CN109413799B - 一种适用于车用led灯具的pcb板布局系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，所述PCB板布局系统包括：LED光源模块，其布设于PCB板的中心区域；LED驱动模块，用于驱动所述LED光源模块，其包括多个布设于被所述中心区域分隔开的第一区域和第二区域的电子元器件。本发明解决了传统车用信号灯灯具的LED驱动电路与LED光源分开设于不同的两块PCB板并需要在两块PCB板之间设置连接线的技术问题，不仅节省了线束同时还减小了LED光源到LED驱动电路的环路面积，从而优化了EMC电磁干扰问题，通过精密优良的PCB布局，使LED信号灯模组具有优良的EMC电磁兼容性能。

Description

一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统PCB 板。

背景技术

LED信号灯可以在行车过程中起到信号提示作用，对行车安全起着关键性作用。随着科技发展，汽车中电子设备越来越多，随着电子设备的增多，同时也带来了复杂的电磁兼容问题。如何设计标准LED信号灯模组的电子电路及PCB Layout，对LED信号灯模组的电磁兼容性起了关键性的作用。

目前车灯行业内通常为LED光源与LED驱动模块独立分开，两者通过线束连接。线束容易引入或发射电磁干扰，不利于电磁兼容试验的整改。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于车用LED灯具的PCB 板布局系统，用于解决现有技术中线束容易引入或发射电磁干扰，不利于电磁兼容试验的整改等技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其包括：LED光源模块，其布设于PCB板的中心区域；LED驱动模块，用于驱动所述LED光源模块，其包括多个布设于被所述中心区域分隔开的第一区域和第二区域的电子元器件。

于本发明的一实施例中，所述LED驱动模块包括：输入滤波电路，布设于PCB板的第一区域；驱动芯片，布设于PCB板的第二区域；其中，所述输入滤波电路和基于所述驱动芯片而形成的开关噪声源电路之间的距离被设置为符合电磁干扰规避距离，以防止因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路对所述输入滤波电路产生电磁干扰。

于本发明的一实施例中，所述滤波电路的类型包括∏型滤波电路；所述∏型滤波电路包括第一输入滤波电容、第二输入滤波电容及输入滤波电感；其中，所述第一输入滤波电容和第二输入滤波电容的GND极性相互靠近以连成第一敷铜区域；所述第一敷铜区域布设于靠近电源输入端以远离因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔。

于本发明的一实施例中，所述第二区域设有所述LED驱动模块的围绕所述驱动芯片布置的输入端解耦电容、电流采样电阻、电流补偿电路、驱动芯片外围电路、主电感及输出滤波电容；所述驱动芯片包括朝着所述LED光源模块方向设置的输入引脚、以及朝着所述主电感方向设置的开关信号输出引脚；其中，所述输入端解耦电容、电流采样电阻、电流补偿电路、驱动芯片外围电路、主电感及输出滤波电容围绕所述驱动芯片紧密布设，且所述输入端解耦电容布设于紧挨所述驱动芯片的输入引脚的位置，以最大化地缩小所述驱动芯片的开关信号噪声源经过的环路面积。

于本发明的一实施例中，所述驱动芯片的接地端、输入端解耦电容的接地端、输出滤波电容的接地端及电流采样电阻的接地端连成第二敷铜区域；所述第二敷铜区域布设于远离电源输入端的符合电磁干扰规避距离的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔。

于本发明的一实施例中，所述主电感采用接地屏蔽电感，用于将所述主电感上的开关噪声屏蔽，以达到更佳的电磁兼容性能。

于本发明的一实施例中，所述第一区域还布设有：电源正极焊盘及电源负极焊盘，用于连接输入电源的正极和负极，且所述电源正极焊盘和电源负极焊盘通过PCB走线连接所述输入滤波电路以滤除输入电源的谐波；防静电焊盘，设于所述电源负极焊盘附近且通过PCB走线分别连接所述电源负极焊盘和GND地，用于将静电导入GND地；防反二极管，其通过PCB 走线连接所述滤波电路，用于防反接保护。

于本发明的一实施例中，所述防静电焊盘与电源负极焊盘之间设有一或多个防静电电容，用于防止静电击穿LED光源或LED驱动模块的各电子元器件；其中，所述防静电焊盘与电源负极焊盘之间的距离设置为符合静电回地回路路径要求的距离。

于本发明的一实施例中，所述PCB板外围设有一圈将所述LED光源模块和LED驱动模块围住的GND地线，用于阻隔来自PCB板外的电磁干扰以及阻隔PCB板内产生的开关噪声干扰传递到外界；其中，所述GND地线的路径上设有多个用于连接PCB板顶层和底层的GND地平面的过孔。

于本发明的一实施例中，所述LED光源模块采用1颗基于GaN蓝光芯片激发荧光粉的 Phosphor Control技术的LED作为光源，以获取更优的LED光衰。

如上所述，本发明提供的一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统PCB板，具有以下有益效果：本发明解决了传统车用信号灯灯具的LED驱动电路与LED光源分开设于不同的两块PCB板并需要在两块PCB板之间设置连接线的技术问题，不仅节省了线束同时还减小了LED光源到LED驱动电路的环路面积，从而优化了EMC电磁干扰问题，通过精密优良的PCB布局，使LED信号灯模组具有优良的EMC电磁兼容性能。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中PCB板的布局示意图。

图2显示为本发明一实施例中PCB板的布局示意图。

图3显示为本发明一实施例中PCB板的GND地回路走线的示意图。

元件标号说明

101 LED光源模块

102 驱动芯片

103 第一输入滤波电容

104 第二输入滤波电容

105 输入滤波电感

106 电源正极焊盘

107 电源负极焊盘

108 防静电焊盘

109 防静电电容

110 防反二极管

111 输入端解耦电容

112 电流采样电阻

113 电流补偿电路

114 驱动芯片外围电路

115 主电感

116 输出滤波电容

31 GND地线

32 过孔

33 第一敷铜区域

34 过孔

35 第二敷铜区域

36 过孔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、““下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、““一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

本专利提供一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，将LED驱动和LED光源设计在同一块PCB板上，同时提出一种标准LED信号灯模组的电子元器件布局及PCB的走线，在该布局系统下，此标准LED信号灯模组可以在EMC电磁兼容试验中有良好表现，下文将结合具体的实施例说明本发明技术方案的工作原理。

如图1所示，展示本发明一实施例中适用于车用LED灯具的PCB板布局系统的示意图。于本实施例中，所述PCB板的板材优选为耐燃性极佳的双面玻纤板FR-4或者铝基板板材，或者也可选用普通纸板94HB、阻燃纸板94V0、单面半玻纤板22F、CEM-1、CEM-3等板材，本发明对此不作限定。

所述PCB板布局系统包括LED光源模块101和LED驱动模块，所述LED光源模块布设于PCB板的中心区域，将PCB板分割为三个区域，于本实施例中，该三个区域从左到右排布分别为第一区域、中心区域及第二区域。所述LED驱动模块包括多个分布于被所述中心区域分隔开的第一区域和第二区域的电子元器件。

值得说明的是，与现有技术中将LED驱动电路和LED光源分开设于两块PCB板不同的是，本发明中将LED光源模块与LED驱动模块集于同一PCB板上，不仅节省了PCB板之间的连接线束还减小了LED光源模块到LED驱动模块的环路面积，优化了EMC电磁干扰问题。

于本实施例中，所述LED光源模块优选采用1颗基于GaN蓝光芯片激发荧光粉的Phosphor Control技术的LED作为光源，以获取更优的LED光衰。需要说明的是，LED光源模块的光源数量可以是1颗也可是多颗，本发明对此不作限定。

所述LED驱动模块包括输入滤波电路和驱动芯片102，所述输入滤波电路布设于第一区域，所述驱动芯片布设于第二区域。其中，所述输入滤波电路与基于所述驱动芯片所形成的开关噪声源电路之间的距离被设置为符合电磁干扰规避距离，例如将所述输入滤波电路尽量远离所述驱动芯片及其后面连接的电子元器件，以防止因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路对所述输入滤波电路产生电磁干扰。

所述驱动芯片可采用DCDC式恒压或恒流芯片，其内部集成有DCDC式驱动拓扑架构内所需的开关管MOSFET和续流管，所述续流管可采用同步整流的MOSFET或者异步整流的肖特基二极管。

所述输入滤波电路可采用∏型滤波电路，所述∏型滤波电路包括第一输入滤波电容103、第二输入滤波电容104及输入滤波电感105。于本实施例中，所述∏型滤波电路设于PCB板的左下角靠近电源正极焊盘106及电源负极焊盘107的位置，输入电源经由电源正极焊盘106 及电源负极焊盘107引入后，流经滤波电路滤除谐波。需要说明的是，输入滤波电路的类型包括但不限于∏型滤波电路，还可选用L型滤波电路或者LC型滤波电路实现滤除谐波的功能，本发明对此不作限定。

所述第一区域还布设有电源正极焊盘106及电源负极焊盘107，用于分别连接输入电源的正极和负极。所述电源正极焊盘和电源负极焊盘通过PCB走线连接所述输入滤波电路以滤除输入电源的谐波。

所述第一区域还布设有防静电焊盘108，设于所述电源负极焊盘附近且通过PCB走线分别连接所述电源负极焊盘和GND地，用于将静电导入GND地。

优选的，所述防静电焊盘与电源负极焊盘之间设有防静电电容109，利用电容通交隔直的功能可将类似ESD静电这类高频的信号导入GND极性，而其它低频直流信号则无法经过此电容导入GND极性，从而防止静电击穿LED光源或LED驱动模块的各电子元器件。而且，通过在防静电焊盘与地GND极性之间增设电容的方式，可以有效防止因散热部件误接到其它电极性而造成的LED灯具模组的GND极性与外部用电器的电极性之间的短路问题。

所述防静电电容、电源负极焊盘及防静电焊盘三者按照最短路径进行设置，从而尽量缩短ESD静电回地回路的路径，同时也避免ESD静电到地的回路经过LED光源而使LED光源受到静电损伤。

所述第一区域还布设有防反二极管110，其通过PCB走线连接所述滤波电路，利用二极管的单向导通性能实现防反接保护。

所述第二区域布设有所述LED驱动模块的围绕所述驱动芯片布置的输入端解耦电容 111、电流采样电阻112、电流补偿电路113、驱动芯片外围电路114、主电感115及输出滤波电容116。于本实施例中，所述驱动芯片设有朝着所述LED光源模块方向设置的用于输入电源的输入引脚，即按照图1中向左方向设置，还设有朝着主电感方向设置的开关信号输出引脚，即按照图1中向下方向设置。

优选的，所述输入端解耦电容、电流采样电阻、电流补偿电路、驱动芯片外围电路、主电感及输出滤波电容围绕所述驱动芯片紧密布设，且所述输入端解耦电容布设于紧挨所述驱动芯片的输入引脚的位置，以最大化地缩小所述驱动芯片的开关信号噪声源经过的环路面积。

优选的，所述输入端解耦电容与输入滤波电路的第一输入滤波电容及第二输入滤波电容远距离隔开，以此避免驱动芯片产生的开关信号噪声源通过该输入端解耦电容的地回路影响输入滤波电容的地回路，从而避免因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路对所述输入滤波电路产生电磁干扰。

优选的，所述主电感采用接地屏蔽电感(以Vishay的IHLE-4040DD-5A屏蔽电感为例)，以将主电感上的开关噪声屏蔽，达到更佳的电磁兼容性能。

为便于本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下文仍以图1为例，详细说明本发明一实施例中各元器件的相对位置约束关系。

第一区域的布线如下：以PCB板最左边作为输入电源的正负极端口位置，最左上方为电源负极焊盘107，最左下方为电源正极焊盘106，防静电焊盘108布设于电源负极焊盘107的附近，便于ESD静电回地回路路径最短。防静电电容109布设于防静电焊盘108与电源负极焊盘107之间，用于防止静电击穿LED光源和其他电子元器件，所述防静电电容109、电源负极焊盘107及防静电焊盘108三者按照最短路径进行设置。第一输入滤波电容103、第二输入滤波电容104及输入滤波电感105组成的∏型滤波电路布设于PCB板的左下区域且靠近电源端口。防反二极管110布设于PCB板左上方区域，即输入滤波电感105的上方。

中心区域的布线如下：该区域布设有LED光源模块101，所述LED光源模块101采用1颗基于GaN蓝光芯片激发荧光粉的Phosphor Control技术的LED作为光源，以获取更优的LED光衰。LED光源模块101的周围和底部PCB板区域可优选设置未图示的散热过孔，以助于提升散热性能。LED光源模块的光源数量包括但不限于1颗，本发明对此不作限定。

第二区域的布线如下：驱动芯片102优选布设于右侧第二区域的中心位置，驱动芯片102 的电源输入引脚朝向PCB板的左侧设置，开关信号输出引脚朝向PCB板的下方设置。驱动芯片102输入端解耦电容111布设于驱动芯片102左侧紧邻所述电源输入引脚的位置，并在 PCB板的宽度方向上居于中央位置。主电感115布设于驱动芯片102的下方紧邻所述开关信号输出引脚的位置。输出滤波电容116布设于主电感115左侧并紧邻主电感115的位置，也即第二区域的左下方。电流采样电阻213布设于驱动芯片102输入端解耦电容111的上方。驱动芯片102、驱动芯片102输入端解耦电容111、输出滤波电容116、主电感115及电流采样电阻112这几块电路模块优选遵循紧密排布的原则，使得开关信号这个噪声源所形成的环路面积尽可能小，从而控制噪声源对外部的辐射量，优化EMC电磁兼容性能。驱动芯片外围电路114布设于驱动芯片102的右侧并尽可能贴近驱动芯片102。电流补偿电路113布设于PCB板的右上角。

需要说明的是，图1仅仅是本发明PCB板的其中一个实施例，本发明包括但不限于图2 展示的PCB布局。举例而言，PCB板也可按图2所示的布线方式进行布线，其与图2的PCB板的布局呈纵轴对称设计，类似于这样的元器件相对位置不变进行对称设计的方案亦属于本发明PCB板的布局设计范围内。

如图3所示，展示本发明一实施例中PCB板的GND地回路走线的示意图。

优选的，PCB板外围设有一圈将所述LED光源模块和LED驱动模块围住的GND地线，用于阻隔来自PCB板外的电磁干扰以及阻隔PCB板内产生的开关噪声干扰传递到外界。所述GND地线的路径上设有多个用于连接PCB板顶层和底层的GND地平面的过孔，用于缝合PCB板的各层电路板。举例而言，针对2层PCB板而言，过孔用于缝合连接PCB板的顶部TOP层和底部BOTTOM层的GND地平面；针对4层PCB板而言，多个过孔32则用于缝合连接该PCB板4层电路板的GND地平面。

值得注意的是，本实施例通过在PCB板外围增设一圈闭合的GND地线的方式形成法拉第电笼，从而有效地抑制了PCB板对外的辐射，并同时抑制了外部对PCB板内部件的电磁干扰以及阻隔PCB板内产生的开关噪声干扰传递到外界。因此，本实施例的设计避免采用额外的金属屏蔽罩接地来做EMC防护和屏蔽，大幅节约成本。本实施例中所述的法拉第电笼，是指该PCB板外围的GND地线形成防止电磁场进入或逃脱的外壳。通常而言，一个理想的法拉第电笼由一个未破损的、完美的导电层组成，而在实际情况中这种理想状态很难达到，故为达到最佳性能，法拉第电笼通常直接接地。因法拉第电笼本身为现有技术，故不再赘述。

优选的，第一输入滤波电容和第二输入滤波电容两组电容的GND极性“头对头”布置，即两组电容的GND极性是相互靠近的，连成同一块敷铜，令该块敷铜区域为第一敷铜区域。所述第一敷铜区域布设于靠近电源输入端以远离因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔。

具体的，所述第一敷铜区域优选布设于PCB板在横向中轴线区域，且离电源输入负极需近一些，从而使输入端滤波电路的位置尽量远离后端驱动芯片输出的开关信号所形成的高频电流环路，避免电磁干扰以实现更佳的EMC电磁兼容性能。

优选的，驱动芯片的GND地、输入端解耦电容的GND地、输出滤波电容的GND地及电流采样电阻的GND地，在PCB板的顶部TOP层连成一块较大面积的敷铜区域，令该块敷铜区域为第二敷铜区域。所述第二敷铜区域布设于远离电源输入端的符合电磁干扰规避距离的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔。

具体的，所述第二敷铜区域优选布设于横向中轴线区域，离电源输入端需远一些且与电源输入端之间可设置隔断，从而避免驱动芯片输出的开关信号以及形成的噪声环路对前端的输入滤波电路产生电磁干扰的影响，并避免噪声信号通过传导或空间辐射出去被EMC接收机接收到干扰信号。

综上所述，本发明提供的一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其将LED驱动模块与LED光源模块设于同一块PCB板上，节省了线束空间并减小了LED光源模块到LED 驱动模块的环路面积，优化了EMC电磁兼容性能；再者，本发明通过精密优良的PCB布局，使得LED灯具模组在EMC实验中有优良表现，避免采用额外的金属屏蔽罩接地来做EMC 防护和屏蔽，节约成本；再者，PCB板采用紧密布置，从而进一步缩小电流环路面积，有助于LED灯具模组EMC中的RE辐射发射、CE传导发射的性能；最后，PCB板上设有防静电焊盘，通过防静电焊盘可以将聚集在散热器金属表面的ESD静电电荷顺利导至GND的路径，从而保护LED光源和其他电子元器件免受ESD静电的伤害，有助于电磁兼容EMC中抗ESD 静电性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于，包括：

LED光源模块，其布设于PCB板的中心区域；

LED驱动模块，用于驱动所述LED光源模块，其包括多个布设于被所述中心区域分隔开的第一区域和第二区域的电子元器件；所述LED驱动模块包括：

输入滤波电路，布设于PCB板的第一区域；

驱动芯片，布设于PCB板的第二区域；

其中，所述输入滤波电路与基于所述驱动芯片所形成的开关噪声源电路之间的距离被设置为符合电磁干扰规避距离，以防止因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路对所述输入滤波电路产生电磁干扰；

所述滤波电路的类型包括∏型滤波电路；所述∏型滤波电路包括第一输入滤波电容、第二输入滤波电容及输入滤波电感；

其中，所述第一输入滤波电容和第二输入滤波电容的GND极性相互靠近以连成第一敷铜区域；所述第一敷铜区域布设于靠近电源输入端以远离因所述驱动芯片输出的开关信号而形成的高频电流环路的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔；

所述第二区域设有所述LED驱动模块的围绕所述驱动芯片布置的输入端解耦电容、电流采样电阻、电流补偿电路、驱动芯片外围电路、主电感及输出滤波电容；

所述驱动芯片包括朝着所述LED光源模块方向设置的输入引脚、以及朝着所述主电感方向设置的开关信号输出引脚；

其中，所述输入端解耦电容、电流采样电阻、电流补偿电路、驱动芯片外围电路、主电感及输出滤波电容围绕所述驱动芯片紧密布设，且所述输入端解耦电容布设于紧挨所述驱动芯片输入引脚的位置，以最大化地缩小所述驱动芯片的开关信号噪声源经过的环路面积。

2.根据权利要求1所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于：

所述驱动芯片的接地端、输入端解耦电容的接地端、输出滤波电容的的接地端及电流采样电阻的接地端连成第二敷铜区域；所述第二敷铜区域布设于远离电源输入端的符合电磁干扰规避距离的位置，且设有多个连接至PCB板底层GND平面的过孔。

3.根据权利要求1所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于：

所述主电感采用接地屏蔽电感，用于将所述主电感上的开关噪声屏蔽，以达到更佳的电磁兼容性能。

4.根据权利要求1所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于，所述第一区域还布设有：

电源正极焊盘及电源负极焊盘，用于连接输入电源的正极和负极，且所述电源正极焊盘和电源负极焊盘通过PCB走线连接所述输入滤波电路以滤除输入电源的谐波；

防静电焊盘，设于所述电源负极焊盘附近且通过PCB走线分别连接所述电源负极焊盘和GND地，用于将静电导入GND地；

防反二极管，其通过PCB走线连接所述滤波电路，用于防反接保护。

5.根据权利要求4所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于：

所述防静电焊盘与电源负极焊盘之间设有一或多个防静电电容，用于防止静电击穿LED光源或LED驱动模块的各电子元器件；其中，所述防静电焊盘与电源负极焊盘之间的距离设置为符合静电回地回路路径要求的距离。

6.根据权利要求1所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于：

所述PCB板外围设有一圈将所述LED光源模块和LED驱动模块围住的GND地线，用于阻隔来自PCB板外的电磁干扰以及阻隔PCB板内产生的开关噪声干扰传递到外界；

其中，所述GND地线的路径上设有多个用于连接PCB板顶层和底层的GND地平面的过孔。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的适用于车用LED灯具的PCB板布局系统，其特征在于：

所述LED光源模块采用1颗基于GaN蓝光芯片激发荧光粉的Phosphor Control技术的LED作为光源，以获取更优的LED光衰。