電路設計中的“熱地”和“冷地”

前言

最近做了一個簡單的小設備，從某寶采購的便宜的成品帶外殼，自己改造一下?lián)Q成帶無線通訊的產(chǎn)品，使用過程中忽略了阻容降壓只有 “ 熱地 ” 的問題，整得跳閘了好幾次 = =！跳閘的原因就得先了解電路中的不同的地了 ，所以本文我們就來講講電路中的 “ 熱地 ” 和 “冷地 ”。

一、 “地”的基本概念

在所有和電有關的設備中，都會提到一個概念：“ 地 ” 。

“地” 的經(jīng)典定義是 “作為電路或系統(tǒng)基準的等電位點或平面”。

“接地”有設備內(nèi)部的信號接地和設備接大地，兩者概念不同，目的也不同。

“地” 有設備內(nèi)部的信號“地”， 和真正的地——大地。

電路中的信號“地”又稱參考“地”，它是相對而言的，是零電位的參考點，也是構成電路信號回路的公共端，我們常常把電源的負極當成信號 “地” —— GND，它不是大地，有時候我們需要將它與大地連接，有時候不需要。

對于一些 MCU 的單品設備，他們只需要保證自己的信號地連接正確就好了，但是對于一些大型的電子設備，除了考慮產(chǎn)品設備內(nèi)部的信號接地，還會通常還將設備的信號地，機殼與大地連在一起，以大地作為設備的接地參考點。

1.1 “熱地” 與 “冷地”

本文主要探討一下 “熱地” ，有 “熱地” 對應的當然就是 “冷地”，下面來詳細了解一下。

什么是 “熱地” ？

“ 熱地 ”是指和交流電網(wǎng)直接或間接相連接的區(qū)域 。熱地 和大地之間是有電壓差的，如果人體站在大地上直接觸發(fā)，是有觸電危險的。

比如我們使用的阻容降壓電路，經(jīng)過 整流橋，穩(wěn)壓管，濾波電容的 負極 連接的 GND ，就是 “熱地” 。

在電路圖中，我們使用這個符號表示：

什么是 “冷地” ？

“ 冷地 ”是指的沒有和交流電網(wǎng)連接的地，經(jīng)變壓器或元器件隔離后對人身不會造成傷害的接地，或者只是存在于局部的回路，一般對人體而言都不會有危險。

比如我們?nèi)绻?a target="_blank">嵌入式開發(fā)，如果不涉及強電部分，只做一些簡單的傳感器設備，與真正的大地是沒有關系的。而這種不合電網(wǎng)連接在一起的地，其實就是"冷地"。

在電路圖中，我們使用這個符號表示：

當然，還有下圖的這種冷地的表示：

一般來說他表示大地，就是我們真正的地。

二、阻容降壓中的 “熱地”

有一篇文章講過阻容降壓電路：聊聊阻容降壓原理

現(xiàn)在回過頭來看看，其實當時圖中也沒有注意 GND 的圖標的問題，把 “熱地” 用 “冷地” 的電路圖標表示了，我們來看看阻容降壓的電路圖如下：

上圖中的 GND 就是熱地，他可以為我們的負載設備正常使用，就比如直接給 24V 設備供電，或者通過 DC/DC 或者 LDO ，直接轉(zhuǎn)成 3.3V 給我們單片機最小系統(tǒng)使用。

但是因為沒有進行隔離措施，即便有穩(wěn)壓二極管使得電壓變小了，但他還是直接與市電的 L 和 N 連接，存在一定的風險，這也是為什么阻容降壓安全性不高的原因。

2.1 跳閘的原因

在使用產(chǎn)品的過程中，我是直接使用的樣品上的阻容降壓電路通過 DC/DC 給 MCU 提供的電源，當準備給設備燒錄程序，每當我的 STLink 剛碰到板子的接口，就跳閘了…… 跳了幾次才想起來，是阻容降壓的問題，還挺尷尬的。

對于燒錄器而言，他是通過 USB 連接電腦的，所以他的地是和電腦的地連接在一起的，電腦使用的三眼插頭，那么電腦的地其實就是接了地，和真正的大地連接起來的。

而板子上經(jīng)過阻容降壓后的地，是“熱地”，他是經(jīng)過火線零線通過二極管連接的，燒錄器如果直接和板子連接，會導致火零線與大地短路??！所以導致跳閘。

三、關于“熱地”的一些實際問題

3.1 開關電源對地的隔離

那么上面說到阻容降壓不安全，因為他的地是 “熱地”，那么實際上現(xiàn)在使用的開關電源都是通過變壓器線圈是把冷地熱地隔離開了，直接上圖說明：

當然，除了變壓器， 光耦也是可以把冷地和熱地隔離開的。

3.2 示波器對220V交流的測量問題

我們一般用示波器測量信號，但是大家有沒有用示波器測量過220V交流電？

示波器是有地線的，示波器標配的是 3 眼插座，它的外殼是和 插座上的地線連接的，作為探針來說，他的負極其實也是和和插座上的地線連接的，那么這就會有一個問題，如果直接將將表筆測量 220V， 那么肯定會出現(xiàn)短路的情況。

那么我們?nèi)绾慰梢宰屖静ㄆ鳒y量 220V 交流電呢？

我們可以將示波器接線頭的地線 “去掉” ，不讓示波器的地 與真正的大地連接起來，那么示波器就可以直接測量 220V 交流電， . 但是注意！因為示波器的外殼是與表筆的地相連的，實際上這時候表筆的地也就是“熱地”，這樣做會導致示波器外殼帶電，有安全隱患。

我們也可以使用隔離變壓器，將被檢測設備隔離。. 但是這種方式屬于 “浮地” 測試，也有一定的安全隱患。

最安全的方式，應該是采用高壓差分探頭，可以直接測量，但是他也有個缺點，就是探頭比較貴= =！

所以使用示波器測量 220V 交流電，大家可以根據(jù)自己的實際情況選擇合適的方法，但是一定要注意安全。

結語

本文介紹了一下電路中的 “熱地” 和 “冷地”，通過對實際阻容降壓電路使用過程遇到的問題，讓大家了解了“熱地”，希望大家在以后的產(chǎn)品使用和設計的過程，能夠正確的區(qū)分“熱地” 和 “冷地”，減少使用設計過程中的問題。

編輯：黃飛