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開關電源在電子線路板的設計簡述

鉅大LARGE  |  點擊量:42次  |  2020年08月28日  

摘要
我們電子產品往往 60%以上-可靠性方面的問題都出現在電子線路板的 PCB 設計上;工作及性能良好的 PCB 需要相關的理論及實踐經驗;我在產品的設計實踐中經常碰到各種各樣的問題;比如電子線路板不能通

我們電子產品往往60%以上-可靠性方面的問題都出現在電子線路板的pCB設計上;工作及性能良好的pCB要相關的理論及實踐相關經驗;我在產品的設計實踐中經常碰到各種各樣的問題;比如電子線路板不能通過系統EMS的測試標準,測試關鍵器件IC的功能引腳時出現高頻噪聲的問題,電路功能IC引腳檢測到干擾噪聲進行異常保護等等。


通過理論與實踐結合;用測試數據檢驗我們的理論和實踐的差異點!優良的設計跟長期的相關經驗總結是密不可分的!


1.開關電源通過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關電源的拓撲結構;


A.開關電源拓撲主電流回流路徑面積最小化;驅動脈沖電流回路最小化。


B.關于隔離開關電源拓撲結構,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計。


C.假如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.實際設計時,我們會受到條件的限制;假如2個回路的電容可能不好近距離的共地!


設計的關鍵點:


我們就要采用電氣并聯的方式就近新增一個高頻電容達成共地(如圖紅色虛線)!


2.關于非隔離的IC控制器與主功率回路系統的pCB設計思路


如下圖為-非隔離的電源給IC控制器供電,IC控制器控制LED的負載并進行調光及其它功能的控制應用。其控制器的供電及驅動回路的設計會影響系統的功能及可靠性。


通過圖示IC控制器-pCB布局布線的設計思路如下:


A1.IC周邊器件的地走線優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,假如是非隔離系統;存在主電源系統進行動態工作時,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。


關鍵環路


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.脈沖驅動回路路徑最小化設計原則


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的方式就近新增一個高頻電容達成共地!


3.具體BOOST的LED驅動架構的pCB布局布線進行具體分析


設計基本思路如上所述;用下圖進行設計分析


在圖示中:黃色跳線(JX)有與12V回路地進行最小化環路面積的理論設計。


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


通過實際的數據測試驗證黃色跳線(JX)連接線接地對系統的影響:


測試條件:12V-6A115V/600mA(燈條)


測試項目:12V負載動態負載時間間隔500msmaxload/minimumload6.6A/0.2A


示波器設置


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


通過優化環路響應,新增動態響應速度。


黃色跳線(JX)的系統回路影響:


由于12V同時給控制IC供應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負載電流新增時地走線阻抗不等于0,這時在公共地阻抗上就會出現電壓差,導致地基準位的變化。


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。在非隔離的系統中單點接地符合設計理論。


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