非隔離IC控制器系統(tǒng)的PCB設(shè)計(jì)分析
發(fā)布時(shí)間:2020-09-03 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(jì)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(yàn);我在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)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(guò)系統(tǒng) EMS 的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試關(guān)鍵器件 IC 的功能引腳時(shí)出現(xiàn)高頻噪聲的問題,電路功能 IC 引腳檢測(cè)到干擾噪聲進(jìn)行異常保護(hù)等等。
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(jì)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(yàn);我在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)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(guò)系統(tǒng) EMS 的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),測(cè)試關(guān)鍵器件 IC 的功能引腳時(shí)出現(xiàn)高頻噪聲的問題,電路功能 IC 引腳檢測(cè)到干擾噪聲進(jìn)行異常保護(hù)等等。
通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合;用測(cè)試數(shù)據(jù)檢驗(yàn)我們的理論和實(shí)踐的差異點(diǎn)!優(yōu)良的設(shè)計(jì)跟長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)是密不可分的!
1.開關(guān)電源通過(guò)以下的原理示意圖分享設(shè)計(jì)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(dòng)脈沖電流回路最小化。
B.對(duì)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(gè)或多個(gè)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(jì)。
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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dá)成共地(如圖紅色虛線)!
2.對(duì)于非隔離的 IC 控制器與主功率回路系統(tǒng)的 PCB 設(shè)計(jì)思路
如下圖為-非隔離的電源給 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(dòng)回路的設(shè)計(jì)會(huì)影響系統(tǒng)的功能及可靠性。
通過(guò)圖示 IC 控制器-PCB 布局布線的設(shè)計(jì)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,如果是非隔離系統(tǒng);存在主電源系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)工作時(shí),此地不再進(jìn)行 12V 非隔離電源地連接。
A3.IC-控制中心的 gnd 要單點(diǎn)接地!C1 電容靠近 IC-gnd 引腳,引腳地與 C1 電容-gnd 最短連接。
關(guān)鍵環(huán)路
B.主電源回路路徑的最小化設(shè)計(jì)原則
C.拓?fù)潆娏骰芈仿窂阶钚』O(shè)計(jì)原則
D.脈沖驅(qū)動(dòng)回路路徑最小化設(shè)計(jì)原則
注意條件受限時(shí):電源的主回路與拓?fù)浠芈返碾娙菘赡懿还驳兀覀兛梢圆捎秒姎獠⒙?lián)的方式就近增加一個(gè)高頻電容達(dá)成共地!
3.具體 BOOST 的 LED 驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的 PCB 布局布線進(jìn)行具體分析
設(shè)計(jì)基本思路如上所述;用下圖進(jìn)行設(shè)計(jì)分析
在圖示中:黃色跳線(JX)有與 12V 回路地進(jìn)行最小化環(huán)路面積的理論設(shè)計(jì)。
PCB 藍(lán)色高亮部分為系統(tǒng) GND 走線,白色高亮部分為 12V-IC 供電電源正端走線。
通過(guò)實(shí)際的數(shù)據(jù)測(cè)試驗(yàn)證黃色跳線(JX)連接線接地對(duì)系統(tǒng)的影響:
測(cè)試條件:12V-6A 115V/600mA (燈條)
測(cè)試項(xiàng)目:12V 負(fù)載動(dòng)態(tài)負(fù)載時(shí)間間隔 500ms max load/minimum load6.6A/0.2A
示波器設(shè)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:
黃色跳線(JX)去除
通過(guò)優(yōu)化環(huán)路響應(yīng),增加動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
黃色跳線(JX)的系統(tǒng)回路影響:
由于 12V 同時(shí)給控制 IC 提供 VDD,在進(jìn)行差分信號(hào)走線時(shí) 12V 與 GND 布線時(shí)即電源與地的回流面積最??;當(dāng) 12V 拉負(fù)載時(shí),12V 電解電容正到地回流;當(dāng) 12V 負(fù)載電流增加時(shí)地走線阻抗不等于 0,這時(shí)在公共地阻抗上就會(huì)產(chǎn)生電壓差,導(dǎo)致地基準(zhǔn)位的變化。
去掉黃色跳線(JX)后,控制回路變成單點(diǎn)接地。此時(shí)地電位基準(zhǔn)的影響就不受多個(gè)回路電流的影響。在非隔離的系統(tǒng)中單點(diǎn)接地符合設(shè)計(jì)理論。
設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié):
可能存在多種原因,IC 供電電源有多種應(yīng)用功能連接。
A.對(duì)于隔離的控制器 IC 電路提供 VDD,在進(jìn)行差分信號(hào)走線時(shí) 12V 與 GND 布線時(shí)即電源與地的回流面積最??;
B.對(duì)于非隔離 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 走線要連接在一起到 IC-GND;IC-控制中心的 gnd 要求單點(diǎn)接地。
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