熱地 HOT Ground 是甚麼-沒搞懂會暴電路

講到接地大家一定都有聽過，但是各位聽過 HOT ground 熱地嗎? 沒聽過很正常，一般這在電源電路比較有機會遇到，只是接地還分冷熱嗎? 沒錯! 地有分冷地與熱地，事實上它就是一次側的地與二次側的地，只是名稱不同，我認為冷地、熱地這些名詞還滿直觀的，這次助教就來帶大家了解其中的差別。

整流電路的參考電位

一般教科書的整流電路大概就是下圖的樣子，輸入端會有正負半週的電源進來，經過橋式整流於是負半週翻為正半週，再配上電容把電壓撐起來，就幾乎能得到150幾伏的直流電了。

那麼上圖中的參考電位在哪裡? 一般我們會需要分析負載的電路，所以參考電位會設定在橋式整流輸出的負極，若把Ground符號標上去的話，就會是如下圖，我在下方加了地電位的符號。

一旦加上Ground符號的話，負載的電路就很好分析了，因為負極的電壓就是0V，其餘節點就很好計算，那我問各位一個問題，這個標示Ground的地方可以用手摸嗎? 先講答案，千萬不行!

電源電路分析

上圖中的負極標示接地符號的地方，絕對不可以用手摸，否則會電到喔! 因為它可是150多伏特的電壓啊! 但明明是接地的點，為什麼會電人呢? 這就需要做電路分析了，首先各位要知道市電的110V電源是由兩條線構成的，一條是火線L、一條是中性線N，電力公司把中性線送進屋子之前會把N與大地相接，所以中性線的電壓會是0V如下圖。我們這裡講的電壓是以大地為參考電位，因為人是站在地面上的，所以才會以地面為參考點來討論，至右邊於那個三角形的接地符號，各位就暫時把它當作是個節點，只不過擁有一個接地符號罷了。

基於大地為0V的定義之下，我們來分析110V電源的正負半周波形，會在橋式整流的負極產生甚麼電壓? 下圖左邊是正半周波形的頂點，電流由上往下流，由於二極體的順向電壓是0.7V，所以負極的電壓就是0.7V；但是當波形是負半周的頂點時，電流由下往上流，負極的電壓就變成-155.3V了，對你沒看錯，那個負極的接地符號會在0.7V與-155.3V之間擺盪，同理正極會在-0.7V與155.3V之間擺盪。

熱地 Hot ground

為什麼負極明明畫了接地符號，電壓卻會擺盪，而且還高達150幾伏特? 因為橋式整流的正極與負極，是給後面的負載看的，這樣負載才方便做電路分析，別看目前的負載只有一個電阻，那只是我為了簡化說明才只畫一個電阻意思意思，它實際上可能是很複雜的電路，對負載來說橋式的負極就是參考電位，而且正負極之間的直流電壓還很穩定，但是對於大地來說，橋式的正負極其實是高高低低的波浪啊，而且電壓還不小，大約是150多伏特如下圖。

如果人的手碰到橋式的負極，由於負極的峰對蜂值是150幾伏，人就會觸電，像這種結點對負載來說是參考電位，對大地來說卻是像電源一般的存在，這種結點我們就稱為熱地，所以這是一個以人為觀點來看待的結果。所以我才說不要太在意那個負極的接地符號，那就只是個畫了三角形的節點而已，它是給負載看的。

冷地 Gold ground

相對於熱地，就會有所謂的冷地，也就是手摸了不會觸電的地，像PC的電源供應器外殼就屬於冷地，家電的金屬外殼也屬於冷地。關於冷地、熱地這兩個名詞，其實台灣不太常用，大部分的人可能會使用一次側接地與二次側接地，或是初級地、次級地來稱呼，其實講的東西都一樣，我只是覺得用熱地更有感覺。

那麼PC電源供應器是如何將可怕的熱地變成冷地呢? 下圖是簡化過後的交換式電源示意圖，回授電路我就不畫了，這個電路下方有個開關，會以幾十或幾百kHz的高頻率On/Off，這麼一來在變壓器的一次側的跨接電壓就會在0V與154.6V之間來回變化，而且這個跨接電壓會載在一個60Hz的弦波上，上緣的包封波就是正極，下緣的包封波就是負極，如下圖藍色的波形，於是變壓器就會在二次側感應出對應的電壓與電流，如下圖橘色的波形。

而原本在一次側的正負極交60Hz流電壓，並不會被帶到二次側來，因為變壓器只會對一次側兩端的跨接電壓差做反應，上緣與下緣的包封波，由於是同上同下的擺盪，彼此的電位差相當於是直流電，所以變壓器不會有反應，因此變壓器的二次側所呈現的跨接電壓，就只有按照匝數比得出的電壓，至於二次側的共模電壓，就看二次側的其中一端是否有接到大地，如果有接那麼整個輸出直流電就會是平的，接到大地的這個點，就稱為冷地。如果二次側沒接到大地，那麼輸出的直流電上面還是會帶一點60Hz的震盪，因為變壓器的兩側也相當於電容的構造，一次側的共模電壓會被耦合過來。

冷地與熱地不能短接

由於冷地與熱地電壓不同，所以千萬不能短接在一起，否則會爆電路，那會爆哪裡呢? 請看下圖，假設火線電壓為-155V，電流會由下往上流，由於冷地與熱地短接，所以電流會經過左上方的二極體，跳過負載到達火線，這個意思就是火線與中性線短路了，所以左上方的二極體會爆，如果你因為好奇想說既然都已經爆了，那把火線與中性線對調再插一次看看會怎樣，這樣的話就會變成爆左下方的二極體，從此就再也不會爆囉，所以冷地與熱地千萬不能短接喔。