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開關電源在電子線路板的設計簡述

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Technology

開關電源在電子線路板的設計簡述

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2020/07/27
瀏覽量

  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.對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.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!
設計的關鍵點:
我們就要采用電氣并聯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,如果是非隔離系統;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增加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-6A 115V/600mA (燈條)
測試項目:12V 負載動態負載時間間隔 500ms max load/minimum load6.6A/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,增加動態響應速度。
 
黃色跳線(JX)的系統回路影響:
  由于 12V 同時給控制 IC 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小;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生電壓差,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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