开关形式电源用于将一个电压转化为另一个电压。这种电源的功率一般很高，因而，在许多运用中，它替代了线性稳压器。
开关频率与开关转化
开关形式电源以必定的开关频率作业。开关频率既可所以固定的(例如在PWM型操控中)，也可以依据某些要素而改动(例如在PFM或迟滞型操控中)。不管何种状况，开关形式电源的作业原理，都在于它有必定的敞开时刻Ton和必定的封闭时刻Toff.一个50%占空比的典型开关周期。这意味着，在完好周期T的50%时刻里，转化器中有某一电流;在别的50%时刻里，转化器中有不同的电流。
当咱们考虑体系噪声时，实践的开关频率(换言之，周期长度T)并不是很重要。假如它在体系的灵敏信号频率范围内，开关频率或其谐波可能会影响体系。但一般来说，开关频率并不是影响体系的最大要素。
在开关形式电源中，真实重要的是开关转化的速度。咱们可以看到开关转化在时刻标度上的扩大图。在周期T为2us的时刻标度上，关于500kHz PWM开关频率，转化看起来像是一条垂直线。但扩大后，咱们可以看到，开关转化一般需求30到90ns的时刻。
为什么杰出的PCB布局布线十分重要?
每2.5cm PCB走线具有大约20nH的走线电感。切当的电感值取决于走线的厚度、宽度和几许形状，但依据经历，一般取20nH/2.5cm切实可行。假定一个降压稳压器供给5A的输出电流，咱们将会看到电流从0A切换到5A.当开关电流很大且开关转化时刻很短时，咱们可以运用下面的公式，核算细小的走线电感会发生多大的电压偏移：
假定走线长2.5cm(20nH)，输出电流为5A(降压稳压器中的5A开关电流)，MOSFET功率开关的转化时刻为30ns，那么电压偏移将是3.33V.
由此可见，只是2.5cm的走线电感就能发生适当大的电压偏移。这种偏移乃至常常导致开关形式电源彻底失效。将输入电容放在离开关稳压器输入引脚几厘米的当地，一般就会导致开关电源不能作业。在布局布线不妥的电路板上，假如开关电源仍能作业，它将发生十分大的电磁搅扰(EMI)。
在上面的公式中，咱们仅有能改动的参数是走线电感。咱们可以使走线尽可能短，然后下降走线电感。较厚的铜线也有助于下降电感。由于负载所需的功率固定，因而咱们无法改动电流参数。关于转化时刻而言，咱们可以改动，但一般不想改动。减慢转化时刻可以下降发生的电压偏移，然后下降EMI，可是开关损耗却会进步，咱们将不得不以较低的开关频率并运用贵重而巨大的电源器材作业。
找到沟通电流走线
在开关形式电源的PCB布局布线中，最重要的原则是以某种方法使沟通走线尽可能短。假如能仔细恪守这一原则，杰出的电路板布局布线可以说现已成功了80%.为了找到这些在很短的时刻(转化时刻)内将电流从"满电流"变为"无电流"的沟通走线，咱们将原理图制作了三次。它是一个简略的降压型开关形式电源。在顶部的原理图中，咱们用虚线画出了敞开时刻内电流的活动。在中心的原理图中，咱们用虚线画出了封闭时刻内电流的活动。底部的原理图特别值得留意。这儿，咱们画出了电流从敞开时刻变为封闭时刻的一切走线。
通过这种方法，咱们可以轻松找到任何开关形式电源拓扑结构的沟通电流走线。
在评价现有的电路板布局布线时，一个好的方法是将其打印在纸上，并放上一张通明的塑料板，然后用不同色彩的笔，画出敞开时刻和封闭时刻内的电流流向及相应的沟通走线。尽管咱们倾向于以为，可以在头脑中完结这一相对简略的作业，但在思想过程中，咱们常常会犯一些小错误，因而，强烈主张在纸上绘出走线。
完成杰出的PCB布局布线
降压稳压器的沟通走线。有必要留意，某些接地走线也是沟通走线，相同需求坚持尽可能短。此外，关于这些沟通电流途径，主张不要运用任何过孔，由于过孔的电感也适当高。关于这一规矩，仅有十分少的例外状况。假如沟通途径不运用过孔，将实践导致比过孔自身更大的走线电感，那么主张运用过孔。多个过孔并联优于仅运用单个过孔。
选用ADI公司ADP2300降压稳压器的电路板的布局布线示例。咱们检查一下，图中的沟通走线是否是按肯定最短的途径布设。
衔接A是依照尽可能短的途径布设，由于C2的高侧衔接可以以最短的走线衔接到开关MOSFET(ADP2300的引脚5，即Vin引脚)。
衔接B是引脚6(SW引脚)与二极管D1的阴极侧之间的走线。咱们相同看到该走线尽可能短，以下降走线电感。
衔接C是二极管D1的阳极与C2的接地衔接之间的走线。这两个器材的焊盘互相相邻，具有最低的走线电感。此外，这也有利于该沟通电流不通过安静的接地层。接地层应仅用作基准电压，最好没有电流(特别是没有沟通电流)流过接地层。C2周围的过孔将PCB顶层的接地区域衔接到底层的地，但没有沟通电流流经这些过孔。
电感的特别考虑
在EMI方面，咱们也有必要考虑电感。实践器材并不像许多人以为的那样对称。电感有一个磁芯，磁芯周围绕着电线。绕组总有一个开始端和一个完毕端。开始端衔接到电感的内绕组，完毕端从电感的外绕组接出。图4所示为典型的鼓式电感的示意图。绕组的开始端一般在器材上标有一个圆点。将开始端衔接到高噪声开关节点，将完毕端衔接到安静的电压十分重要。关于降压稳压器，安静的电压便是输出电压。这样，外绕组上的固定电压，可以在电气上屏蔽内绕组上的沟通开关节点电压，然后电源的EMI将会较低。
趁便提一下，所谓的屏蔽电感也是如此。具有必定磁导率的屏蔽电感的外部，的确运用了某种屏蔽资料，该资料会收紧封装侧的大部分磁力线。但是，这种资料只能按捺磁场，而不能按捺电场。外绕组上的沟通电压主要是电气或容性耦合引起的问题，屏蔽电感的屏蔽资料没有按捺此类耦合。因而，屏蔽电感也应放在电路板上，以便将高噪声开关节点衔接到绕组开始端，然后将EMI降到最低。
开关形式电源杰出电路板布局布线的根底
工程课程一般不会教授怎么完成杰出的电路板布局布线。高频RF类课程会研讨走线阻抗的重要性，但需求自行构建体系电源的工程师，一般不会将电源视为高频体系，而忽视了电路板布局布线的重要性。电路板布局布线不妥引起的大多数问题，都可以归结为未操控沟通电流走线尽可能短而且紧凑。了解本文所述电路板布局布线原则背面的理由并严格恪守，将可以把开关形式电源的任何PCB相关问题降到最小。
