась площадь контура. Изменение площади петли означает изменение магнитного потока, поэтому генерируется напряжение. Потому что контур заземления является частью контура изменений.

Рисунок 3. Рисунок Площадь петли

В случае переключения меняется площадь петли. Везде вдоль провода в левом нижнем углу, когда ток I1 становится равным 0, генерируется напряжение там, где исчезает магнитное поле.

2.3 Отскок заземления для понижающих преобразователей

Схема понижающего преобразователя ( понижающего преобразователя ) очень похожа на структуру схемы на рис. 3 выше, а схема понижающего преобразователя упрощена, как показано на рисунке.

Рис. 4. Схема понижающего преобразователя

На высоких частотах большой конденсатор, такой как входной конденсатор Cin понижающего преобразователя, можно рассматривать как источник постоянного напряжения. Точно так же катушка индуктивности, такая как выходная катушка индуктивности L Buck , может рассматриваться как источник постоянного тока. Эти приближения помогают визуализировать понимание и теоретический анализ.
Как показано на рис. 5, когда переключатель переключается между двумя положениями, изменение пути, по которому течет ток, вызывает изменение магнитного потока. Большой индуктор L Buck поддерживает выходной ток примерно постоянным. Точно так же большой конденсатор C в удерживает напряжение, приблизительно равное В в . Поскольку напряжение на индуктивности входного вывода не меняется, входной ток также остается примерно постоянным.

Рисунок 5. Влияние переключателя на площадь контура

Хотя входной ток и выходное напряжение в основном постоянны, при переключении переключателя из положения 1 в положение 2 общая площадь контура быстро изменяется вдвое. Изменения площади контура подразумевают быстрые изменения магнитного потока, вызывающие дребезг земли вдоль контура контура.
На практике понижающий преобразователь состоит из пары полупроводниковых электронных переключателей, как показано на рисунке 6. Хотя сложность процедуры увеличивается с каждым рисунком, метод анализа отражения от земли , вызванного изменениями магнитного потока, остается простым и интуитивно понятным.

Рисунок 6. Изменения магнитного потока вызывают скачки земли

Тот факт, что изменения магнитного потока создают напряжения вдоль контура заземления, поднимает интересный вопрос: где находится настоящая земля? Поскольку дребезг заземления означает, что до некоторой идеальной точки, называемой землей (эта точка должна быть определена), на трассе возврата заземления создается напряжение дребезга. В схеме регулятора мощности реальная земля должна быть подключена к низковольтной стороне нагрузки. Ведь цель 9Преобразователь постоянного тока 0005 предназначен для обеспечения стабильного напряжения и тока в нагрузке. Все остальные точки на токовой петле не являются настоящей землей, а являются частью контура заземления.
Поскольку низковольтный конец нагрузки заземлен, а изменение площади петли является причиной дребезга земли, то уменьшение дребезга земли и электромагнитного излучения, а также оптимизация заземления цепи должны минимизировать площадь токовой петли. в цепи DC-DC . Вот способ оптимизации макета. Например, расположение входного конденсатора, выходного конденсатора и катушки индуктивности для накопления энергии уменьшает площадь токовой петли. На рисунке показано, как аккуратно разместить входной конденсатор Cin, чтобы уменьшить площадь контура и дребезг земли. 9Рисунок 7. Уменьшение дребезга земли в области шлейфа и изолируя его от заземления. Когда переключатель переключается из одного состояния в другое, из нижней части В в в нижнюю часть нагрузки, нет изменения площади контура или изменения тока переключателя. Поэтому в заземляющем контуре не происходит дребезга земли.
Рисунок представляет собой неразумную компоновку печатной платы. Когда переключатель верхней стороны включен, постоянный ток течет по красной петле внешнего кольца. Когда переключатель нижнего плеча включен, постоянный ток течет по синему контуру. Можно видеть, что эта схема схемы приводит к большому изменению контура при переключении переключателя, вызывая изменение магнитного потока, что приводит к дребезгу земли и помехам электромагнитного излучения.

Рис. 8. Неразумная компоновка

Для ясности: при разводке однослойной печатной платы даже использование второго слоя монолитной заземляющей пластины не может устранить дребезг, вызванный заземлением. Рисунок 9представляет собой простую рамку, иллюстрирующую, что заземляющий слой не может решить проблему. Здесь мы используем двухслойную печатную плату для добавления схемы обхода на верхнем уровне вертикали линии электропередач.

Рис. 9. Первый этаж

В Рис. 9 (a) плоскость заземления монолитная и неразрезанная. Ток печати верхнего слоя протекает через конденсатор, переходное отверстие и землю. Поскольку переменный ток всегда течет по пути с наименьшим импедансом, обратный ток через землю возвращается к источнику питания по углам своего пути. Так при изменении амплитуды или частоты тока изменяется магнитное поле тока и площадь его контура, тем самым изменяется магнитный поток. Регулярность протекания тока по пути наименьшего импеданса означает, что дребезг земли может произойти даже при монолитном заземляющем слое — независимо от его проводимости.
В модели Рис. 9 (b) правильно срезанная заземляющая пластина ограничивает обратный ток, чтобы минимизировать площадь контура, тем самым значительно уменьшая дребезг земли. Любое остаточное напряжение дребезга земли, возникающее в обрезанной обратной линии, изолировано от общей плоскости заземления.
Схема печатной платы на рис. 10 использует двухслойную печатную плату для установки входного конденсатора и двух переключателей на островках в плоскости заземления. Эта разводка не обязательно должна быть лучшей, но она хорошо работает и соответствует ключевым моментам. Следует отметить, что площадь петли, окруженная красным и синим токами, велика, но разница между площадями двух петель невелика. Небольшое изменение площади контура означает небольшое изменение магнитного потока — небольшой отскок земли. Однако, как правило, площадь петли должна быть небольшой. Рисунок 10 просто иллюстрирует важность согласования путей переменного тока.

Рис. 10. Компоновка преобразователя

 

Кроме того, дребезг земли вдоль любого контура заземления ограничивается срезом заземления в пределах островков контура заземления, где магнитные поля и площадь контура различаются. Кроме того, на первый взгляд может показаться, что входная емкость C в не расположена между переключателем верхнего уровня верхнего уровня и переключателем нижнего плеча нижнего уровня, показанными на рисунке 10. Хотя физическая близость может быть приемлемой. , что действительно работает, так это электронная близость, достигаемая за счет минимизации площади контура.

2.4 Отскок земли для повышающих преобразователей

Повышающий преобразователь ( понижающий преобразователь ) на самом деле является отражением понижающего преобразователя, как показано на рис. боковой переключатель и нижний нижний переключатель, чтобы свести к минимуму изменение площади контура.

Рисунок 11. Изменение площади контура

Точно так же, как понижающий преобразователь помещает C vin в критическое положение, повышающий преобразователь помещает C vout на ключевой позиции.

2.5 Суммарно

Напряжение отражения от земли в основном связано с изменениями магнитного потока. В импульсном источнике питания постоянного тока изменение магнитного потока вызвано переключением постоянного тока с высокой скоростью между различными участками токовой петли. Но тщательное размещение входных конденсаторов понижающего преобразователя и выходных конденсаторов повышающего преобразователя, а также хороший срез заземляющего слоя могут изолировать дребезг земли. Обратите внимание, важно соблюдать осторожность при разрезании заземляющего слоя, чтобы избежать увеличения площади контура для других обратных токов в цепи.
Другая разумная компоновка должна размещать реальную землю на нижнем слое, соединяющем нагрузку, что не вызовет изменений площади контура или тока. Любую другую точку, связанную с проводимостью, можно назвать «землей», но это всего лишь точка на обратном пути.

 

Ⅲ Полезные понятия для анализа заземления

Если вы будете следовать основным понятиям, у вас будет четкое представление о том, что вызывает отскок земли. На рис. 12. видно, что два проводника, расположенные перпендикулярно друг другу, не подвержены взаимному влиянию магнитного поля. 9Рис. 12. Два проводника, перпендикулярные друг другу двух проводов меньше, чем энергия, запасенная одним проводом. Следовательно, индуктивность широких дорожек печатной платы меньше, чем у узких дорожек.

Рис. 13. Два параллельных провода с током, текущим в одном направлении

 

Линии магнитного поля, генерируемые вокруг двух одинаковых проводников, по которым текут одинаковые токи в противоположных направлениях, компенсируют друг друга из двух проводников и усиливаются между двумя проводниками. Если площадь внутреннего контура уменьшается, то уменьшается и общий магнитный поток. Это явление может объяснить, почему обратный ток заземляющего слоя переменного тока всегда протекает под проводниками дорожки на верхнем слое ванны.

Рисунок 14. Два параллельных провода с током, текущим в противоположных направлениях

На рис. 15 показано, почему углы добавляют индуктивности. Прямой провод видит только свое магнитное поле, но на углах видно и магнитное поле вертикального провода. Следовательно, уголки накапливают больше энергии магнитного поля, а их индуктивность больше, чем у прямых проводов.

Рис. 15. Добавление индуктивности в углах

Рис. 16. показывает, что срезание заземляющего слоя под проводником линии передачи увеличивает площадь контура за счет отклонения тока контура, тем самым увеличивая размер контура и способствуя дребезгу земли.

Рисунок 16. Обратный ток течет по пути наименьшего сопротивления

 

Рисунок 17. Влияние ориентации компонента Для мониторов или телевизоров это означает, что изображение зашумлено, для аудиооборудования это означает минимальный уровень шума. В цифровых системах отскок земли может привести к ошибкам в расчетах или даже к сбою системы. Тщательная оценка паразитных элементов и моделирование являются эффективными методами прогнозирования величины отскока грунта.
Во-первых, при проектировании печатной платы низковольтная сторона нагрузки должна быть заземлена. Затем замените большие катушки индуктивности и конденсаторы источниками тока и напряжения, чтобы упростить динамику схемы. Наблюдая за токовой петлей под каждой комбинацией переключателей, петли следует сделать перекрывающимися, а если это невозможно, следует аккуратно вырезать островок в заземляющем слое, чтобы обеспечить наличие только участков входа и выхода постоянного тока.
В большинстве случаев с этими усилиями можно добиться хороших характеристик заземления. Если это не сработает, сначала следует учитывать сопротивление заземляющего слоя, а затем токи смещения, протекающие через все переключатели и паразитные конденсаторы, входящие в обратный путь. Короче, не важно какая схема, принцип один, то есть уменьшить площадь шлейфа и его разность при смене переключателя.

 

Ⅴ Часто задаваемые вопросы

1. Нужно ли заземлять блок питания?
Хотя, скорее всего, все будет хорошо (у меня много компьютеров в старых домах без заземления), не рекомендуется . Будет накапливаться статический заряд, и в зависимости от того, где он разряжается, это может привести к повреждению электроники.

2. Для чего нужен заземляющий провод?
Провод заземления обеспечивает дополнительный путь для протекания электрической цепи в землю, чтобы в случае короткого замыкания не подвергать опасности тех, кто работает с электричеством поблизости. Без заземляющего провода ваше тело может вместо этого завершить путь заземления, что может привести к поражению электрическим током или поражению электрическим током.

3. Какой провод массы на блоке питания?
В цепи постоянного тока в большинстве стран принято, что черный является «землей », а любой другой цвет несет какую-либо сигнальную шину или шину питания, причем красный и желтый популярны для силовой проводки, но это действительно может быть любого цвета на любом конкретном разъеме. Например, для типичного блока питания ПК «ATX».

4. Каково назначение земли?
Заземление обеспечивает наиболее эффективный способ возврата электричества в землю через вашу электрическую панель. Заземляющий провод дает электроприбору или электрическому устройству безопасный способ разряда избыточного электричества.

5. Следует ли заземлять минус источника питания постоянного тока?
Пока отрицательная клемма светодиода и отрицательная клемма батареи имеют достаточно хорошие соединения с землей, тогда земля будет проводить достаточный ток между двумя соединениями, чтобы замкнуть цепь и зажечь светодиод. То же самое относится и к сетевому электроснабжению.

6. Как узнать, заземлен ли мой блок питания?
Вставьте один щуп тестера цепей в маленький слот, а другой щуп в большой щуп. Если тестер цепи загорается, в розетке есть питание. Теперь поместите один щуп в маленькую прорезь, а другой щуп в U-образное отверстие заземления. Индикатор должен загореться, если розетка заземлена.

7. Можно ли заземлиться, прикоснувшись к блоку питания?
Выглядит красиво, но невозможно заземлиться на корпус без голого металла. Вместо этого я просто установил блок питания и время от времени касался контакта заземления. Тем не менее, если все, что вы делаете, это прикасаетесь к металлической части компьютера, вы на самом деле не заземляете себя.

8. Могу ли я соединить нейтраль и землю вместе?
Нет , нейтраль и заземление никогда не должны соединяться вместе. Это неправильно и потенциально опасно. Когда вы что-то включаете в розетку, нейтраль будет под напряжением, так как она замыкает цепь. Если заземление подключено к нейтрали, заземление устройства также будет под напряжением.

9. Что такое заземление в цепи постоянного тока?
Традиционно « земля» является самым низким потенциалом в цепи, т.е. отрицательная сторона батареи или источника постоянного тока.

10. Что происходит, когда электричество уходит на землю?
Большая часть энергии разряда молнии рассеивается в воздухе, когда она проходит от облаков к земле по воздуху. Остаток рассеивается в земле в районе места удара на довольно коротком расстоянии.

11. В чем разница между заземлением и заземлением?
Заземление и заземление — аналогичные термины . … Основное различие между заземлением и заземлением заключается в том, что заземление означает, что цепь физически подключена к земле с потенциалом нулевого напряжения. Но заземление означает, что цепь физически не подключена к земле, но по-прежнему имеет нулевой потенциал.

12. Требуется ли заземление для источника питания постоянного тока?
Ответ взят из раздела 250.162 NEC, касающегося заземления двухпроводных систем постоянного тока, которые включают выходы 5 В и 24 В, в зависимости от вашего случая. … Итак, краткий ответ для системы 24 В постоянного тока: нет , выход не требуется подключать к земле.

13. Как заземлить источник питания постоянного тока?
Вы заземляете устройство , подключая кабель заземления к заземлению, а затем подключая его к точке заземления на источнике питания постоянного тока. Вы должны обеспечить кабели заземления. Кабельный наконечник, используемый на заземляющем кабеле, должен иметь отверстие под шпильку №10 и вмещать провод сечением не менее 12 AWG.

«Основной план и диаграммы», Джозеф Мэллорд Уильям Тернер, c.1817–1818

План местности и схемы

Изображение опубликовано под лицензией Creative Commons CC-BY-NC-ND (3.0 непортированная)

Лицензия на это изображение

Художник
Джозеф Мэллорд Уильям Тернер 1775–1851 гг.

Часть
Блокнот благотворительного фонда художника

Средний
Графит на бумаге

Размеры
Опора: 88 × 110 мм

Коллекция
Тейт

Приобретение
Принято нацией как часть завещания Тернера 1856

Артикул
D13207
Завещание Тернера CLXIII 28

Исследовать

  • Архитектура (30 959)
    • городские пейзажи / искусственные объекты (21 602)
      • здание — неспецифическое(3,161)
  • эмоции, концепции и идеи (16 405)
    • формальные качества(12 443)
      • схематический(799)
  • символы и персонификации (7 157)
    • надписи(6671)
      • архитектурный план / фасад(121)

    • Вам может понравиться

    Оставил Верно