開關(guān)電源PCB布局優(yōu)化，人人都該懂的“黃金法則”是什么？

問：開關(guān)電源板布局的黃金法則

優(yōu)化電路板布局是開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。良好的布局可確保開關(guān)穩(wěn)壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，并將輻射干擾和傳導(dǎo)電磁干擾（EMI）降至最低。雖然這是電子開發(fā)人員所熟知的常識(shí)，但很多人還是不知道開關(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的評(píng)估板DC2530A的電路。它是一種降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，可承受高達(dá)42V的輸入電壓，可支持高達(dá)6A的輸出電流。可以看到，評(píng)估板上所有組件的布局都非常緊湊。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(cuò)誤，但如果我們的目標(biāo)是獲得更優(yōu)化的電路板布局，這種設(shè)計(jì)也不一定是特別合適

在圖1中，開關(guān)穩(wěn)壓器IC周圍有許多無源組件。這些無源組件在放置時(shí)，哪一個(gè)該優(yōu)先于其他組件考慮？這又是為什么呢？

在開關(guān)穩(wěn)壓器PCB設(shè)計(jì)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(shí)縮短。如果成功實(shí)施該規(guī)則，開關(guān)穩(wěn)壓器的大部分電路板布局問題將得到有效的解決。

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(shí)現(xiàn)這條“黃金法則”的最簡(jiǎn)單方法是什么？

第一步是找出開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)渲械哪男┦顷P(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?fù)洌┑牡湫碗娐?。關(guān)鍵路徑以紅色顯示。它們是全電流或無電流流動(dòng)的連接線，具體取決于電源開關(guān)的狀態(tài)。這些路徑應(yīng)盡可能短。對(duì)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?fù)涞碾娐返幕驹韴D。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?fù)?，以產(chǎn)生關(guān)于當(dāng)功率開關(guān)被切換時(shí)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(dǎo)通電流時(shí)；第二種顏色顯示關(guān)閉時(shí)間（即電源開關(guān)關(guān)閉時(shí)）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(biāo)記的所有路徑。然后可以清楚地識(shí)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(yàn)的電路設(shè)計(jì)者通常認(rèn)為開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局是一種“黑魔法”。實(shí)際上，其中最重要的規(guī)則就是將電流隨開關(guān)轉(zhuǎn)換而變化的軌跡設(shè)計(jì)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(jì)中優(yōu)化板布局的基礎(chǔ)。

來源：得捷電子DigiKey

審核編輯 黃宇