对高低压为什么不能共地的一个解释

很多人都知道,当有高低电压的时候,一般是不允许共地的,而是需要隔离开,比如我们常用的开关电源,它的输入是220VAC,输出5VDC,其中的变压器既是降压,也起隔离作用。


一般的讲,电压越高,隔离的距离越远,有些因为体积版面考虑,不能做远的,采用割空PCB方式,加大间距,这个的原因是PCB的材料一般是FR4材料,介电常数在4.2附近,也就是说,隔空的1mm,等于PCB的4.2mm,所以效果明显。

高低压一般为什么不能共地,若共地会如何,我们接下来建立一个模型来分析:

上图是不共地情况下,左边高压的正负端集聚正负电荷,根据电子学基础理论库伦定律,对低压的正负两端的作用如上图,可以看出,当两者距离越远,可以基本上认为高压的正负端电荷对低压的正负端作用力基本上抵消了,只产生微弱的共模干扰,而这个干扰,是共模的,越远,越少,所以可以基本上认为没有影响。


上图为共地,当把高低压的负端共地连接之后,负端我们设为地端,注意这个地端是虚地,跟大地是不连接的,只是一个参考的公共端。对低压的正端来说,因为低压本身是一个电压源,不受地端如何连接,低压的正端相对于地端的电压是不会变的,所以没有影响。那么我们可以看到,只剩下高压的正端对低压的影响,而这个影响是单端的差模,因为没有了之前的高压的负端的负作用,所以影响比较明显。并且,一般的讲,高压端的电压若有波动的时候,那就对低压的电压也会产生波动。

共地,本质上就是把原来的共模干扰,变成了差模干扰,所以干扰放大了很多。


在有高低压布线的时候,一定要注意两者的区别,比如开关电源的初级,因为初级就存在高低压布线问题,例如供电在10多伏,而它驱动的功率管电压瞬间可以达到500V,并且他们两者是共地的,所以一般建议他们的共地采用单点接地,同时低压的跟高压的布板不要挨得很近,尤其是TOPSWITCH三端电源芯片,对共地有严格的要求。一是布板器件摆放的合理性,二是单点接地。还有一点,在有几百伏高压的开关电源初级,一般建议用专用的电源类IC,而不是采用MCU之类的驱动器来代替专用IC,因为MCU类的抗干扰能力差,容易跑飞了,若要用,一般要用光耦隔离再驱动,若非要共地,一般建议加屏蔽罩,并且电源等地方的抗干扰一定要处理好。


有网友提到家用电网有火线问题,因为安全性,需要隔离,本文没有讨论安全性问题,只是把这个高低压共地干扰问题分析透,主要用于PCB布线等,提高抗干扰能力。

    •  Analog Employees 
    on May 7, 2014 5:53 AM

    推荐参考【PCB接地设计宝典:ADI资深专家总结的良好接地指导原则】http://ezchina.analog.com/message/9844#9844

  • 本人认为其中有几点谬误

    1. 楼主说“采用割空PCB方式,加大间距,这个的原因是PCB的材料一般是FR4材料,介电常数在4.2附近”。 其实跟PCB的材料没有关系,跟介电常数没有关系。真正的原因,在于爬电间距应该比空气间距大(相同耐压的情况下)。任何材料,即使绝缘能力再强,也不能保证保证表面不会被灰尘、油污、水汽说污染,导致表面两点间的绝缘能力大幅下降。割空PCB实际上就是破坏PCB的表面,用空气间距来代替爬电间距。

    相反,FR4的绝缘能力,远超过空气的绝缘能力。1mm的FR4的耐压,可能相当于几十mm的空气。

    2. 楼主说“共地,本质上就是把原来的共模干扰,变成了差模干扰,所以干扰放大了很多”。本人表示不敢苟同。楼主的意思就是“差模干扰比共模干扰大”,这是楼主自己发明的定理?敝人认为,共模干扰转换成差模干扰,是变大还是要变小,要看具体情况,不能笼统的说就一定变大。

  • ADI的这篇文章跟楼主说的不是一回事