전원공급장치의 접지
전원 공급 장치는 적절하게 설계하기 어려울 수 있으며 고려해야 할 중요한 안전 요소가 있습니다. 이는 사용자에게 위험할 수 있는 고전류를 출력할 수 있는 DC 전원 공급 장치에서 특히 중요합니다. DC 전원 공급 장치에서 시스템의 전원 공급 장치 접지 배열은 안전뿐만 아니라 소음, 방열 및 시스템의 다른 부분을 전기적으로 격리하는 능력의 주요 결정 요인이 됩니다.
특히 스위칭 전원 공급 장치에서 소음과 열 문제도 있습니다. 전원 공급 장치 접지를 정의하는 방법과 섀시 및 접지와의 관계에 따라 시스템의 전기적 동작에 대한 많은 중요한 측면이 결정됩니다.
전원 공급 장치의 접지 영역
전원 공급 장치의 모든 접지 영역이 0V의 전위를 갖는다는 생각은 잘못된 생각입니다. 각 전원 공급 장치 접지 영역은 서로 다른 영역 간에 작은 전위차를 가질 수 있으므로 큰 접지 루프 전류가 서로 다른 섹션 간에 이동할 가능성이 있습니다. 이러한 접지 루프는 전원의 출력 전압에서 공통 모드 잡음으로도 나타날 수 있습니다.
따라서 노이즈를 방지하기 위해 이러한 서로 다른 접지 영역이 어떻게 연결되는지 이해하는 것이 중요합니다. 그러나 격리된 시스템에서는 특히 섀시 접지를 고려하면 어려울 수 있습니다.
아래 다이어그램은 전원 공급 장치의 다양한 접지 간의 일반적인 배열과 관계를 보여줍니다.
전원 공급 장치 접지도.
이러한 서로 다른 접지 영역에는 다이어그램 주변의 빨간색 커패시터 기호로 표시된 것처럼 이들 사이에 약간의 기생 커패시턴스가 있습니다. 결국, 전원 공급 장치의 입력 또는 어딘가에서 접지로 돌아가는 경로가 있습니다. 이것이 어디에 있든 일반적으로 이 세 지역이 있습니다.
합리적으로 높은 전압을 출력하는 전원 공급 장치 인 전원 공급 장치 자체에는 시스템과 신호 접지를 연결하는 변압기가 있습니다. 이것은 시스템의 고전압 및 저전압 측이 연결되고 출력 전압과 전류가 시스템의 나머지 부분에 공급되는 곳입니다. 보드에서 분할 전원 공급 장치 접지의 영향과 시스템에서 기생 커패시턴스가 수행하는 역할을 고려해야 합니다.
분리형 스위칭 전원의 분할 접지 문제
스위칭 전원 공급 장치는 모든 응용 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 전원 공급 장치 유형입니다. 이는 특히 고전압/고전류 전원 공급 장치에 해당됩니다. 절연의 이면에 있는 아이디어는 고전압 측의 DC 전류가 전원 플레인을 통해 전원 공급 장치의 저전압 측으로 전도되는 직접적인 경로가 없다는 것입니다. 이러한 이유로 접지면도 분할하고 1차 측의 스위칭 동작을 통해 변압기의 2차 측에 전력이 유도됩니다.
각 영역의 신호 라우팅은 평면 사이의 간격을 가로지르지 않아야 합니다. 전력은 변압기를 통해 유도적으로 전달됩니다. 커패시터는 양측 사이에 일관된 접지 전위를 보장합니다.
전원 공급 장치 설계는 시스템 접지와 신호 접지 사이의 간격을 통해 아무것도 라우팅하지 않는다는 것을 암시적으로 나타냅니다. 시스템 접지가 신호 접지에서 물리적으로 분리되어 있는 분리형 전원의 경우 공진 LLC 컨버터의 경우와 같이 변압기를 사용하여 스위칭 컨버터 또는 브리지 회로에서 전력을 커플링합니다.
일반적으로 변압기 근처의 갭을 가로질러 커패시터가 배치되어 다양한 GND 전위를 동일하게 설정하여 섀시 접지를 통해 커플링되는 공통 모드 전류가 없습니다. 이것은 이더넷 스위치에서 사용되는 접지 전략 중 하나입니다(실제로 이더넷에서 최소 3가지 다른 GND 권장 사항을 찾을 수 있습니다!). 여기서 중요한 점은 전원 공급 장치의 양쪽 사이의 틈 위로 아무 것도 배선하지 말라는 것입니다. 피드백 라인과 같이 그렇게 해야 하는 경우 커패시터를 병렬로 배치하여 전원 공급 장치 접지를 연결합니다.
신호 접지와 접지
DC 측에서 섀시 접지와 신호 접지를 연결할지 여부에 대한 질문은 광범위하고 이해하기 어려우며 애플리케이션에 따라 다릅니다. 필연적으로 모범 사례대로 커패시터로 양쪽을 연결하면 출력 측의 섀시에 두 번째 연결을 다시 할 필요가 없습니다.
답은 항상 그렇게 간단하지는 않으며 전원 공급 장치의 특성, 전달할 수 있는 전류 및 잠재적인 EMI 문제에 따라 달라집니다. 고려해야 할 몇 가지 관점이 있습니다.
- 고전류 스위칭 레귤레이터와 같이 큰 DC 전류가 접지 연결을 통해 흐를 수 있는 모든 시스템에서는 섀시/접지에 대해 DC 측을 부동 상태로 둘 수 있습니다. 섀시가 음극 DC 측에 연결된 경우 섀시는 이제 높은 DC 리턴 전류를 전달하여 안전 위험을 초래합니다. 섀시는 두 경우 모두 패러데이 케이지처럼 작동합니다.
- 전력이 낮은 수준으로 조정되고 있지만 조밀한 디지털 순환이 있는 보드에 ESD가 발생할 가능성이 여전히 있는 시스템에서는 섀시에 직접 여러 연결을 만들 수 있습니다. 이것은 컴퓨터 마더보드에 사용되며, 각 장착 나사는 섀시에 다시 접지되고 섀시는 전원 어댑터를 통해 접지에 연결됩니다.
절연되지 않은 공급 섹션이 있는 디지털 시스템에서 일반적으로 허용되는 모범 사례는 신호 GND(DC 측)를 보드의 이 쪽에 대한 입력에서만 섀시/접지에 접지하는 것입니다. 아이디어는 EMI 억제와 ESD 손실의 최상의 균형을 제공하는 것입니다. 이 특별한 경우에는 전류가 충분히 낮고 리턴 경로가 섀시 연결에서 멀리 제한되어 있으므로 감전의 위험이 거의 없습니다.
분리형 전원 공급 장치의 경우 기판에서 분리를 유지해야 하며, 이는 GND 영역의 캡을 사용하여 수행됩니다. 절연 시스템에서 커패시터를 통한 접지 루프로 인해 EMI가 발생할 위험도 있습니다.