PCBブログ - スイッチング電源PCBボードの設計ポイント

スイッチング電源の設計において、PCBボード設計は非常に重要なステップであり、電源の性能、EMC要件、信頼性、製造性に大きな影響を与えます。電子技術の発展に伴い、スイッチング電源の体積はますます小さくなり、動作周波数はますます高くなり、内部素子の密度はますます高くなっている。これにより、PCB基板のレイアウトと配線の耐干渉要求はますます厳しくなっている。合理的で科学的なPCBボード設計により、作業をより効率的に行うことができます。

1.レイアウトにはPCBボードのレイアウトがより洗練されている必要があり、それを上に置いて、それを押しておくだけではありません。一般的なPCBボードレイアウトは以下の点に従うべきである：（1）レイアウトの主な原則は配線率を保証することであり、デバイスを移動する時にフライワイヤの接続に注意し、デバイスと接続関係を一緒に置く。（2）各機能回路の部品を中心にして、それをめぐって配置する。部品はPCB基板上に均一、整然と、コンパクトに配列しなければならない。これにより、美しいだけでなく、取り付けと溶接が容易で、量産が容易である。コンポーネント間のリード線と接続を最小限に抑え、短縮する。発振器回路、フィルタデカップリングコンデンサはICに近づかなければならず、接地線は短くなければならない。（3）部品を置く時、将来の溶接とメンテナンスを考慮する。短いコンポーネントを2つの高いコンポーネントの間に配置しないようにします。これは生産と維持に不利である。部品はあまり密集してはいけないが、電子技術の発展に伴い、現在のスイッチング電源はますます小型化とコンパクト化されているため、両者の間の程度をバランスさせ、溶接とメンテナンスを容易にするだけでなく、コンパクト性を考慮する必要がある。実際のチップ処理能力も考慮する必要がある。IPC-A-610 E規格によると、素子側偏差の正確性を考慮すると、素子間の錫結合、ひいては素子偏差による素子距離の不足を招きやすい。（4）光電結合素子と電流サンプリング回路は干渉を受けやすい。大電流配線、変圧器、高電位脈動装置など、強い電場と磁場を持つ装置から離れなければなりません。（5）素子を置く際、高周波パルス電流と大電流の回路面積を優先し、スイッチング電源の放射干渉を抑制するためにできるだけ減少させる。（6）高周波パルス電流が流れる領域は入出力端子から離れ、ノイズ源は入出力ポートから離れ、これはEMC性能の向上に有利である。変圧器は入口に近すぎて、電磁放射エネルギーは直接入力端と出力端に作用する。そのため、EMIテストに失敗しました。右側の方法に切り替えると、変圧器が入口から遠ざかり、電磁放射エネルギーと入出力端との距離が増加し、効果が顕著に向上し、EMI試験に合格した。（7）加熱素子（例えば変圧器、スイッチング管、整流ダイオードなど）の配置は放熱効果を考慮し、電源全体の放熱を均一にし、温度に敏感な肝心な素子（例えばIC）は加熱素子から離れ、より多くの熱を発生しなければならない。この設備は電解コンデンサやその他の機械全体の寿命に影響を与える設備と一定の距離を維持しなければならない。（8）プレートを置く時、底部要素の高さに注意する。たとえば、パッケージ化されたDC-DC電源モジュールの場合、DC-DCモジュール自体が相対的に小さいため、下部コンポーネントの高さが4つの側面でバランスがとれていない場合、パッケージ化中に両側のピンの高さが高くなり、反対側のピンの高さが低くなります。（9）配置時にピンの静電気抵抗力を制御することに注意し、対応する回路素子間の距離は十分でなければならない、例えばCtrlピン（ローレベルシャットダウン）、回路の容量は入出力端子とは異なる。フィルタリングを行うため、モジュール全体の静電気防止能力が弱いため、十分な安全距離を確保する必要があります。配線の原則（1）小信号配線はできるだけ大電流配線から離れ、両者は平行配線に近接してはならない。必然的に平行になる場合は、小信号トレースの干渉を回避するために十分な距離を保つ必要があります。（2）重要な小信号配線、例えば電流サンプリング信号線と光結合フィードバック信号線など、回路に囲まれた面積を最大限に削減する。（3）隣接線路の間には長すぎる平行線があるべきではなく（もちろん、同じ電流回路の平行配線も可能である）、上下層配線はできるだけ垂直に交差しなければならない。配線は急に曲がるべきではありません（即ち：90°）、直角と鋭角は高周波回路の電気性能に影響します。（4）電源回路と制御回路は分離し、単点接地方法を採用しなければならない。主PWMは、IC周辺のコンポーネントがICの接地ピンに接地されるように制御し、接地ピンから大容量アースに引き出し、電源アースに接続します。二次TL 431の周りのコンポーネントはTL 431のピン3に接地され、次いで出力コンデンサの接地に接続される。複数のICの場合、並列単点接地方法を採用する。（5）変圧器やインダクタなどの高周波素子を下地に配線したり、高周波素子の底面に直接配置したりしない。もし避けられないならば、遮蔽を使用して、例えば高周波要素を最上位に置いて、制御回路は最下位に向かうことができます。高周波ノイズ放射が底部の制御回路に干渉しないように、高周波素子のある層の銅遮蔽に注意してください。（6）フィルタコンデンサの配線に特に注意する。波やノイズの一部がルーティングされます。右側の画像のフィルタリング効果はずっとよくなります。リップルとノイズはフィルタコンデンサによって完全に除去されます。（7）電源線とアース線をできるだけ近づけて、閉鎖面積を減少させ、それによって外部磁場回路の切断による電磁干渉を減少させ、同時に回路の外部電磁放射を減少させる。電源線とアース線の配線はできるだけ太く短くして、回路抵抗を下げて、角は滑らかで、線幅は突然変化してはいけません。（8）大面積裸銅は大熱量素子（例えばTO−252パッケージMOS管）下の放熱に使用でき、素子の信頼性を高めることができる。電源トレース銅箔の狭い部分は、大きな電流の流れを確保するために裸の銅錫めっきに使用することができる。安全距離とプロセス要件（1）電気ギャップ：2つの隣接する導体または導体と隣接する導電性ハウジング表面との間の空気測定に沿った短距離。沿面距離：2つの隣接する導体または導体と隣接する導電性ハウジング表面との間の絶縁性表面に沿って測定される短距離。モジュールPCBボードのスペースが限られていて、沿面距離が足りない場合は、スロットを使用することができます。図14に示すように、光結合において分離溝を開き、良好な一次及び二次分離を実現する。一般的にスロット幅は1 mmである。小さなスロット(0.6 mm、0.8 mmなど)を開くには、通常は特別な説明が必要です。加工精度の高いPCBボードメーカーを探しています。もちろん、コストは増加します。（2）プレートエッジまでのアセンブリの距離要件。基板の端部に配置されたコンポーネントは、通常、基板の端部から2 mm以上離れています。10 W以下の小型化DC-DCモジュールでは、素子の体積と高さが相対的に小さく、入出力電圧も高くないため、小型化を満たすためには少なくとも0.5 mm以上の距離をとる必要がある。大面積銅箔と外枠との距離は、少なくとも0.20 mm以上でなければならない。ミリング形状時に銅箔をミリングしやすいため、銅箔が持ち上がり、フラックスが脱落する。（3）円形パッドまたは貫通孔に入るトレース幅が円形パッドの直径より小さい場合、涙滴を添加して吸着力を強化し、パッドまたは貫通孔の脱落を防止する。（4）SMDデバイスのピンが大面積の銅箔に接続されている場合、断熱処理を行う必要がある。そうしないと、リフロー溶接中の放熱が速いため、虚溶接や脱着を招きやすい。（5）PCB基板を組み立てる際、部品と板の縁部との距離が十分であることを確保するために、サブプレートの実現可能性を考慮する必要がある。サブプレートの応力がアセンブリの反りを引き起こすかどうかを考慮します。PCB板の破断時の応力を低減するために、適切に溝を開けることができる。アセンブリAはV-CUT溝の方向に平行に配置され、破断時の応力はアセンブリBより小さい、素子Cは素子AよりV-CUT溝から遠く、破断時の応力も素子Aより小さい。もちろん、以上はスイッチング電源PCB板設計の個人的な経験にすぎない。