本文介紹了實現(xiàn)優(yōu)化電路板布局的基礎(chǔ)，這是開關(guān)模式電源設(shè)計的一個關(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，并最大限度地減少大多數(shù)電子開發(fā)人員都知道的輻射和傳導(dǎo)干擾。然而，鮮為人知的是優(yōu)化的開關(guān)模式電源板布局應(yīng)該是什么樣子。

開關(guān)穩(wěn)壓器IC中的無源元件

圖1顯示了LT8640S評估板的電路，LT8640S評估板是一款降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，可承受高達42 V的輸入電壓，設(shè)計用于高達6 A的輸出電流。所有組件都放置得非常緊湊。一般建議將組件盡可能靠近放置在電路板上。雖然這種說法不是錯誤的，但如果目標(biāo)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周圍有相當(dāng)多的（11）個無源元件。

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

這些無源元件中的哪一個在放置中優(yōu)先于其他元件，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)電流的走線布線得盡可能短。如果成功實施此規(guī)則，開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局的很大一部分將得到妥善解決。

開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲中的關(guān)鍵路徑

實現(xiàn)此電路板布局的最簡單方法是什么？

第一步是確定開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲中的哪些路徑至關(guān)重要。在這些路徑中，電流隨著開關(guān)轉(zhuǎn)換而變化。圖2所示為降壓轉(zhuǎn)換器（降壓拓撲）的典型電路。關(guān)鍵路徑顯示為紅色。它們是連接線，其中全電流或無電流流動，具體取決于電源開關(guān)的狀態(tài)。這些路徑應(yīng)盡可能短。對于降壓轉(zhuǎn)換器，輸入電容應(yīng)盡可能靠近開關(guān)穩(wěn)壓器IC的VIN和GND引腳。

圖3所示為采用升壓拓撲結(jié)構(gòu)的電路的基本原理圖。在這里，低電壓轉(zhuǎn)換為較高電壓。電流隨電源開關(guān)開關(guān)而變化的電流路徑再次以紅色顯示。有趣的是，輸入電容的位置根本不重要。最關(guān)鍵的是輸出電容的放置。它必須盡可能靠近反激二極管（或高邊開關(guān)）以及低邊開關(guān)的接地連接。

圖2.降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器和電流快速變化的路徑原理圖以紅色顯示

圖3.升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器和電流快速變化的路徑原理圖以紅色顯示

之后，可以檢查任何其他開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲，以確定開關(guān)電源開關(guān)時電流如何變化。經(jīng)典方法包括打印電路并使用三種不同顏色的筆繪制電流。一種顏色表示導(dǎo)通時間（即電源開關(guān)傳導(dǎo)電流時）的電流。第二種顏色表示關(guān)斷期間（即電源開關(guān)關(guān)閉時）的電流。最后，第三種顏色用于僅以第一種或第二種顏色標(biāo)記的所有路徑。然后可以清楚地識別關(guān)鍵路徑，其中電流隨著電源開關(guān)的切換而變化。

電路板布局設(shè)計最重要的規(guī)則

缺乏經(jīng)驗的電路設(shè)計人員通常認為開關(guān)穩(wěn)壓器的電路板布局是黑魔法。最重要的規(guī)則是將電流隨開關(guān)轉(zhuǎn)換而變化的走線設(shè)計得盡可能短且緊湊。這很容易解釋，遵循邏輯關(guān)系，并且是開關(guān)模式電源設(shè)計中優(yōu)化電路板布局的基礎(chǔ)。
審核編輯：陳陳