本文解釋了實現優化 PCB 板布局的基礎，這是開關模式電源設計中的一個關鍵。良好的布局可確保開關穩壓器的穩定運行，並將輻射干擾和傳導電磁干擾（EMI）降至最低。這是電子開發人員所熟知的。然而，通常不知道的是開關模式電源板的布局優化應該是什麼樣子。
圖1. LT8640S 開關穩壓器的電路板，具有緊密間隔的零件和緊湊的電路板布局
圖1 顯示了基於 LT8640S 的評估板 DC2530A 的電路。它是一種同步降壓穩壓器，可承受高達42 V的輸入電壓，設計用於高達6A的輸出電流。所有零件放置得非常緊湊。一般建議將各部件盡可能緊密地放置在 PCB 板上。雖然這一說法並非錯誤，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，開關穩壓器周圍有許多（11件）被動元件。這些被動元件中的哪些優先於其他組件放置，以及為什麼？
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路徑，盡可能在布線時縮短。如果成功實施該規則，開關穩壓器的大部分電路板布局將得到適當解決。
圖 2. 降壓開關穩壓器的示意圖和快速變化的電流路徑以紅色顯示
在 PCB 板布局中實施這條黃金法則的最簡單方法是什麼？
第一步是找出開關穩壓器拓撲中的哪些路徑是關鍵的。 在這些路徑中，電流隨開關轉換而變化。 圖 2 顯示了降壓轉換器的典型電路（降壓拓撲）。 關鍵路徑以紅色顯示。 它們是連接線，其中有全電流或無電流流過，具體取決於電源開關的狀態。 這些路徑應盡可能縮短。 對於降壓轉換器，輸入電容應盡可能靠近開關穩壓器的 VIN 接腳和 GND 接腳。
圖 3. 升壓開關穩壓器的示意圖和電流快速變化的路徑以紅色顯示
圖 3 顯示了具有升壓拓撲的電路的基本原理圖。這裡，低電壓被轉換為更高電壓。再一次，電流隨著電源開關的切換而變化的電流路徑以紅色顯示。有趣的是，輸入電容器的放置根本不重要。最關鍵的是輸出電容的放置。它必須盡可能靠近返馳式二極體（或高側開關）以及低側開關的接地連接。之後，可以檢查任何其他開關穩壓器拓撲，以獲取有關電源開關切換時電流如何變化的信息。經典方法包括使用三支不同顏色的筆打印出電路並繪製電流。一種顏色用於指示導通期間的電流流動——即，當電源開關正在傳導電流時。第二種顏色顯示關閉期間的電流 - 即電源開關關閉時。最後，第三種顏色用於僅以第一種顏色或僅以第二種顏色標記的所有路徑。然後可以清楚地識別關鍵路徑，其中電流隨功率開關的切換而變化。
經驗不足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布線設計得盡可能縮短且緊湊。這可以很容易地解釋，遵循邏輯關係，並且是在開關模式電源設計中優化電路板布局的基礎。