開關(guān)電源板布局的黃金法則

本文解釋了實現(xiàn)優(yōu)化電路板布局的基礎(chǔ)，這是開關(guān)電源設(shè)計中的一個關(guān)鍵方面。良好的布局可確保開關(guān)穩(wěn)壓器的穩(wěn)定運行，并將輻射干擾和傳導電磁干擾（EMI）降至最低。這是電子開發(fā)人員所熟知的。然而，通常不知道的是開關(guān)模式電源板的布局優(yōu)化應(yīng)該是什么樣子。

圖1. LT8640S 1 開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板，具有緊密間隔的部件，因此具有緊湊的電路板布局。

圖1顯示了基于 LT8640S 1 的評估板 DC2530A 1 的電路。它是一種降壓（降壓）開關(guān)穩(wěn)壓器，可承受高達42 V的輸入電壓，設(shè)計用于高達6A的輸出電流。所有組件都非常緊湊。一般建議將各部件盡可能緊密地放置在PCB板上。雖然這一說法并非錯誤，但如果目標是獲得優(yōu)化的電路板布局，它也不是特別合適。

在圖1中，開關(guān)穩(wěn)壓器IC周圍有許多（11）無源組件。這些無源組件中的哪一個在放置中優(yōu)先于其他組件，為什么？

在開關(guān)穩(wěn)壓器PCB設(shè)計中，最重要的規(guī)則是將承載高開關(guān)電流路徑，盡可能在布線時縮短。如果成功實施該規(guī)則，開關(guān)穩(wěn)壓器的大部分電路板布局將得到適當解決。

圖2.降壓開關(guān)穩(wěn)壓器和快速變化電流路徑的示意圖，以紅色顯示。

在電路板布局中實現(xiàn)這條黃金法則的最簡單方法是什么？

第一步是找出開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲中的哪些是關(guān)鍵路徑。在這些路徑中，電流隨開關(guān)轉(zhuǎn)換而變化。

圖2顯示了降壓轉(zhuǎn)換器（降壓拓撲）的典型電路。關(guān)鍵路徑以紅色顯示。它們是全電流或無電流流動的連接線，取決于電源開關(guān)的狀態(tài)。這些路徑應(yīng)盡可能短。對于降壓穩(wěn)壓器，輸入電容應(yīng)盡可能靠近開關(guān)穩(wěn)壓器IC的VIN引腳和GND引腳。

圖3.升壓開關(guān)穩(wěn)壓器和快速變化電流路徑的示意圖，以紅色顯示。

圖3顯示了具有升壓拓撲的電路的基本原理圖。這里，低電壓被轉(zhuǎn)換為高電壓。同樣，電流隨功率開關(guān)切換而變化的電流路徑以紅色顯示。有趣的是，輸入電容的位置根本不是關(guān)鍵。最關(guān)鍵的是輸出電容的位置。它必須盡可能靠近反激（Flyback）二極管（或高壓側(cè)開關(guān)）以及低壓側(cè)開關(guān)的接地連接。之后，可以檢查任何其他開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲，以產(chǎn)生關(guān)于當功率開關(guān)被切換時電流如何變化的信息。

經(jīng)典的方法是用三種不同顏色的筆打印出電路并繪制電流。一種顏色用于指示通電期間的電流——即電源開關(guān)導通電流時。第二種顏色顯示關(guān)閉時間（即電源開關(guān)關(guān)閉時）內(nèi)的電流。最后，第三種顏色用于僅以第一種顏色或僅以第二種色彩標記的所有路徑。然后可以清楚地識別關(guān)鍵路徑，其中電流隨著功率開關(guān)的切換而變化。

沒有經(jīng)驗的電路設(shè)計者通常認為開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局是一種黑魔法。最重要的規(guī)則是將電流隨開關(guān)轉(zhuǎn)換而變化的軌跡設(shè)計得盡可能短和緊湊。這很容易解釋，遵循邏輯關(guān)系，是開關(guān)模式電源設(shè)計中優(yōu)化板布局的基礎(chǔ)。