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分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計

發(fā)布時間:2020-04-28 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】我們電子產(chǎn)品往往60%以上-可靠性方面的問題都出現(xiàn)在電子線路板的PCB設(shè)計上;工作及性能良好的PCB需要相關(guān)的理論及實踐經(jīng)驗。
 
01、前言
我們電子產(chǎn)品往往60%以上-可靠性方面的問題都出現(xiàn)在電子線路板的PCB設(shè)計上;工作及性能良好的PCB需要相關(guān)的理論及實踐經(jīng)驗;我在產(chǎn)品的設(shè)計實踐中經(jīng)常碰到各種各樣的問題;比如電子線路板不能通過系統(tǒng)EMS的測試標(biāo)準(zhǔn),測試關(guān)鍵器件IC的功能引腳時出現(xiàn)高頻噪聲的問題,電路功能IC引腳檢測到干擾噪聲進(jìn)行異常保護(hù)等等。通過不斷的理論與實踐結(jié)合;用實戰(zhàn)檢驗我們的理論和實踐的差異點!優(yōu)良的設(shè)計跟長期的經(jīng)驗總結(jié)是密不可分的??!
 
我分享一下開關(guān)電源與IC控制器PCB設(shè)計思路給電子設(shè)計愛好者參考。
 
02、開關(guān)電源通過以下的原理示意圖分享設(shè)計總體原則
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
圖示為我們常用的兩種開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
 
A.開關(guān)電源拓?fù)渲麟娏骰亓髀窂矫娣e最小化;驅(qū)動脈沖電流回路最小化。
 
B.對于隔離開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),電流回路被變壓器隔離成兩個或多個回路(原邊和副邊),電流回路要分開最小回流面積布局布線設(shè)計。
 
C.如果電流回路有多個接地點,那么接地點要與中心接地點重合。
 
D.實際設(shè)計時,我們會受到條件的限制;如果2個回路的電容可能不好近距離的共地!
 
設(shè)計的關(guān)鍵點:
 
我們就要采用電氣并聯(lián)的方式就近增加一個高頻電容達(dá)成共地(如圖紅色虛線)!
 
03、開關(guān)電源-IC控制器與主回路系統(tǒng)的PCB設(shè)計思路
 
如下圖為-開關(guān)電源的輔助電源給IC控制器供電,IC控制器控制LED的負(fù)載并進(jìn)行調(diào)光及其它功能的控制應(yīng)用。 其控制器的供電及驅(qū)動回路的設(shè)計會影響系統(tǒng)的功能及可靠性。
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
通過圖示IC控制器-PCB布局布線的設(shè)計思路如下:
 
A1.IC周邊器件的地走線優(yōu)先布局布線后連接到IC-gnd;
A2.IC-gnd再連接到濾波電容C1(高頻電容-低容值)的接地端,此地可能與電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的GND拉開距離;即與圖示中并聯(lián)的電解電容En
A3.IC-控制中心的gnd要單點接地!IC-gnd單獨連接到C1電容的地端
 
關(guān)鍵環(huán)路
B.主電源回路路徑的最小化設(shè)計原則
C.拓?fù)潆娏骰芈仿窂阶钚』O(shè)計原則
D.脈沖驅(qū)動回路路徑最小化設(shè)計原則
 
注意條件受限時:電源的主回路與拓?fù)浠芈返碾娙菘赡懿还驳?,我們可以采用電氣并?lián)的方式就近增加一個高頻電容達(dá)成共地!
 
04、我以具體BOOST的LED驅(qū)動架構(gòu)的PCB布局布線進(jìn)行實戰(zhàn)分析
 
設(shè)計基本思路如上所述;用下圖進(jìn)行細(xì)節(jié)分析:
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
B1.IC周邊器件的地走線優(yōu)先布局布線后連接到IC-gnd;
B2.IC-gnd再連接到濾波電容C1(高頻電容-低容值)的接地端,此地可能與電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的GND拉開距離;即與圖示中并聯(lián)的電解電容En
B3.IC-控制中心的gnd要單點接地!IC-gnd單獨連接到C1電容的地端再連接出去。設(shè)計機理分析:
 
圖中的供電電源的Iv可能會較大(跟負(fù)載有關(guān))
 
注意1:在圖中Iv的電流方向跟驅(qū)動電路Ig的電流方向正好相反(它是C1/En的輸入電流);在圖示中如果其接地點不先連接到gnd,而是先連到GND,將會在GND-gnd連接線上形成Iv電流回路,使Ig上疊加Iv會導(dǎo)致驅(qū)動被干擾的情況。
 
注意2:在圖中的IC控制器驅(qū)動MOS器件后均會有采用反饋電路-同時有設(shè)計RC電路參數(shù)到IC引腳;參考電路如下:FB1/FB2與CS1/CS2為采樣反饋電路到IC;通常由于PCB布局的原因走線較長時其引腳的高頻濾波電容就變得非常重要;實戰(zhàn)原理圖&PCB如下:
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
IC控制器相關(guān)的PCB設(shè)計參考如下圖:我們采用高亮地走線的方法進(jìn)行分析:
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
按照IC控制器-PCB布局布線的設(shè)計思路進(jìn)行檢查;
 
C1.IC周邊器件的地走線優(yōu)先布局布線后連接到IC-GND/基本OK;
C2.IC-GND再連接到濾波電容C1(高頻電容-低容值)的接地端,此地可能與電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的GND拉開距離;即與圖示中并聯(lián)的電解電容En/ OK;
C3.IC-控制中心的gnd要單點接地/ OK
C4.用示波器用20MHZ帶寬再來測量 關(guān)鍵信號IC-驅(qū)動DRV 及IC-采樣FB1/FB2/CS1/CS2的噪聲電壓情況;在上圖中測試時發(fā)現(xiàn)FB2引腳 存在小的噪聲電壓 而FB1基本沒有噪聲電壓。
C5.檢查PCB中FB1 與FB2為同功能引腳在IC的同一側(cè)其GND沒有直接向連接,F(xiàn)B2通過長的跳線J27回到IC-GND同時IC-GND引腳緊鄰的是IC-DRV引腳。
進(jìn)行如下PCB優(yōu)化:
 
分析開關(guān)電源與IC控制器的PCB設(shè)計
 
將上圖中的FB2-GND走線與FB1-GND走線直接連接;同時斷開J27連接線;
再進(jìn)行噪聲電壓測試;系統(tǒng)關(guān)鍵引腳均測試不到噪聲電壓波形數(shù)據(jù),系統(tǒng)有最佳的PCB性能及更高的可靠性設(shè)計!
 
實戰(zhàn)經(jīng)驗總結(jié):
 
A. 可能存在多種原因,IC供電電源有多種應(yīng)用功能連接。
注意:到驅(qū)動IC電路的濾波電容C1-正端的輸入輸出及連接地都需要分開走線;其它電路單元的電流一般比較弱,如果連接到其它地方 則會使GND-連線上較強的驅(qū)動Ig脈沖電流疊加到自己的地線上;控制電路也會被驅(qū)動干擾到!因此IC其它各個電路的地線無論怎么繞均應(yīng)分別走線到gnd單點接地!否則除了上述原因強電流回路串進(jìn)自己的地線形成干擾外,還可能通過共用的地線相互干擾!
 
B. IC控制的GND要避免形成環(huán)路;IC同側(cè)引腳的相同功能引腳的GND走線要
連接在一起連接到IC-GND;盡量避免布置長跳線的GND走線;IC-控制中心的gnd要單點接地。
 
C.電子線路板EMS的問題與PCB的地走線,地回路,接地的位置及接地點方式有關(guān)!
 
(來源:韜略科技EMC,作者:杜佐兵)
 
 
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