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开关电源在电子线路板的设计

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化；驱动脉冲电流回路化 。
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 短连接 。
关键环路
B．主电源回路路径的化设计原则
C．拓扑电流回路路径化设计原则
D．脉冲驱动回路路径化设计原则
注意条件受：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；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；
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 。
【开关电源在电子线路板的设计】

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