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非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

發布時間：2020-09-03 責任編輯：lina

【導讀】我們電子產品往往 60％以上－可靠性方麵的問題都出現在電子線路板的 PCB 設計上；工作及性能良好的 PCB 需要相關的理論及實踐經驗；我在產品的設計實踐中經常碰到各種各樣的問題；比如電子線路板不能通過係統 EMS 的測試標準，測試關鍵器件 IC 的功能引腳時出現高頻噪聲的問題，電路功能 IC 引腳檢測到幹擾噪聲進行異常保護等等。

我們電子產品往往 60％以上－可靠性方麵的問題都出現在電子線路板的 PCB 設計上；工作及性能良好的 PCB 需要相關的理論及實踐經驗；我在產品的設計實踐中經常碰到各種各樣的問題；比如電子線路板不能通過係統 EMS 的測試標準，測試關鍵器件 IC 的功能引腳時出現高頻噪聲的問題，電路功能 IC 引腳檢測到幹擾噪聲進行異常保護等等。

通過理論與實踐結合；用測試數據檢驗我們的理論和實踐的差異點！優良的設計跟長期的經驗總結是密不可分的！

1．開關電源通過以下的原理示意圖分享設計總體原則

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

圖示為我們常用的兩種開關電源的拓撲結構；

A．開關電源拓撲主電流回流路徑麵積最小化；驅動脈衝電流回路最小化。

B．對於隔離開關電源拓撲結構，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麵積布局布線設計。

C．如果電流回路有多個接地點，那麼接地點要與中心接地點重合。

D．實際設計時，我們會受到條件的限製；如果 2 個回路的電容可能不好近距離的共地！

設計的關鍵點：

我們就要采用電氣並聯的方式就近增加一個高頻電容達成共地（如圖紅色虛線）！

2．對於非隔離的 IC 控製器與主功率回路係統的 PCB 設計思路

如下圖為－非隔離的電源給 IC 控製器供電，IC 控製器控製 LED 的負載並進行調光及其它功能的控製應用。其控製器的供電及驅動回路的設計會影響係統的功能及可靠性。

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

通過圖示 IC 控製器－PCB 布局布線的設計思路如下：

A1．IC 周邊器件的地走線優先布局布線後連接到 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，如果是非隔離係統；存在主電源係統進行動態工作時，此地不再進行 12V 非隔離電源地連接。

A3．IC－控製中心的 gnd 要單點接地！C1 電容靠近 IC－gnd 引腳，引腳地與 C1 電容－gnd 最短連接。

關鍵環路

B．主電源回路路徑的最小化設計原則

C．拓撲電流回路路徑最小化設計原則

D．脈衝驅動回路路徑最小化設計原則

注意條件受限時：電源的主回路與拓撲回路的電容可能不共地，我們可以采用電氣並聯的方式就近增加一個高頻電容達成共地！

3．具體 BOOST 的 LED 驅動架構的 PCB 布局布線進行具體分析

設計基本思路如上所述；用下圖進行設計分析

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

在圖示中：黃色跳線（JX）有與 12V 回路地進行最小化環路麵積的理論設計。

PCB 藍色高亮部分為係統 GND 走線，白色高亮部分為 12V－IC 供電電源正端走線。

通過實際的數據測試驗證黃色跳線（JX）連接線接地對係統的影響：

測試條件：12V－6A 115V／600mA （燈條）

測試項目：12V 負載動態負載時間間隔 500ms max load／minimum load6．6A／0．2A

示波器設置

CH1：12V（偏置 10V） CH3：115V（偏置 100V） CH4：ILED（偏置 500mA）

黃色跳線（JX）在回路中：

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

黃色跳線（JX）去除

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

通過優化環路響應，增加動態響應速度。

非隔離IC控製器係統的PCB設計分析

黃色跳線（JX）的係統回路影響：

由於 12V 同時給控製 IC 提供 VDD，在進行差分信號走線時 12V 與 GND 布線時即電源與地的回流麵積最小；當 12V 拉負載時，12V 電解電容正到地回流；當 12V 負載電流增加時地走線阻抗不等於 0，這時在公共地阻抗上就會產生電壓差，導致地基準位的變化。

去掉黃色跳線（JX）後，控製回路變成單點接地。此時地電位基準的影響就不受多個回路電流的影響。在非隔離的係統中單點接地符合設計理論。

設計經驗總結：

可能存在多種原因，IC 供電電源有多種應用功能連接。

A．對於隔離的控製器 IC 電路提供 VDD，在進行差分信號走線時 12V 與 GND 布線時即電源與地的回流麵積最小；

B．對於非隔離 IC 控製的 GND 要避免形成環路；IC 同側引腳的相同功能引腳的 GND 走線要連接在一起到 IC－GND；IC－控製中心的 gnd 要求單點接地。

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