电源模块接地设计

宋利辉

摘 要：从定义、种类、方式等方面详细介绍电子设备有关接地技术的理论知识，阐述了性能设计之接地设计的技术和方法，并将该方法应用到了电源模块的设计中，对电源模块的输入电源、输出电源、保护电路等不同类型电路的接地形式进行了有效设计，提高了电源模块的抗电磁干扰性能。

关键词：信号地 模拟地 数字地 电源模块

中图分类号：TM9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0043-02

电子产品的设计包括两个层次上的概念：功能设计和性能设计，二者缺一不可。接地设计的优劣不但影响到产品的性能，还可能影响到设备的功能实现，因此，在设计时需要从信号接地的角度处理产品的各种信号的布局走线。

1 接地定义

“接地”指的是为了设备和人身的安全，将电力设备、输变电设备、电子设备、电气设备、建筑物和构筑物等用金属导体与大地进行电气上的连接[1]。后来也指电子设备通过接地线直接接到大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生压降。

2 接地种类

弱电系统中，地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可设为电路系统中的某一点、某一段或者某一块等[2]。为防止各种电路在工作时产生互相干扰，使之正常工作，根据电路性质，将工作接地分为不同的种类，比如：交流地、直流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地、屏蔽地等。

3 接地方式

电子设备的接地方式主要包括单点接地、多点接地、混合接地和悬浮地接地。

3.1 单点接地

整个电路中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这个点上，此接地方式适用于工作频率小于1MZ的电路系统。分为串联式单点接地、并联式单点接地及混合式单。

（1）串联式单点接地。

串联式单点接地也叫干线束单点接地，即用同一条公共地线接到电位基准点，需要接地的部分就近接到该公共接地线上。此种接地方式的接地点应选在低电平电路的输入端，使该端最接近基准电位，减少干扰。适用于设备机柜的接地，优点是接地方式简单，各个电路的接地引线比较短；缺点是抗干扰性差。

（2）并联式单点接地。

并联式单点接地也叫放射式单点接地，即将需要接地的各个部分分别以接地导线直线连到电位基准点。适用于低频信号处理电路的接地。优点是抗干扰性能强；缺点是接地线多，会造成设备体积增大、重量增加、成本提高。

（3）混合式单点接地。

混合式单点接地方式就是将同类型电路接地系统进行串联式单点连接，然后将不同类型电路接地系统进行并联式单点连接。这样既减少了部分分解的难度，也尽可能降低了地线之间的电磁干扰。

3.2 多点接地方式

工作频率高的电路（大于10 MHz）采用多点接地（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。因为接地引线的感抗与频率和接地引线的感抗与频率和长度成正比。工作频率高时将增加供地阻抗，也会增大供地阻抗的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最近的低阻值接地面接地。

3.3 混合接地方式

工作频率介于1和10 MHz之间的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于0.15倍系统最高工作频率的波长时。采用单点接地式，否则采用多点接地式，即每隔0.15个信号波长接一次地。

3.4 悬浮地方式

悬浮地也叫浮地，即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能影响；其缺点是电路容易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动造成对模拟电路的感应干扰。

4 电源模块接地设计

某电源模块是舰载电子设备中的一个部件。需要在有限空间内将220 V交流电源转换成+5 V1、+12 V、-12 V1、+5 V2、+9 V等多种稳压直流电源供电源模块自身保护电路和电子设备内其他部件使用。

基于该电源模块在电子设备中所占空间较小，输入电源为交流电源、需要输出5种低压大电流直流电源，且需要进行输入、输出电源保护电路等功能设计，所以从几个方面考虑接地设计：交流输入电源接地、输出低压电源接地设计、保护电路接地设计及电源模块的屏蔽设计。

4.1 输入交流电源接地设计

电子设备供电为220 V交流电源，220 V火线、零线和地线通过机箱插头及机箱内单独布线线束接到电源模块插座，电源模块的220 V接地线插针、电源滤波器地通过印制板外围边缘大面积网格状方式布线。

4.2 输出直流电源接地设计

电源模块将220 V交流电源整流、滤波成直流电源，然后经过不同的DC/DC直流稳压、降压模块转换成+5 V1、+12 V、-12 V等直流穩压电源，通过插头、母板送出，供其他部件使用。为了提高设备性能，防止电源地线相互干扰，将三类电源的地和电源插头之间单独布线，且尽可能双面、加粗布线以满足需求。

4.3 保护电路接地设计

电源模块将输入的220 V交流电源通过小型变压器降压、整流、直流稳压器稳压后产生保护电路所需的+5 V2、+9 V直流稳压电源。由于保护电路为数字翻转电路，对脉冲、尖峰很敏感，受到干扰会产生错误控制，因此，此路电源的地线采用串联并地法，即所有保护电路的地和+5 V2直流稳压电源输出地就近互相连接最终将5 V2直流稳压电源地线通过接线柱接至电源模块屏蔽层。

4.4 电源模块屏蔽层接地设计

由于该电源模块上具有交流电源、小变压器等，存在干扰其他电路的因素，因此，就需要进行屏蔽层的接地处理。出于各种考虑，采用金属壳体全面覆盖，通过接线柱和螺钉固定等将金属壳体和交流地线连接，电源模块装入机箱后，金属屏蔽层和机箱壳体连接。因此，电子设备和外部供电系统保持同一零电位。

5 结语

该电源模块设计、投产加工出样品后，调试一次性通过，装入机箱，进行整机电磁兼容、抗干扰等试验，也顺利通过，说明了电源模块合理的接地设计对整个电子设备的抗干扰性起着重要作用。

参考文献

[1] 赵家升.电磁兼容原理及技术[M].电子工业出版社，2012.

[2] 周拥军，梁晓庾.数字视频记录仪接地设计[J].电光控制，2004，11（4）：63-65.

[3] 焦贵忠.基于Visual C++电路测试界面设计[J].集成电路通讯，2007（4）：30-34.