如何因地制宜做好接地设计(下）

在主机内部电源一般都是开关电源，为了保证 EMC 各项指标合格（安规测试），一般正规厂家都会在交流输入级加入线路滤波器见下图，其中 C1 、 C2 为共模电容也叫 Y 电容， C3 为差模电容也叫 X 电容。此电源滤波器目的是解决供电设备 EMS 和 EMI 问题而设立的，但是它的存在势必引入人身安全隐患。所以这类电容必须从耐压、漏电流、到失效效果上被特殊制作，被称为安规电容。这个电路也是保护地、噪声返回路径结合的一个例子。

LNG分别对应墙插的火线零线和地线，同时机箱也是和G相连接的。常规市电供电，火线L对大地大概220V电压，这个和墙插有没有接地无关。当墙插没接地线时，也就是说机壳未接地，那么L对G(机壳)就会呈现110V左右电压，G(机壳)对N(即大地，基于TN-S、TN-C-S供电系统)呈现110V电压，这也就是我们用测电笔点在电脑机壳上，笔会一直亮着的原因。当你碰到机箱的一瞬间，那么漏电流就会通过L到C1到人体到大地再到N形成回路。当然这个电流也是瞬间的，毕竟人体阻抗是很低的，人体接触后会与C2并联，打破原来C1、C2的分压值，进而拉低机壳电位，也就是说瞬间被电后就没什么感觉了，当然你手拿开后再次触摸机壳还是会被电一下的。

上面提到了安规，就规定了这个Y电容必须有足够高的耐压，足够小的漏电流，即足够小的容值，从而保证漏电流不至于威胁到人身安全。

通过上面的分析，大概知道，当自己碰到这样的电脑机箱，很可能说明自己买到的是正品，是针对安规进行设计过的！但也不要忘了，尽量给他来个接地（球）的线，不然，就会经常被电的！

防静电接地：摩擦、感应和传导都会都会产生静电，针对不同应用场合，静电防护的方式也不同，比如有的可以直接接地；有的可以高阻接地，比如机房常用的防静电地板；还有的直接悬空，利用尖端释放电荷，比如无线防静电环。

这里指针对常见的防静电措施说一下，通常防静电想达到的目的是：
①要限制静电的积累，随着静电荷的积累，势必产生越来越高的电压，对人和设备都是安全隐患；
②不能存在大的泄放电流；

这样就需要一个平衡度的掌握，既想放掉又不至于放的太快。所以一般都是高阻接地的；比如防静电工作台和防静电地板。

做产品的无论是固定式、便携式还是手持式的设备，一般都面临防浪涌保护接地、静电防护接地、屏蔽外壳接地、板级接地等设计；外壳和PCB板的工作地之间的连接关系，往往很重要。那么这两种地的连接方式无非是“不连”、“短接”、“阻抗相连”三类情况。这里主要考虑设备接地无论前后都是和电源绕不开的，无论保护接地还是工作接地。下面仅针对隔离型开关电源供电设备进行接地分析（无论是DC-D还是AC-DC，其抗干扰分析是一致的）。

上图是隔离型AC-DC开关电源原理简图，其中Cs为 变压器初次级之间的杂散电容，C1为保护地和热地之间的安规电容，C4为工作地与保护地（机壳地）之间的安规电容。最前端的三竖线符号的是保护地，中间倒三角符号的是热地，最后三横线符号的是负载设备的工作地。

首先我们分析这几个电容的必要性，也就是作用。开关电源最大优点是效率高，最大的缺点就是纹波噪声大；那么分析这三个电容就从开关噪声回路开始。
开关噪声是开关管在饱和和截止瞬间能量转换问题引发的衰减振荡噪声，这类噪声的频率可以预测，幅值可以通过RCD吸收等方式吸收一部分，但传导干扰本省还是比较严重的，尤其针对模拟微弱信号处理的负载板。

这种噪声传导必然通过隔离变压器的杂散电容CS耦合到次级，那么我们在寻找开关噪声的返回路径时发现，如果没有C1,噪声势必会通过L-N回路返回，并污染电网，造成对外电磁辐射超标。同时向后，通过杂散电容CS耦合到次级板级供电处，必然也有一条返回路径C4的存在，才能保证噪声对后级负载影响尽量降低。其实这种通过电容连接的方式我们也叫做高频接地或浮地设计，这种接地对低频而言是浮置的。当然如果不接电容，EMC各项指标都没法保证的。

以上高频接地依然存在一个静电防护问题，就是当PCB负载为浮地设计时，可能会有静电积累，那么势必会使C4右端电势不断抬高，这样的静电隐患必须解决，不然对设备是很大的威胁。方法是有的，我们可以衍生出高频加静电释放接地方式，也就是将电容C4并联一个释放电阻一般选择兆欧级或者压敏器件。

以上说明了PCB的工作地和外壳地的两种连接方式---通过电容进行连接或者阻容进行连接以及它们的作用；那如果直接把PCB的工作地直接和保护地（外壳）进行短接，会有什么问题呢？要分情况了：如果保护地很“干净”，这种方法很实用；如果保护地很“杂乱”，那么最直接的隐患就是大地上的很多干扰，同时都有可能通过这种直接传导方式进入电路板，通过共模转差模的方式，进而干扰电路板上的正常信号。当然还存在低频接地、高频悬浮的方式连接二者，比如PCB通过电感连接外壳接地。总之，接地是因地制宜的，要考虑实际应用场所，清楚自己接地的目的，然后指导自己用合适接地方式来处理自己的系统，达到安全和电磁兼容的双重效果。这样设计出来的产品接地才是合格的！