PCBニュース - スイッチング電源PCB設計と電気安全仕様

任意のスイッチング電源設計で, の物理的なデザイン <エー href="/jp/" target="_blank">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し、電源が不安定に動作する原因となり得る. The following are the matters neeディーing attention in each step analyze:

one,
回路図からPCBへの設計フロー

コンポーネントパラメータを設定します。

二つ,
パラメータ設定

隣接するワイヤ間の距離は、電気的安全要件を満たすことができなければならない。そして、操作および生産を容易にするために、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。

スリー,
コンポーネントレイアウト

回路設計が正しく，プリント回路基板が正しく設計されていなくても，電子機器の信頼性に悪影響を及ぼすことを実証した。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入力ループ

入力コンデンサは、近似DC電流によって充電される, そして、フィルタコンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵として機能する同様に, 出力フィルタコンデンサはまた、出力整流器12から高周波エネルギーを蓄積するために使用される, 同時に、出力負荷ループのDCエネルギーを除去する. したがって, 入出力フィルタコンデンサの端子は非常に重要である. 入力および出力電流ループは、それぞれフィルタコンデンサの端子からの電源に接続されるべきである入力の間の接続/出力ループと電源スイッチ/端子が直結しているコンデンサに整流器ループを接続できません, そして、ACエネルギーは、入力または出力フィルタコンデンサによって環境に放射される.

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。

変圧器を置く

電源スイッチ電流ループの設計

出力整流電流ループの設計

交流電源回路に接続された制御回路

Design input current source loop and input filter
When designing the output load loop and output filter according to the functional unit of the circuit, 回路のすべての構成要素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）まず、PCBサイズを考える。PCBサイズが大きすぎると、印刷ラインが長くなり、インピーダンスが増加し、アンチノイズ能力が低下し、コストが増加するPCBサイズが小さすぎると、放熱性が良くなり、隣接する配線が乱れてしまう。回路基板の最良の形状は矩形であり、アスペクト比は3：2または4：3である。回路基板の端部に位置する構成要素は、一般に、回路基板の縁から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) Take the core component of each functional circuit as the center and lay out around it. 部品は均一でなければならない,
PCBにきちんととコンパクトに配置する, コンポーネント間のリードおよび接続の最小化と短縮, 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。

（6）レイアウトの第1の原理は配線速度を確保し、装置を移動させる際の浮上リードの接続に着目し、接続関係を持たせることである。

（7）スイッチング電源の放射妨害を抑えるためにループ面積をできるだけ小さくする。

フォー,
配線

スイッチング電源は高周波信号を含む。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する, そして、幅は印刷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. 長さは、印刷ラインの応答の波長を反映する. 長さが長い, 印刷ラインが電磁波を送受信する周波数が低い, そして、それはより多くの無線周波数エネルギーを放射することができます. プリント基板電流の大きさに応じて, 電力線の幅を大きくして、ループ抵抗を小さくしようとする.
同時に, 電力線と接地線の方向を電流の方向と一致させる, アンチノイズ能力を高めるのに役立つ. 接地はスイッチング電源の4つの電流ループの最下層である. これは、回路の共通の基準点として非常に重要な役割を果たしている. 干渉を制御する重要な方法である. したがって, 接地線の配置は、レイアウトで慎重に考慮すべきである. 様々な接地を混合すると不安定な電源供給を引き起こす.
The following points should be paid attention to in the ground wire design
:

1. つのポイント接地を正しく選択. 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AC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、回路の各部の接地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. このスイッチング電源装置, その配線とデバイス間のインダクタンスはほとんど影響を与えない, そして、接地回路によって形成される循環電流は、干渉に対してより大きな影響を有する, だからワンポイント接地を使用する, それで, the current loop of the power switch
(The ground wires of several devices are connected to the ground pin, そして、整流器の電流ループを出力するいくつかのデバイスの接地線は、対応するフィルタキャパシタの接地ピンにも接続されている, だから、電源はより安定して動作するように簡単に自己エキサイト. 1つのポイントを行うことができないとき, 共通のグラウンドで2つのダイオードまたは小さな抵抗器を接続します. 事実上, それは銅箔の比較的集中した部分に接続するのに十分である.

2. Make the ground wire as thick as possible
If the ground wire is very thin, 接地電位は電流と共に変化する, これは電子機器のタイミング信号レベルを不安定にする, そして、反雑音性能は悪化するでしょう. したがって, 各大電流接地端子は、可能な限り短く、かつ広いものであることを保証する必要がある. 針金を作る, 電力線と接地線の幅をできるだけ広げる, 好ましくは、接地線は、電源線12よりも広い, their relationship is: ground wire>power wire>signal wire, できれば, 接地線の幅は3 mmよりも大きくなければならない, グランドワイヤーとして使用される大面積銅層を使用することもできます, そして、プリント回路基板上の未使用の場所は、接地線としてグラウンドに接続している. グローバル配線を行う場合, the following principles must also be followed

(1).
はんだ付け面から見た配線方向, コンポーネントの配置は、概略図と同様に一貫しているべきである. 配線方向は、回路図の配線方向と一致するように最適である. 様々なパラメータが通常製造プロセスの間、はんだ付け面でテストされるので, だからこれは検査に便利です, debugging and maintenance during production (Note: It refers to the premise that the circuit performance and the installation and panel layout requirements of the whole machine are met).
はんだ付け面から見た配線方向, コンポーネントの配置は、概略図と同様に一貫しているべきである. 配線方向は、回路図の配線方向と一致するように最適である. 様々なパラメータが通常製造プロセスの間、はんだ付け面でテストされるので, だからこれは検査に便利です, debugging and maintenance during production (Note: It refers to the premise that the circuit performance and the installation and panel layout requirements of the whole machine are met).

（2）配線図を設計する場合、配線はできるだけ曲げてはならず、印刷されたアーク上の線幅は急に変化してはならない。針金の角は90度程度であり、線は単純で明確でなければならない。

( 3 )プリント回路ではクロス回路は許されない。交差する可能性のある線については、“ドリル”と“巻き”を使用して問題を解決することができます。すなわち、他の抵抗器、コンデンサ、およびトライオードピンの下のギャップ、または交差する可能性のあるリードの一端からの「風」をリードする「ドリル」とする。特別な事情では、回路がいかに複雑であるかについても、設計を簡素化することができる。クロス回路の問題を解決するためにブリッジにワイヤを使用してください。単体のボードのために、インライン構成要素は最上面に位置する。そして、表層のマウント・デバイスは底面に位置する。その結果、インラインデバイスはレイアウトの間、表層のマウント・デバイスと重なることができるが、パッドの重なり合いは避けられるべきである。

（3）このスイッチング電源は、低電圧DC−DC入力である。あなたが出力電圧をトランスフォーマの主にフィードバックしたいならば、両側の回路は共通の参照グラウンドを持つべきです。したがって、両側に接地線に銅を敷設した後、共通の地面を形成するために一緒に接続する必要があります

ファイブ, check

After the wiring design is completed, 配線設計が設計者によって定式化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, それと同時に, 確立された規則がプリント基板製造工程の要件を満たすかどうか確認する必要がある. 一般に, ラインとラインをチェックする, 行とコンポーネントのパッド, と行. 貫通孔からの距離, コンポーネントパッドとスルーホール, 貫通孔と貫通孔は理にかなっている, 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. Notice:
Some errors can be ignored. 例えば, 若干のコネクタのアウトラインの一部は、ボード・フレームの外に置かれる, そして、間隔をチェックするとき、エラーは起こります;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.

レビューは、デザインルール、層定義、線幅、間隔、パッド、およびビア設定を含む“PCBチェックリスト”に基づいています。また、デバイスレイアウトの合理性、電力およびグランドネットワークのルーティング、高速クロックネットワークの見直しに焦点を当てるべきである。配線とシールド、デカップリングコンデンサの配置、接続など。

六,
設計出力

ガーバーファイルのエクスポートの注意

a. The layer that needs to be output has a wiring layer (bottom layer)
, Silk screen layer (including top screen printing, bottom screen printing), solder mask (bottom solder mask), drilling layer (bottom layer), and also generate drilling files (NC Drill)

b. シルクスクリーン層のレイヤーを設定するとき, 部品タイプを選択しない, select the top layer (bottom layer) and the Outline, テキスト, シルクスクリーン層.
c. 各層の層を設定する場合, 選択ボードの概要. シルクスクリーン層のレイヤーを設定するとき, 部品タイプを選択しない, アウトラインを選択, テキスト, and Line of the top layer (bottom layer) and the silk screen layer.
d. 掘削ファイルの生成, PowerPCBのデフォルト設定を使用して変更を行いません.

以上がスイッチング電源の導入である PCB設計 電気安全規格. IPCBも提供 PCBメーカー and PCB製造 テクノロジー.