开关模式电源板的布局优化是什么样子

Q A &

问：开关电源板布局的黄金法则

优化电路板布局是开关电源设计中的一个关键。良好的布局可确保开关稳压器的稳定运行，并将辐射干扰和传导电磁干扰（EMI）降至最低。虽然这是电子开发人员所熟知的常识，但很多人还是不知道开关模式电源板的布局优化应该是什么样子。

图1：LT8640S开关稳压器的电路板，具有紧密间隔的部件，因此具有紧凑的电路板布局。

图1显示了基于LT8640S的评估板DC2530A的电路。它是一种降压开关稳压器，可承受高达42V的输入电压，可支持高达6A的输出电流。可以看到，评估板上所有组件的布局都非常紧凑。一般建议将各部件尽可能紧密地放置在PCB板上。虽然这一说法并非错误，但如果我们的目标是获得更优化的电路板布局，这种设计也不一定是特别合适。

在图1中，开关稳压器IC周围有许多无源组件。这些无源组件在放置时，哪一个该优先于其他组件考虑？这又是为什么呢？

在开关稳压器PCB设计中，最重要的规则是将承载高开关电流路径，尽可能在布线时缩短。如果成功实施该规则，开关稳压器的大部分电路板布局问题将得到有效的解决。

图2：降压开关稳压器和快速变化电流路径的示意图，以红色显示。

在电路板布局中实现这条“黄金法则”的最简单方法是什么？

第一步是找出开关稳压器拓扑中的哪些是关键路径。在这些路径中，电流随开关转换而变化。

图2显示了降压转换器（降压拓扑）的典型电路。关键路径以红色显示。它们是全电流或无电流流动的连接线，具体取决于电源开关的状态。这些路径应尽可能短。对于降压稳压器，输入电容应尽可能靠近开关稳压器IC的VIN引脚和GND引脚。

图3：升压开关稳压器和快速变化电流路径的示意图，以红色显示。

图3显示了具有升压拓扑的电路的基本原理图。这里，低电压被转换为高电压。同样，电流随功率开关切换而变化的电流路径以红色显示。有趣的是，输入电容的位置根本不是关键。最关键的是输出电容的位置。它必须尽可能靠近反激（Flyback）二极管（或高压侧开关）以及低压侧开关的接地连接。之后，可以检查任何其他开关稳压器拓扑，以产生关于当功率开关被切换时电流如何变化的信息。

经典的方法是用三种不同颜色的笔打印出电路并绘制电流：一种颜色用于指示通电期间的电流——即电源开关导通电流时；第二种颜色显示关闭时间（即电源开关关闭时）内的电流；最后，第三种颜色用于仅以第一种颜色或仅以第二种色彩标记的所有路径。然后可以清楚地识别关键路径，其中电流随着功率开关的切换而变化。

没有经验的电路设计者通常认为开关稳压器的电路板布局是一种“黑魔法”。实际上，其中最重要的规则就是将电流随开关转换而变化的轨迹设计得尽可能短和紧凑。这很容易解释，遵循逻辑关系，是开关模式电源设计中优化板布局的基础。