杜佐兵
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EMC设计-开关w88PCB设计思路

其实我们电子产品往往60%以上都出现在电子线路板的PCB设计上。好的PCB设计需要相关的理论及实践经验。本文档提供开关w88的PCB设计思路给电子设计爱好者参考!

1.PCB设计总体原则

*拓扑电流回路最小化;脉冲电流回路最小化。

*对于隔离拓扑结构,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化布置。

*如果电流回路有个接地点,那么接地点要与中心接地点重合。

*实际设计时,我们会受到条件的限制;2个回路的电容可能不好近距离的共地!设计的关键点:我们要采用电气并联的方式就近增加一个电容达成共地(如上图)。

2.PCB-Layout-高频走线(FLY为参考例)

A.整流二级管,钳位吸收二极管,MOS管与变压器引脚;这些高频处引线应尽可能短,layout 时避免走直角;特别是RCD回路吸收二极与MOS管的距离对产品的辐射影响会达到10dB以上!!以下用测试数据进行补充说明。

B.MOS管的驱动信号,检流电阻的检流信号,到控制IC 的走线距离越短越好;

C.检流电阻与MOS和GND 的距离应尽可能短。

案例-实验测试例:RCD回路影响,RCD回路及吸收二极管与MOS的距离位置影响。

RCD吸收回路增大且吸收二极管远离MOS管放置;PCB如上,测试EMI数据如下;

EMI-辐射测试结果35MHZ-50MHZ出现超标的频点;

RCD吸收回路最小且吸收二极管靠近MOS管放置;PCB如上,测试EMI数据如下;

EMI-辐射测试结果35MHZ-50MHZ有较好的设计裕量;EMI测试OK!!

原因分析:主开关管漏极为强干扰源, RCD吸收用以减弱此干扰能量,RCD越靠近漏极辐射能量则越小。

实验结果:不同RCD吸收回路布局布线,垂直方向辐射相差10dB以上。

3.PCB-Layout-接地方法(FLY为参考例)

初级接地规则:

A.所有小信号GND与控制IC的GND相连后,连接到PowerGND(即大信号GND);

如果IC还有辅助绕组的线路:连接方法为所有小信号GND与控制IC的GND相连后,与辅助绕组的输出电容地相连,然后与辅助绕组的地相连,再连接到Power GND(即大信号GND);

注意不好的地设计容易出现EMC-Surge的问题!!以下进行分析。

B.反馈信号要独立走到IC,反馈信号的GND与IC的GND 相连。

次级接地规则:

a. 输出小信号地与相连后,与输出电容的的负极相连。

b. 输出采样电阻的地要与基准源(TL431)的地相连。

案例-浪涌测试例:PCB按如下回路路径顺序IC无故障;且能通过更高的Surge。

系统的共模浪涌测试是我们系统故障和IC不良的主要原因;在实际生活中,我们的电子产品通过AC供电时,也是共模雷电导致产品的故障!

①  一次侧的部分:

Ground路径顺序:大电容的Ground →Current sensor→一次侧变压器辅助绕组Vcc电容的Ground→PWM IC 外围组件的Ground→PWM IC 的Ground→光耦的地。

②  一次侧和二次侧的Y电容路径:

大电容的Ground →Y-Cap→变压器次级的Ground

③  二次侧的部分: 

二次侧Y-cap 的出脚→二次侧变压器的Ground→二次侧输出电容的Ground→TL431的地。

从上面的设计可以看出我们的系统其重要的控制信号和关键的IC是被保护起来!好的PCB设计思路提高了产品的可靠性设计!

案例二浪涌测试时,w88输出保护。系统不能正常工作!

客户使用内置MOS-IC方案,并且IC我很熟悉-直接给出处理方案;解决问题!参考如下:

图中浪涌干扰电流:电流穿过光耦的杂散电容流入IC的控制脚;能注入一个非常大的电流造成C脚误动作/w88保护;严重时就会损坏IC;我们优化成图示PCB布局布线及增加300R电阻;即在光耦连接到C脚串联一个300W电阻减少电流脉冲对IC起到保护。实际客户的PCB的走线及该引脚没有设计串联电阻;我将客户出现的问题情况对比如下图:

在PCB布线比较差的电路图中:

电流流过变压器的耦合电容(初级和次级耦合电容)和Y电容,电流流过C脚的电容地和IC的地之间的连线,连线上有杂散电感,造成电压下降,将显示在C脚的电压上(共模阻抗耦合)这就导致了IC的保护动作,w88输出保护!

原因分析:IC的GND没有进行单点连接和减小布线时的回路面积。

验证结果: 通过增加300电阻和PCB布局优化验证测试共模6KV都OK!

4.减小回路面积和单点连接;EMC中关键术语参考如下:

减小布线时的回路面积/环路面积参考图

常用设计电路IC-GND的单点连接参考图

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