憑借二十年的現場經驗，我主要為工業和汽車客戶提供支持，在電源設計故障排除方面擁有豐富的經驗。在客戶支持方面，當某些內容未按預期或數據表中的承諾工作時，您通常會接到電話。通常，當您接到電話時，布局已經完成，投入了大量資金，解決問題的時間與項目管理的神經一樣緊張。

很多時候，問題是由布局引起的。在演示板上，一切看起來和測量都很好。但在做出更多妥協的客戶董事會上，情況就不同了。你不能責怪布局人員，他通過連接原理圖所需的所有節點來完成他的工作，并將所有組件整齊地排列在印刷電路板上。要創建成功的電源布局，如果您計劃更改經過驗證的布局中的任何內容，則必須對所涉及的物理場有一定的了解。演示板布局可能針對與您的設計不同的要求進行優化，或者您的設計可能需要的組件可能略有不同。

在撰寫此博客時，我問自己如何處理如此廣泛的范圍界定主題。我認為最好的方法是把它分成幾塊。我的目標是從 PC 板和組件方面創建一些直觀設計內部的情況。在布局階段，您通常會在幾秒鐘內做出決定，這將決定電路板的功能和 EMI。這些決定大多數時候都無法糾正，即使您拼命使用手術刀、旋轉切割工具、銅箔和焊料。

我記得大約十幾年前，一位客戶第一次在汽車收音機中使用開關模式電源。他的許多同事說，這是做不到的。但是，在布局和輸入過濾中解決了一些問題之后，一切正常。后來，一位客戶成功地使用了一款 LT1940 1MHz 雙通道降壓型開關穩壓器，該穩壓器工作在汽車無線電接收器的 AM 頻段中間。電源單元（PSU）不需要額外的金屬屏蔽，只是放置，布局和濾波的問題。

開關模式穩壓器中最重要的EMI來源是開關電流的環路。我稱之為熱循環。

對于非隔離拓撲，最基本的拓撲之一是降壓穩壓器。EMI從高di/dt環路開始。電源線和負載線不應具有高交流電流含量。因此，我們可以將分析重點放在輸入電容Cin上，該電容應將所有相關的交流電流源向輸出電容Cout，任何交流電流都在此結束。

圖1.非隔離降壓拓撲，其中產生最高EMI的環路是綠環路或熱環路

在S1閉合和S2開路的導通周期中，交流電流跟隨紅色環路[圖1]。在關斷周期中，S1開路，S2閉合，交流電流跟隨藍色環路。兩種電流都有空中飛人形狀。人們通常很難理解產生最高EMI的環路既不是紅色環路也不是藍色環路。只有在綠色回路中流淌完全開關的交流電流，從零切換到Ipeak，然后再切換回零。我們將綠色回路稱為熱回路，因為它具有最高的交流和 EMI 能量。

為了降低EMI并改善功能，需要盡可能降低綠色回路的輻射效應。如果我們能夠將綠色回路的PC板面積減小到零，并購買具有零阻抗的理想輸入電容器，問題就會得到解決。但我們僅限于現實世界。工程的任務是找到最佳折衷方案。該環路的磁偶極子場強度與開關電流和覆蓋面積成正比。

讓我們看一下LT8611降壓轉換器的布局。LT8611 在內部具有兩個開關，因此我們只需要關注輸入電容器的連接。

圖2.LT8611降壓轉換器的原理圖

從圖2的原理圖中可以看出，出于布局目的，熱回路不容易發現。

圖3.LT8611buck轉換器的布局，其中綠線是頂層的熱回路

綠線是頂層的熱回路。交流電流流過輸入電容和器件中的開關。圖 3 顯示了 DC1750A LT8611 演示板。

升壓電路在連續模式下可視為反向運行的降壓電路。

圖4.熱回路是藍色回路和紅色回路之間的區別，S1 打開，S2 關閉

熱回路被識別為S2閉合時的藍色回路與S2打開和S1閉合的紅色回路[圖4]之間的差異。

圖5.

單電感4開關降壓-升壓[圖5]由降壓電路和升壓電路組成。布局通常會因屬于兩個熱回路的通用GND分流器而變得復雜。LTC3780 DC1046A 演示板 [圖 6] 示出了一種將檢測電阻器分成兩個并聯電阻的優雅解決方案。

圖6.

圖7.

SEPIC電路的略有不同的圖[圖7]顯示了它的熱回路。通常使用二極管代替頂部開關的有源MOSFET。LT3757 DC1341A [圖 8] 顯示了良好的 SEPIC 布局。綠色熱回路區域最小化，并在下一層具有實心GND平面

圖8.

圖9.

反相拓撲結構[圖9]與SEPIC[圖8]非常相似，只是負載通過頂部開關和頂部電感。布局非常相似，演示板通常可以從SEPIC修改為反相，前提是IC還可以調節負反饋電壓，如LT3581、LT3757等。

圖 10.

反激式拓撲[圖10]在變壓器上使用單獨的繞組，初級繞組和次級繞組之間只有磁耦合。初級繞組中的電流在相對較高的di/dt下變為零。只有存儲在繞組之間和開關節點上的漏感和電容中的能量才能減慢速度。初級和其他變壓器繞組可視為完全開關的電流。我們得到了兩個主要的熱回路，如降壓-升壓情況[圖5]。為了降低EMI，除了關閉V在去耦 對于差模EMI，共模扼流圈用于此拓撲中可能占主導地位的共模EMI。

因此，成功布局的第一步是保持熱回路盡可能小。使用設計規則允許的最小銅間距。使用最短和最平坦的陶瓷去耦電容器，首先閉合熱回路。為熱回路并聯使用多個阻斷或去耦電容并沒有錯。將它們堆疊在一起，最短和最平坦的電容器靠近熱回路，較大的封裝緊隨其后。

審核編輯：郭婷