實現優化電路板布局的基礎是什么

本文介紹了實現優化電路板布局的基礎，這是開關模式電源設計的一個關鍵方面。

良好的布局可確保開關穩壓器的穩定運行，并最大限度地減少大多數電子開發人員都知道的輻射和傳導干擾。然而，鮮為人知的是優化的開關模式電源板布局應該是什么樣子。

開關穩壓器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穩壓器，可承受高達42 V的輸入電壓，設計用于高達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，但如果目標是獲得優化的電路板布局，它也不是特別合適。

在圖1中，開關穩壓器IC周圍有相當多的（11）個無源元件。

圖1.LT8640S開關穩壓器的電路板，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先于其他元件，為什么？

在開關穩壓器PCB設計中，最重要的規則是將承載高開關電流的走線布線得盡可能短。如果成功實施此規則，開關穩壓器的電路板布局的很大一部分將得到妥善解決。

開關穩壓器拓撲中的關鍵路徑

實現此電路板布局的最簡單方法是什么？

第一步是確定開關穩壓器拓撲中的哪些路徑至關重要。在這些路徑中，電流隨著開關轉換而變化。圖2所示為降壓轉換器（降壓拓撲）的典型電路。關鍵路徑顯示為紅色。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的狀態。這些路徑應盡可能短。對于降壓轉換器，輸入電容應盡可能靠近開關穩壓器IC的VIN和GND引腳。

圖3所示為采用升壓拓撲結構的電路的基本原理圖。在這里，低電壓轉換為較高電壓。電流隨電源開關開關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）以及低邊開關的接地連接。

圖2.降壓型開關穩壓器和電流快速變化的路徑原理圖以紅色顯示

圖3.升壓型開關穩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穩壓器拓撲，以確定開關電源開關時電流如何變化。經典方法包括打印電路并使用三種不同顏色的筆繪制電流。一種顏色表示導通時間（即電源開關傳導電流時）的電流。第二種顏色表示關斷期間（即電源開關關閉時）的電流。最后，第三種顏色用于僅以第一種或第二種顏色標記的所有路徑。然后可以清楚地識別關鍵路徑，其中電流隨著電源開關的切換而變化。

電路板布局設計最重要的規則

缺乏經驗的電路設計人員通常認為開關穩壓器的電路板布局是黑魔法。最重要的規則是將電流隨開關轉換而變化的走線設計得盡可能短且緊湊。這很容易解釋，遵循邏輯關系，并且是開關模式電源設計中優化電路板布局的基礎。
審核編輯：陳陳