《電子技術(shù)應(yīng)用》
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非隔離IC控制器系統(tǒng)的PCB設(shè)計分析

2020-06-27
來源:物聯(lián)產(chǎn)品&電磁兼容EMC
關(guān)鍵詞: 非隔離 IC PCB 控制中心

    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的測試標準,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行異常保護等等。

    通過理論與實踐結(jié)合;用測試數(shù)據(jù)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!

     1.開關(guān)電源通過以下的原理示意圖分享設(shè)計總體原則

    

1.jpg

    圖示為我們常用的兩種開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu);

    A.開關(guān)電源拓撲主電流回流路徑面積最小化;驅(qū)動脈沖電流回路最小化。

    B.對于隔離開關(guān)電源拓撲結(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成共地(如圖紅色虛線)!

    2.對于非隔離的IC控制器與主功率回路系統(tǒng)的PCB設(shè)計思路

    如下圖為-非隔離的電源給IC控制器供電,IC控制器控制LED的負載并進行調(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。

    

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    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,如果是非隔離系統(tǒng);存在主電源系統(tǒng)進行動態(tài)工作時,此地不再進行12V非隔離電源地連接。

    A3.IC-控制中心的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(guān)鍵環(huán)路

    B.主電源回路路徑的最小化設(shè)計原則

    C.拓撲電流回路路徑最小化設(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高頻電容達成共地!

    3.具體BOOST的LED驅(qū)動架構(gòu)的PCB布局布線進行具體分析

    設(shè)計基本思路如上所述;用下圖進行設(shè)計分析

    

3.jpg

    在圖示中:黃色跳線(JX)有與12V回路地進行最小化環(huán)路面積的理論設(shè)計。

    PCB藍色高亮部分為系統(tǒng)GND走線,白色高亮部分為12V-IC供電電源正端走線。

    通過實際的數(shù)據(jù)測試驗證黃色跳線(JX)連接線接地對系統(tǒng)的影響:

    測試條件:12V-6A 115V/600mA (燈條)

    測試項目:12V負載動態(tài)負載時間間隔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:

    

4.jpg

    黃色跳線(JX)去除

    

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    通過優(yōu)化環(huán)路響應(yīng),增加動態(tài)響應(yīng)速度。

    

6.jpg

    黃色跳線(JX)的系統(tǒng)回路影響:

    由于12V同時給控制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面積最??;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于0,這時在公共地阻抗上就會產(chǎn)生電壓差,導(dǎo)致地基準位的變化。

    去掉黃色跳線(JX)后,控制回路變成單點接地。此時地電位基準的影響就不受多個回路電流的影響。在非隔離的系統(tǒng)中單點接地符合設(shè)計理論。

    設(shè)計經(jīng)驗總結(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.對于隔離的控制器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面積最?。?/p>

    B.對于非隔離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要求單點接地。

    

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