非隔离IC控制器与主功率回路系统的PCB设计思路

我们电子产品往往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。

通过理论与实践结合；用测试数据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！

1.开关电源通过以下的原理示意图分享设计总体原则

图示为我们常用的两种开关电源的拓扑结构；

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。

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。

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。

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！

设计的关键点：

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）！

2.对于非隔离的IC控制器与主功率回路系统的PCB设计思路

如下图为-非隔离的电源给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。

通过图示IC控制器-PCB布局布线的设计思路如下：

A1.IC周边器件的地走线优先布局布线后连接到IC-gnd；

A2.IC-gnd再连接到滤波电容C1（高频电容-低容值）的接地端，如果是非隔离系统；存在主电源系统进行动态工作时，此地不再进行12V非隔离电源地连接。

A3.IC-控制中心的gnd要单点接地！C1电容靠近IC-gnd引脚，引脚地与C1电容-gnd最短连接。

关键环路

B.主电源回路路径的最小化设计原则

C.拓扑电流回路路径最小化设计原则

D.脉冲驱动回路路径最小化设计原则

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！

3.具体BOOST的LED驱动架构的PCB布局布线进行具体分析

设计基本思路如上所述；用下图进行设计分析

在图示中：黄色跳线(JX)有与12V回路地进行最小化环路面积的理论设计。

PCB蓝色高亮部分为系统GND走线，白色高亮部分为12V-IC供电电源正端走线。

通过实际的数据测试验证黄色跳线(JX)连接线接地对系统的影响：

测试条件：12V-6A 115V/600mA (灯条)

测试项目:12V负载动态负载时间间隔500ms max load/minimum load6.6A/0.2A

示波器设置

CH1:12V（偏置10V） CH3:115V(偏置100V) CH4:ILED(偏置500mA)

黄色跳线(JX)在回路中：



黄色跳线(JX)去除



通过优化环路响应，增加动态响应速度。

黄色跳线(JX)的系统回路影响：

由于12V同时给控制IC提供VDD，在进行差分信号走线时12V与GND布线时即电源与地的回流面积最小；当12V拉负载时，12V电解电容正到地回流；当12V负载电流增加时地走线阻抗不等于0，这时在公共地阻抗上就会产生电压差，导致地基准位的变化。

去掉黄色跳线(JX)后，控制回路变成单点接地。此时地电位基准的影响就不受多个回路电流的影响。在非隔离的系统中单点接地符合设计理论。

设计经验总结： 

可能存在多种原因，IC供电电源有多种应用功能连接。

A.对于隔离的控制器IC电路提供VDD，在进行差分信号走线时12V与GND布线时即电源与地的回流面积最小；

B.对于非隔离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走线要连接在一起到IC-GND;IC-控制中心的gnd要求单点接地。

 

审核编辑：刘清