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们电子产品往往60%以上-可靠性方面的问题都出现在电子线路板的PCB设计上；工作及性能良好的PCB需要相关的理论及实践经验；我在产品的设计实践中经常碰到各种各样的问题；比如电子线路板不能通过系统EMS的测试标准，测试关键器件IC的功能引脚时出现高频噪声的问题，电路功能IC引脚检测到干扰噪声进行异常保护等等。通过不断的理论与实践结合；用实战检验我们的理论和实践的差异点！优良的设计跟长期的经验总结是密不可分的！ . Z( `5 W, ~, q3 L3 J" I0 C0 P0 e8 }
我分享一下开关电源与IC控制器PCB设计思路给电子设计爱好者参考。 一、开关电源通过以下的原理示意图分享设计总体原则 % r: F' k+ X1 B" ]- Z- d
图示为我们常用的两种开关电源的拓扑结构。 0 K' r# y# {- ~: E; ]
A.开关电源拓扑主电流回流路径面积最小化；驱动脉冲电流回路最小化。 7 j4 Y# R9 c' \* c3 Z8 x' p8 h
B.对于隔离开关电源拓扑结构，电流回路被变压器隔离成两个或多个回路（原边和副边），电流回路要分开最小回流面积布局布线设计。 8 b+ s0 a( M4 d/ a* G3 j
C.如果电流回路有多个接地点，那么接地点要与中心接地点重合。 $ p" ?# q) P. z( S
D.实际设计时，我们会受到条件的限制；如果2个回路的电容可能不好近距离的共地！ 6 F; V R6 ?) L; v5 f1 |' \
设计的关键点：
, b" L, u& D* a6 [2 N我们就要采用电气并联的方式就近增加一个高频电容达成共地（如图红色虚线）！ 二、开关电源-IC控制器与主回路系统的PCB设计思路 如下图为开关电源的辅助电源给IC控制器供电，IC控制器控制LED的负载并进行调光及其它功能的控制应用。其控制器的供电及驱动回路的设计会影响系统的功能及可靠性。 7 Y4 S0 y2 p( S4 j; k; ~
通过图示IC控制器-PCB布局布线的设计思路如下：
" I- S: T! a2 P5 GA1.IC周边器件的地走线优先布局布线后连接到IC-gnd;
; D/ Y+ V4 a( i9 U' U( i& VA2.IC-gnd再连接到滤波电容C1（高频电容-低容值）的接地端，此地可能与电源的拓扑结构的GND拉开距离；即与图示中并联的电解电容En;
% f. }) ^$ w+ q" V1 WA3.IC-控制中心的gnd要单点接地！IC-gnd单独连接到C1电容的地端。
关键环路 B.主电源回路路径的最小化设计原则& K# f- M/ P8 ^- F1 f+ v: h
C.拓扑电流回路路径最小化设计原则
X' p( ^; \- L5 \1 WD.脉冲驱动回路路径最小化设计原则
/ w' z8 [# \7 Y7 b& ?) ~* B; I6 P注意条件受限时：电源的主回路与拓扑回路的电容可能不共地，我们可以采用电气并联的方式就近增加一个高频电容达成共地！
三、BOOST的LED驱动架构的PCB布局布线进行实战分析 设计基本思路如上所述，用下图进行细节分析： B1.IC周边器件的地走线优先布局布线后连接到IC-gnd; % f4 b' t, C! t& Z+ k U0 [4 ?
B2.IC-gnd再连接到滤波电容C1（高频电容-低容值）的接地端，此地可能与电源的拓扑结构的GND拉开距离；即与图示中并联的电解电容En;
0 h! d5 F5 O6 l! _5 e4 }! j2 kB3.IC-控制中心的gnd要单点接地！IC-gnd单独连接到C1电容的地端再连接出去。
设计机理分析： 图中的供电电源的Iv可能会较大（跟负载有关）
+ O8 I; K7 d7 w) m注意1：在图中Iv的电流方向跟驱动电路Ig的电流方向正好相反（它是C1/En的输入电流）；在图示中如果其接地点不先连接到gnd,而是先连到GND，将会在GND-gnd连接线上形成Iv电流回路，使Ig上叠加Iv会导致驱动被干扰的情况。
0 X# L: _) F {6 L7 x注意2：在图中的IC控制器驱动MOS器件后均会有采用反馈电路-同时有设计RC电路参数到IC引脚；参考电路如下：FB1/FB2与CS1/CS2为采样反馈电路到IC；通常由于PCB布局的原因走线较长时其引脚的高频滤波电容就变得非常重要；实战原理图&PCB如下：
IC控制器相关的PCB设计参考如下图：我们采用高亮地走线的方法进行分析： 按照IC控制器-PCB布局布线的设计思路进行检查 4 i% b: E3 d8 |: ]) |9 `0 {* j
C1.IC周边器件的地走线优先布局布线后连接到IC-GND/基本OK;
9 E4 G0 N. W- a1 ?! ?' G. E4 a( vC2.IC-GND再连接到滤波电容C1（高频电容-低容值）的接地端，此地可能与电源的拓扑结构的GND拉开距离；即与图示中并联的电解电容En/ OK;
1 K2 R) l- @: N& ^0 T4 h
C3.IC-控制中心的gnd要单点接地/ OK; ; u$ l+ ]; w* {+ E$ ?
C4.用示波器用20MHZ带宽再来测量 关键信号IC-驱动DRV 及IC-采样FB1/FB2/CS1/CS2的噪声电压情况；在上图中测试时发现FB2引脚 存在小的噪声电压 而FB1基本没有噪声电压。
" P; N# q, J3 j% }# q; q: |. q! v- }C5.检查PCB中FB1 与FB2为同功能引脚在IC的同一侧其GND没有直接向连接，FB2通过长的跳线J27回到IC-GND同时IC-GND引脚紧邻的是IC-DRV引脚。
/ A# p! g1 ?( j. D8 r) a进行如下PCB优化：
3 N# _' i& Y$ ?: ?: r
将上图中的FB2-GND走线与FB1-GND走线直接连接；同时断开J27连接线； / C, t8 d% S% s# Q/ X! Z' i
再进行噪声电压测试；系统关键引脚均测试不到噪声电压波形数据，系统有最佳的PCB性能及更高的可靠性设计！ ! u6 U% D9 p- @' W3 e4 B3 z. \& K
实战经验总结
; x0 P1 R5 T$ M8 H. c% ]1 y" VA. 可能存在多种原因，IC供电电源有多种应用功能连接。
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注意：到驱动IC电路的滤波电容C1-正端的输入输出及连接地都需要分开走线；其它电路单元的电流一般比较弱，如果连接到其它地方 则会使GND-连线上较强的驱动Ig脉冲电流叠加到自己的地线上；控制电路也会被驱动干扰到！因此IC其它各个电路的地线无论怎么绕均应分别走线到gnd单点接地！否则除了上述原因强电流回路串进自己的地线形成干扰外，还可能通过共用的地线相互干扰！
/ B3 _' c& q3 W9 v! ?2 J$ IB. IC控制的GND要避免形成环路；IC同侧引脚的相同功能引脚的GND走线要连接在一起连接到IC-GND；尽量避免布置长跳线的GND走线;IC-控制中心的gnd要单点接地。
/ V* {9 S0 \; A/ M; v& D
C.电子线路板EMS的问题与PCB的地走线，地回路，接地的位置及接地点方式有关！ 3 l: V u. o. d' T. N) D6 n
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发表于 2021-2-19 11:19
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