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問：開關電源板布局的黃金法則

優化電路板布局是開關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，并將輻射干擾和傳導電磁干擾（EMI）降至最低。雖然這是電子開發人員所熟知的常識，但很多人還是不知道開關模式電源板的布局優化應該是什么樣子。

圖1：LT8640S開關穩壓器的電路板，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的評估板DC2530A的電路。它是一種降壓開關穩壓器，可承受高達42V的輸入電壓，可支持高達6A的輸出電流。可以看到，評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誤，但如果我們的目標是獲得更優化的電路板布局，這種設計也不一定是特別合適。

在圖1中，開關穩壓器IC周圍有許多無源組件。這些無源組件在放置時，哪一個該優先于其他組件考慮？這又是為什么呢？

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問題將得到有效的解決。

圖2：降壓開關穩壓器和快速變化電流路徑的示意圖，以紅色顯示。

在電路板布局中實現這條“黃金法則”的最簡單方法是什么？

第一步是找出開關穩壓器拓撲中的哪些是關鍵路徑。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（降壓拓撲）的典型電路。關鍵路徑以紅色顯示。它們是全電流或無電流流動的連接線，具體取決于電源開關的狀態。這些路徑應盡可能短。對于降壓穩壓器，輸入電容應盡可能靠近開關穩壓器IC的VIN引腳和GND引腳。

圖3：升壓開關穩壓器和快速變化電流路徑的示意圖，以紅色顯示。

圖3顯示了具有升壓拓撲的電路的基本原理圖。這里，低電壓被轉換為高電壓。同樣，電流隨功率開關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鍵。最關鍵的是輸出電容的位置。它必須盡可能靠近反激（Flyback）二極管（或高壓側開關）以及低壓側開關的接地連接。之后，可以檢查任何其他開關穩壓器拓撲，以產生關于當功率開關被切換時電流如何變化的信息。

經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——即電源開關導通電流時；第二種顏色顯示關閉時間（即電源開關關閉時）內的電流；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，其中電流隨著功率開關的切換而變化。

沒有經驗的電路設計者通常認為開關穩壓器的電路板布局是一種“黑魔法”。實際上，其中最重要的規則就是將電流隨開關轉換而變化的軌跡設計得盡可能短和緊湊。這很容易解釋，遵循邏輯關系，是開關模式電源設計中優化板布局的基礎。