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。