開關(guān)電源與IC控制器PCB設(shè)計思路分享

中聯(lián)恒升線路板 · 發(fā)表于 2021-3-22 10:49:11

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。

一、開關(guān)電源通過以下的原理示意圖分享設(shè)計總體原則

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）！

二、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。

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！

三、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：

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：

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：

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：

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)！