PCBニュース - スイッチング電源プリント基板の設計上の注意事項

スイッチング電源の放射干渉は、電流経路中の電流の大きさ、経路のループ面積と電流周波数の2乗の積に比例する、すなわち放射干渉E 226 IAf 2である。この関係を使用する前提は、チャネルサイズが周波数の波長よりもはるかに小さいことである。

上記の関係は、チャネル面積を減少させることが放射干渉を減少させる鍵であることを示している。つまり、スイッチング電源のコンポーネントは互いに密に配置されなければならない。一次回路では、入力コンデンサ、トランジスタ、トランスが互いに近接し、かつ配線がコンパクトであることが要求される、二次回路では、ダイオード、トランス、出力コンデンサは互いに接近する必要がある。

プリント基板を設計する際には、コンポーネントが遠すぎるためにプリント配線が長すぎて邪魔にならないように、できるだけ関連コンポーネントを一緒に置く必要があります。さらに、信号の入出力信号は、結合経路による干渉を回避するために、できるだけリードポートに近づく必要があります。プリント基板上では、正極と負荷電流導体をプリント基板の両側に近接させ、平行で閉じた正極と負荷電圧導体によって発生した外部磁場が相殺されることが多いので、できるだけ平行にしておきます。実際には、プリント基板の素子レイアウトと配線設計がスイッチング電源のEMC性能に大きな影響を与えることが実証されている。高周波スイッチング電源には、プリント基板が±5ű15 Vのレベルの小さな信号制御を持っているため、高圧電源バスや高周波電源スイッチ、磁気素子もあります。プリント基板の限られた空間内にどのように素子の位置を合理的に配置するかは、回路中の各素子の干渉抵抗力に直接影響する。また、2本の印刷信号線は並列に接続されていることを覚えておいてください。並列接続を回避できない場合は、次の方法を使用して修復できます。

（1）2本の平行信号線を流れる電流方向が逆である。

（2）2本の平行信号線の間の距離をできるだけ保持して、2本の線の間の電磁場の影響を減らす、

（3）2本の信号線の間に1本の接地線を加えて遮蔽する、

配線間の電磁結合は電界と磁界によって行われるので、配線時には電界と磁界の結合を抑制することに注意しなければならない。電界を抑制する方法は以下の通りである：

（1）静電遮蔽を使用する場合、遮蔽層は接地しなければならない。

（2）感受性線路の入力インピーダンスを下げる。

（3）できるだけ線路間の距離を増やして、容量結合をできるだけ減らす；

磁場を抑制する方法は以下の通りである：

（1）干渉源と感受性回路を直接結線することが好ましく、それによって線路間の結合を大幅に減少させる。

（2）回線間の距離を増やし、結合干渉源と敏感回路との相互誘導をできるだけ小さくする。

（3）干渉源と敏感回路のループ面積を減少させる、

また、プリント配線の特性インピーダンスを解析することにより、プリント配線の位置、長さ、幅、レイアウトを選択した。一本の導線の特性インピーダンスは直流抵抗Rと自己誘導Lからなる。印刷線Jが短いほど直流抵抗Rは小さくなる、同時に、印刷線路の幅と厚さを増やすことで直流抵抗Rを下げることもできる。印刷線路の長さJが短いほど、自己インダクタンスLが小さくなり、印刷リードの幅Bを増やすことで自己インダクタンスLを下げることもできる。複数の印刷線路の特性インピーダンスは直流抵抗Rと自己インダクタンスLだけでなく、相互インダクタンスMの影響も受ける。相互インダクタンスMは印刷線路の長さと幅の影響のほか、印刷線路の長さと幅の影響も受ける。距離も重要な役割を果たし、2つの線の間の距離を増やすことで相互感覚を減らすことができます。上記の現象を考慮して、プリント配線板を設計する際には、電源線、アース線、その他の印刷線がインダクタンスを持っているため、電源線とアース線のインピーダンスをできるだけ低くする必要があります。電圧降下が大きく、アース電圧降下は共インピーダンス干渉を形成する重要な要素であるため、アース線はできるだけ短くし、電源線とアース線はできるだけ厚くすることができる。両面プリント配線基板の設計では、電源線とアース線をできるだけ厚くするほか、アース線と電源線の間に高周波特性の良いデカップリングコンデンサを取り付ける必要がある。

以上はスイッチング電源PCBプリント配線基板の設計上の注意事項の紹介である。IpcbはPCBメーカーとPCB製造技術にも提供されている。