電子設計 - スイッチング電源PCBボードの設計と解析

スイッチング電源設計において, の物理的なデザイン PCBボード が最後のリンク. デザイン方法が不適切であるならば, PCBは、あまりに多くの電磁干渉を放射する, 電力供給を不安定にする. 以下は、各ステップに注意を要する事項の分析です。

回路図からPCBへの設計プロセスコンポーネントパラメータを設定する-“入力原理ネットリスト-”デザインパラメータの設定-“マニュアルレイアウト-”マニュアル配線-“検証設計-”レビュー-“カム出力”。

隣接するワイヤ間の距離を設定するパラメータは、電気的安全要件を満たすことができなければならず、操作や生産を容易にするためには、距離はできるだけ広くなければならない。最小間隔は、許容される電圧に少なくとも適していなければならない。配線密度が低い場合は、信号線間隔を適切に増加させることができる。高いレベルと低いレベルの間に大きなギャップを持つ信号線に対しては、間隔はできるだけ短くし、間隔を大きくする必要がある。通常、トレース間隔を8 milに設定します。

パッドの内側孔の端部とプリント基板の縁部との間の距離は1 mmより大きくなければならず、処理中にパッドの欠陥を回避することができる。パッドに接続されたトレースが薄い場合、パッドとトレースとの間の接続は、ドロップ形状に設計されるべきである。この利点は、パッドが剥離し易くないことであり、トレース及びパッドは容易に切断されないことである。

第3に、回路レイアウトの実施が正しく、回路基板が正しく設計されていない場合であっても、電子機器の信頼性に悪影響を及ぼすことになる。例えば、プリント基板の2つの細い平行線が接近している場合、信号波形は遅延され、反射ノイズは伝送ラインの端子に形成される。パフォーマンスは低下するので、プリント回路基板を設計するとき、あなたは正しい方法を採用することに注意を払うべきです。各スイッチング電源は4つの電流ループを有する

( 1 )パワースイッチAC回路

（2）出力整流回路

( 3 )入力信号源電流ループ

4）。出力負荷電流ループ

整流器のパワースイッチとAC回路の交流回路は、高振幅の台形電流を含んでいる。これらの電流の高調波成分は非常に高い。周波数は、スイッチの基本周波数よりもはるかに大きい。ピーク振幅は連続入出力直流電流の5倍の振幅となる。遷移時間は通常50 ns程度である。これらの2つのループは電磁干渉に最も傾向があるので、これらのACループは電源の他のプリントラインの前にレイアウトされなければならない。各ループの3つの主要な構成要素は、フィルタコンデンサ、電力スイッチまたは整流器、インダクタまたは変圧器である。お互いの隣に配置し、それらの間の現在のパスをできるだけ短くするためにコンポーネントの位置を調整します。スイッチング電源配置を確立する最良の方法は、その電気設計に類似している。最良の設計プロセスは以下の通りである。

変圧器を設置する

パワースイッチ電流ループの設計

整流出力電流ループ

交流電源回路に接続された制御回路

設計入力電流源ループと入力フィルタ

回路の機能単位に従って出力負荷ループおよび出力フィルタを設計するとき、回路の全てのコンポーネントをレイアウトするとき、以下の原則を満たさなければなりません

(1) First, 考慮する PCBサイズ. 時 PCBサイズ 大きすぎる, 印刷ラインは長くなる, インピーダンスが増える, アンチノイズ能力が低下する, そして、コストが増加しますif the PCBサイズ 小さすぎる, 放熱は良くない, 隣接する行は簡単に妨害される. 回路基板の最良の形状は長方形である, アスペクト比は3 : 2または4 : 3です. 回路基板の縁部に配置された構成要素は、一般に、回路基板12の縁部から2 mm以上離れている.

（2）装置を配置する際には、その後のはんだ付けを考慮しない。

（3）各機能回路のコア成分を中心として配置する。構成要素は、均等に、PCBの上にきちんと、そして、コンパクトに配置されなければならなくて、コンポーネントの間でリードおよび接続を最小にして、短くする。そして、デカップリング・コンデンサはデバイスのVCCに可能な限り近くなければならない。

（4）高周波で動作する回路では，部品間の分散パラメータを考慮すべきである。一般に、回路はできるだけ並列に配置する必要がある。このように、それは美しいだけでなく、インストールして、溶接するのも簡単で、大量生産で簡単です。

（5）回路の流れに応じて各機能回路ユニットの位置を調整し、信号循環に対してレイアウトが便利であり、できるだけ同じ方向に保持する。

（4）スイッチング電源の配線は高周波信号を含んでいる。PCB上の任意の印刷ラインは、アンテナとして機能することができます。プリントラインの長さおよび幅はそのインピーダンスおよびインダクタンスに影響し、それによって周波数応答に影響を及ぼす。DC信号を通過するプリントラインであっても、隣接するプリントラインからの無線周波数信号と結合し、回路の問題を引き起こし（そして、干渉信号を再び放射する）ことができる。したがって、AC電流を通過する全ての印刷ラインは、できるだけ短くて広いように設計されなければならない。そして、それは印刷ラインおよび他の電源ラインに接続している全てのコンポーネントが非常に近くに置かれなければならないことを意味する。プリントラインの長さはそのインダクタンスおよびインピーダンスに比例し、幅はプリントラインのインダクタンスおよびインピーダンスに反比例する。

接地線設計には以下の点が注目される。

1点を正しく選択します。一般に、フィルタコンデンサの共通端は、他の接地点のための唯一の接続点であり、高電流の交流グラウンドに結合する。このレベルの接地点に接続する必要があります。主な考慮点は、回路の各部のグランドに戻る電流が変化することである。実際の流路のインピーダンスは、回路の各部の接地電位の変化を引き起こし、干渉を導入する。

2 .接地線をできるだけ厚くする。接地線が非常に薄い場合には、電流変化に伴って接地電位が変化し、電子機器のタイミング信号レベルが不安定となり、耐ノイズ性能が劣化する。したがって、各高電流グランド端子は、プリント配線をできるだけ短くかつ広い範囲で使用することを保証し、電源線と接地線の幅をできるだけ広くする。接地線を電力線より広くするほうがよい。それらの関係は、接地線＞電源線＞信号線である。可能であれば、接地線幅は3 mmより大きくなければならず、大きな面積の銅層も接地線として使用することができる。プリント配線板の未使用箇所を接地線として接続する。

5. 配線設計終了後, 配線設計が設計者によって設定された規則に適合するかどうかを注意深くチェックする必要がある. 同時に, また、ルールセットがプリント基板製造工程の要件を満たすかどうかを確認する必要がある. ワイヤとワイヤーをチェックする, ワイヤと部品の溶接, ワイヤーとスルーホール, コンポーネントパッドとスルーホール, そして、スルーホールとスルーホールの間の距離は合理的です, そして、それが生産要件を満たしているかどうか. 電力線と接地線の幅が適切かどうか, そして、PCBのグランドラインを広げる場所があるかどうか. 注意:エラーは無視できます. 例えば, いくつかのコネクタのアウトラインの一部がボードフレームの外側に置かれるとき, 間隔チェック時にエラーが発生します加えて, トレースとビアが変更されるたびに, 銅は再メッキしなければならない. 6. レビューによるとPCBチェックリスト", コンテンツは、デザインルールが含まれて, レイヤー定義, 線幅, 間隔, パッド, 設定経由. また、デバイスレイアウトの合理性の見直しに焦点を当てる必要があります, 電力と地上ネットワークのルーティング, 高速でクロックネットワークのルーティングと遮蔽, デカップリングコンデンサの配置と接続, etc.