Заземление на схемах. Заземление в электрических схемах: принципы, типы и методы

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

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.

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)

Вам может понравиться

Оставил Верно

• 1796–7

• c. 1802–10

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Планы земли

  c.1816–18

• c.1815–17

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Земельный план

  1817–1818

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Земельный план

  1817–1818

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Земельный план

  c. 1817–18

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Земельный план

  1817–1818

• c.1823–18

• c.1823–18

• Джозеф Мэллорд Уильям Тернер Планы

  1809–10

• с.

  Похожие записи

  

  31.08.2023 0

  Микросхема 358: подробный обзор, применение и характеристики операционного усилителя

  

  30.08.2023 0

  Радиозвонок схема. Радиозвонок своими руками: схемы, устройство и монтаж беспроводного дверного звонка

  

  29.08.2023 0

  Электросхема ваз 2105 инжектор. Электросхема ВАЗ 2105: особенности, устройство и основные неисправности

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Комментарий *

  Имя *

  Email *

  Сайт