01、前言

我們電子產(chǎn)品往往60%以上-可靠性方面的問(wèn)題都出現在電子線(xiàn)路板的PCB設計上；工作及性能良好的PCB需要相關(guān)的理論及實(shí)踐經(jīng)驗；我在產(chǎn)品的設計實(shí)踐中經(jīng)常碰到各種各樣的問(wèn)題；比如電子線(xiàn)路板不能通過(guò)系統EMS的測試標準，測試關(guān)鍵器件IC的功能引腳時(shí)出現高頻噪聲的問(wèn)題，電路功能IC引腳檢測到干擾噪聲進(jìn)行異常保護等等。通過(guò)不斷的理論與實(shí)踐結合；用實(shí)戰檢驗我們的理論和實(shí)踐的差異點(diǎn)！優(yōu)良的設計跟長(cháng)期的經(jīng)驗總結是密不可分的??！

 

我分享一下開(kāi)關(guān)電源與IC控制器PCB設計思路給電子設計愛(ài)好者參考。

 

02、開(kāi)關(guān)電源通過(guò)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(kāi)關(guān)電源的拓撲結構。

 

A.開(kāi)關(guān)電源拓撲主電流回流路徑面積最小化；驅動(dòng)脈沖電流回路最小化。

 

B.對于隔離開(kāi)關(guān)電源拓撲結構，電流回路被變壓器隔離成兩個(gè)或多個(gè)回路（原邊和副邊），電流回路要分開(kāi)最小回流面積布局布線(xiàn)設計。

 

C.如果電流回路有多個(gè)接地點(diǎn)，那么接地點(diǎn)要與中心接地點(diǎn)重合。

 

D.實(shí)際設計時(shí)，我們會(huì )受到條件的限制；如果2個(gè)回路的電容可能不好近距離的共地！

 

設計的關(guān)鍵點(diǎn)：

 

我們就要采用電氣并聯(lián)的方式就近增加一個(gè)高頻電容達成共地（如圖紅色虛線(xiàn)）！

 

03、開(kāi)關(guān)電源-IC控制器與主回路系統的PCB設計思路

 

如下圖為-開(kāi)關(guān)電源的輔助電源給IC控制器供電，IC控制器控制LED的負載并進(jìn)行調光及其它功能的控制應用。 其控制器的供電及驅動(dòng)回路的設計會(huì )影響系統的功能及可靠性。

 

 

通過(guò)圖示IC控制器-PCB布局布線(xiàn)的設計思路如下：

 

A1.IC周邊器件的地走線(xiàn)優(yōu)先布局布線(xiàn)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撲結構的GND拉開(kāi)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(diǎn)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計原則

C.拓撲電流回路路徑最小化設計原則

D.脈沖驅動(dòng)回路路徑最小化設計原則

 

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

 

04、我以具體BOOST的LED驅動(dòng)架構的PCB布局布線(xiàn)進(jìn)行實(shí)戰分析

 

設計基本思路如上所述；用下圖進(jìn)行細節分析:

 

 

B1.IC周邊器件的地走線(xiàn)優(yōu)先布局布線(xiàn)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撲結構的GND拉開(kāi)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(diǎn)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(huì )較大（跟負載有關(guān)）

 

注意1：在圖中Iv的電流方向跟驅動(dòng)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(diǎn)不先連接到gnd,而是先連到GND，將會(huì )在GND-gnd連接線(xiàn)上形成Iv電流回路，使Ig上疊加Iv會(huì )導致驅動(dòng)被干擾的情況。

 

注意2：在圖中的IC控制器驅動(dòng)MOS器件后均會(huì )有采用反饋電路-同時(shí)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；通常由于PCB布局的原因走線(xiàn)較長(cháng)時(shí)其引腳的高頻濾波電容就變得非常重要；實(shí)戰原理圖&PCB如下：

 

 

IC控制器相關(guān)的PCB設計參考如下圖：我們采用高亮地走線(xiàn)的方法進(jìn)行分析：

 

 

按照IC控制器-PCB布局布線(xiàn)的設計思路進(jìn)行檢查；

 

C1.IC周邊器件的地走線(xiàn)優(yōu)先布局布線(xiàn)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撲結構的GND拉開(kāi)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(diǎn)接地/ OK

C4.用示波器用20MHZ帶寬再來(lái)測量 關(guān)鍵信號IC-驅動(dòng)DRV 及IC-采樣FB1/FB2/CS1/CS2的噪聲電壓情況；在上圖中測試時(shí)發(fā)現FB2引腳 存在小的噪聲電壓 而FB1基本沒(méi)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(méi)有直接向連接，FB2通過(guò)長(cháng)的跳線(xiàn)J27回到IC-GND同時(shí)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(xiàn)與FB1-GND走線(xiàn)直接連接；同時(shí)斷開(kāi)J27連接線(xiàn)；

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

 

實(shí)戰經(jīng)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(dòng)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(kāi)走線(xiàn)；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(huì )使GND-連線(xiàn)上較強的驅動(dòng)Ig脈沖電流疊加到自己的地線(xiàn)上；控制電路也會(huì )被驅動(dòng)干擾到！因此IC其它各個(gè)電路的地線(xiàn)無(wú)論怎么繞均應分別走線(xiàn)到gnd單點(diǎn)接地！否則除了上述原因強電流回路串進(jìn)自己的地線(xiàn)形成干擾外，還可能通過(guò)共用的地線(xiàn)相互干擾！

 

B. IC控制的GND要避免形成環(huán)路；IC同側引腳的相同功能引腳的GND走線(xiàn)要

連接在一起連接到IC-GND；盡量避免布置長(cháng)跳線(xiàn)的GND走線(xiàn);IC-控制中心的gnd要單點(diǎn)接地。

 

C.電子線(xiàn)路板EMS的問(wèn)題與PCB的地走線(xiàn)，地回路，接地的位置及接地點(diǎn)方式有關(guān)！

 

（來(lái)源：韜略科技EMC，作者：杜佐兵）