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分析開關電源與IC控製器的PCB設計

發布時間：2020-04-28 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。

01、前言

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。通過不斷的理論與實踐結合；用實戰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！！

我分享一下開關電源與IC控製器PCB設計思路給電子設計愛好者參考。

02、開關電源通過以下的原理示意圖分享設計總體原則

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）！

03、開關電源-IC控製器與主回路係統的PCB設計思路

如下圖為-開關電源的輔助電源給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。

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，此地可能與電源的拓撲結構的GND拉開距離；即與圖示中並聯的電解電容En

A3.IC-控製中心的gnd要單點接地！IC-gnd單獨連接到C1電容的地端

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！

04、我以具體BOOST的LED驅動架構的PCB布局布線進行實戰分析

設計基本思路如上所述；用下圖進行細節分析:

B1.IC周邊器件的地走線優先布局布線後連接到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撲結構的GND拉開距離；即與圖示中並聯的電解電容En

B3.IC-控製中心的gnd要單點接地！IC-gnd單獨連接到C1電容的地端再連接出去。設計機理分析：

圖中的供電電源的Iv可能會較大（跟負載有關）

注意1：在圖中Iv的電流方向跟驅動電路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會導致驅動被幹擾的情況。

注意2：在圖中的IC控製器驅動MOS器件後均會有采用反饋電路-同時有設計RC電路參數到IC引腳；參考電路如下：FB1/FB2與CS1/CS2為采樣反饋電路到IC；通常由於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；實戰原理圖&PCB如下：

IC控製器相關的PCB設計參考如下圖：我們采用高亮地走線的方法進行分析：

按照IC控製器-PCB布局布線的設計思路進行檢查；

C1.IC周邊器件的地走線優先布局布線後連接到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撲結構的GND拉開距離；即與圖示中並聯的電解電容En/ OK;

C3.IC-控製中心的gnd要單點接地/ OK

C4.用示波器用20MHZ帶寬再來測量關鍵信號IC-驅動DRV 及IC-采樣FB1/FB2/CS1/CS2的噪聲電壓情況；在上圖中測試時發現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的同一側其GND沒有直接向連接，FB2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。

進行如下PCB優化：

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；

再進行噪聲電壓測試；係統關鍵引腳均測試不到噪聲電壓波形數據，係統有最佳的PCB性能及更高的可靠性設計！

實戰經驗總結：

A. 可能存在多種原因，IC供電電源有多種應用功能連接。

注意：到驅動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-連線上較強的驅動Ig脈衝電流疊加到自己的地線上；控製電路也會被驅動幹擾到！因此IC其它各個電路的地線無論怎麼繞均應分別走線到gnd單點接地！否則除了上述原因強電流回路串進自己的地線形成幹擾外，還可能通過共用的地線相互幹擾！

B. 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

連接在一起連接到IC-GND；盡量避免布置長跳線的GND走線;IC-控製中心的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！

（來源：韜略科技EMC，作者：杜佐兵）

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