PCBブログ - スイッチング電源PCBボードの設計技術及び電気安全規範

いずれのスイッチング電源の設計においても、PCBボードの物理設計は一環である。設計方法が適切でない場合、PCBボードは電磁干渉を放射しすぎて電源動作が不安定になる可能性があります。ステップごとに次の点に注意する必要があります。

1.回路図からPCBボードへの設計プロセス構築部品パラメータ-「入力回路網テーブル-」設計パラメータ設定-「手動レイアウト-」手動配線-「検証設計-」レビュー-「CAM出力」。

2.パラメータ設定隣接電線間の間隔は電気安全の要求を満たす必要があり、操作と生産を容易にするために、間隔はできるだけ広くしなければならない。間隔は少なくとも電圧に適していなければならない。配線密度が低い場合には、信号線の間隔を適切に大きくすることができる。トラック間隔は8 milに設定した。パッド内の穴の縁からプリント基板の縁までの距離は1 mmより大きくして、加工中にパッドに欠陥が発生しないようにしてください。パッドに接続されているトレースが薄い場合は、パッドとトレース間の接続は水滴形状に設計されている必要があります。このようにする利点は、パッドがはがれにくいが、トレースやパッドが切れにくいことです。素子配置の実践は、回路原理図の設計が正しくても、プリント基板の設計が適切でないと電子機器の信頼性に不利な影響を与えることを証明している。例えば、プリント基板の2本の細い平行線が非常に接近すると、信号波形が遅延され、反射ノイズが伝送路の終端に形成され、電源とアースの考慮不足による干渉により製品が故障することがあります。性能が低下しているため、プリント基板を設計する際には正しい方法を使用することに注意しなければならない。各スイッチング電源には4つの電流回路がある：（1）電源スイッチング交流回路（2）出力整流器交流回路（3）入力信号源電流回路（4）出力負荷電流回路入力回路入力コンデンサは近似直流電流で充電され、フィルタコンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵器として、同様に、出力フィルタコンデンサは、出力負荷回路の直流エネルギーを除去しながら、出力整流器からの高周波エネルギーを記憶するためにも使用される。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り、入出力電流回路はフィルタコンデンサ端子から電源にそれぞれ接続されるべきであり、入出力回路と電源スイッチ/整流器回路との接続が実現できない場合。端子が直接接続され、交流エネルギーが入出力フィルタコンデンサまたは入出力フィルタコンデンサを介して環境に放射されます。電源スイッチのAC回路と整流器のAC回路は高振幅台形電流を含む。これらの電流は高調波含有量を有し、それらの周波数はスイッチング基本周波数よりはるかに大きい。ピーク振幅は連続入出力直流電流振幅の5倍に達することができる。移行時間は通常約50 nsである。これらの2つの回路は電磁干渉を受けやすいので、電源中の他のトレースを配線する前にこれらの交流回路を配置しなければなりません。各回路の3つの主要なコンポーネント、フィルタコンデンサ、電源スイッチまたは整流器、インダクタ、またはトランスは、互いに同相である必要があります。隣接して配置し、コンポーネント間の電流経路ができるだけ短くなるように配置します。スイッチング電源のレイアウトを確立する方法は、電気設計と似ています。設計フローは以下の通りである：1）トランスを配置する2）電源スイッチング電流回路を設計する3）出力整流器電流回路を設計する4）交流電源回路を接続する制御回路は入力電流源回路と入力フィルタ設計出力負荷回路と出力フィルタ設計回路は回路の機能ユニットに基づいて、回路のすべてのコンポーネントを配置する時、以下の原則に従うべきである：（a）まず、PCBボードのサイズを考慮する。PCBボードのサイズが大きすぎると、プリント配線が長くなり、インピーダンスが増加し、ノイズ耐性が低下し、コストも増加します。サイズが小さすぎると放熱が悪くなり、隣接する線路が邪魔されやすくなります。回路基板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。回路基板の縁部に位置する部品は、一般的に回路基板の縁部から2 mm以上離れています。（b）設備を置く時、後の溶接を考慮して、あまり密集しないでください。（c）各機能回路の素子を中心に、その周囲に配置する。素子はPCB基板上に均一、整然と、コンパクトに配列し、素子間のリード線と接続をできるだけ減らし、短縮し、そしてデカップリングコンデンサをできるだけ素子のVCCに近づける。（d）高周波で動作する回路については、素子間の分布パラメータを考慮しなければならない。一般的な回路では、素子はできるだけ平行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、取り付けや溶接が容易になり、量産が容易になります。（e）回路フローに基づいて各機能回路ユニットの位置を配置し、レイアウトを信号の流れを容易にし、できるだけ信号の方向を一致させる。（f）レイアウトの第一の原則は配線の引き廻し率を確保することであり、設備を移動する時は飛線の接続に注意し、接続関係のある設備を一緒に置く。（g）スイッチング電源の放射干渉を抑制するために、回路面積をできるだけ小さくする。Wiringスイッチング電源は高周波信号を含み、PCB上のどのプリント配線もアンテナとして機能することができる。プリント配線の長さと幅は、インピーダンスとインダクタンスに影響し、周波数応答に影響します。DC信号を通過するトレースであっても、隣接するトレースからのRF信号に結合され、回路の問題（再放射干渉信号まで）を引き起こす可能性がある。したがって、すべてのAC電流を担持するトレースは、トレースと他の電力線に接続されたすべてのコンポーネントが緊密に配置されていることを意味する、できるだけ短く広く設計されている必要があります。トレースの長さは、それが示すインダクタンスとインピーダンスに比例し、幅はトレースのインダクタンスと抵抗に反比例する。この長さは、トレースが応答する波長を反映している。長さが長いほど、トレースが電磁波を送受信する周波数が低くなり、放射の無線周波数エネルギーが多くなります。プリント配線板の電流の大きさに応じて、回路抵抗を下げるために電源線の幅をできるだけ大きくします。同時に、電源線とアース線の方向を電流の方向と一致させることで、ノイズ耐性の向上に役立ちます。接地はスイッチング電源の4つの電流回路の底部分岐である。それは回路の共通参照点として重要な役割を果たし、干渉を制御する重要な方法である。そのため、レイアウト時に接地線の配置をよく考慮する必要があります。さまざまな接地を混合すると、電源の動作が不安定になります。接地線の設計は以下の点に注意しなければならない：4.1単点接地を正確に選択するのは通常、フィルタコンデンサの共通端子は大電流と交流して結合する他の接地点の接続点であり、同一回路の接地点はできるだけ近くにあるべきで、同時にこの級回路の電源フィルタコンデンサにも接続すべきである。この接地レベルでは、回路の各部から地上に戻る電流が変化し、実際の流路のインピーダンスが回路の各部の地上電位を変化させ、干渉を導入することを主に考慮している。このスイッチング電源では、配線とデバイスとの間のインダクタンスの影響が小さく、接地回路によって形成される循環電流が干渉に与える影響がより大きいため、単点接地、すなわち、電源スイッチ電流回路のアース線（いくつかのデバイスのアース線がアースピンに接続されている場合、整流器電流回路を出力するいくつかのデバイスのアース線も対応するフィルタコンデンサのアースピンに接続され、電源動作がより安定し、自励しにくい。単一の点が実現できない場合、共通のアースはその位置に2つのダイオードまたは1つの小さな抵抗器を接続する。実際には、相対的に集中している銅箔に接続することができる。4.2アース線をできるだけ厚くする。アース線が薄い場合、アース電位は電流の変化に応じて変化し、これにより電子デバイスのタイミング信号レベルが不安定になり、ノイズ耐性が低下する。短くて広い使用の印刷物はできるだけ電源線とアース線の幅を広くします。アース線は電源線より広いです。その関係は、アース線>電源線>信号線です。可能であれば、アース線の幅は電源線より大きいですreは、3 mmより大きければ、大面積の銅層をアース線としても使用でき、プリント基板上の未使用箇所をアース線として接地することができるはずである。グローバルルーティングを実行する場合は、次の原則にも従う必要があります。参考模式図：（1）配線方向：溶接表面から見て、部品の配置はできるだけ原理図と一致しなければならない、配線方向は回路図の配線方向と一致しなければならない、生産過程で、通常溶接表面で各種パラメータをテストするから。そのため、生産中の検査、調整、メンテナンスが容易である（注：回路性能と機械全体の設置及びパネル配置の要求を満たす前提で）。配線方向：溶接表面から見て、素子の配列はできるだけ原理図と一致し、配線方向は回路図の配線方向と一致しなければならない。製造過程では、通常、溶接表面で様々なパラメータが検出されるので、このようにしました。生産中の検査、調整、メンテナンスを容易にする（注：回路性能と機械全体の設置及びパネル配置の要求を満たす前提で）。（2）配線図を設計する時、配線はできるだけ少なく回転しなければならず、印刷アーク上の線幅は突然変化してはならず、配線角はâ¥90度で、線は簡潔ではっきりしているべきである。（3）印刷回路において交差回路の出現を許可しない。交差する可能性のあるワイヤの場合は、「ドリル」と「巻き付け」の2つの方法を使用できます。つまり、1本のリード線を他の抵抗器、コンデンサ、および3極管のピンの下の隙間を「ドリル」したり、交差する可能性のあるリード線の端から「ラップ」したりします。特殊な場合、回路は非常に複雑で、設計を簡単にすることもできます。ジャンパを使用して交差回路の問題を解決します。パネルが単一であるため、直列素子は上面に位置し、表面実装素子は底面に位置するため、レイアウト時に直列素子は表面実装素子と重なることができるが、パッドが重なることを避けるべきである。4.3入力地と出力地はローカルスイッチング電源における低圧DC-DCである。出力電圧をトランスの1次側にフィードバックする場合は、両側の回路に共通の基準接地が必要です。結合して共通の接地を形成する。配線設計が完了したら、配線設計が設計者が制定した規則に合致しているかどうかをよくチェックし、同時に制定した規則がプリント基板の生産技術の要求に合致しているかどうかを確認しなければならない。一般的に、線路と線路、線路と部品パッド、線路貫通孔、部品パッドと貫通孔、貫通孔と貫通孔の間の距離が合理的で、生産要求に合っているかどうかを検査する。電源ケーブルと接地線の幅が適切かどうか、PCBに接地線を広げることができる場所があるかどうか。注意：無視できるエラーがあります。例えば、コネクタの一部の輪郭がプレートフレームの外に配置されている場合、間隔をチェックする際にエラーが発生します。また、トレースとビアを修正するたびに、銅を再被覆しなければならない。「PCBボードチェックシート」によると、設計規則、レイヤ定義、線幅、間隔、パッド、ビア設定が含まれています。また、デバイスレイアウト、電源、接地ネットワーク配線、高速クロックの妥当性を審査する必要があります。ネットワークルーティングとシールド、デカップリングキャパシタの配置と接続など。lightpaintファイルの出力に関する設計出力の注意事項：a.出力が必要な層は、配線層（下地層）、スクリーン層（最上位スクリーン、下地スクリーンを含む）、ソルダーレジスト層（下地ソルダーレジスト層）、ドリル層（下層）であり、またドリルファイル（NC drill）bを生成する。スクリーン層の層を設定する場合、部品タイプを選択せず、スクリーン層の最上位（下地層）と輪郭、テキスト、線を選択する。c.各層の層を設定し、板輪郭を選択する。シルクスクリーンレイヤーのレイヤーを設定するときは、部品タイプではなく、最上位（下層）とシルクスクリーンレイヤーの輪郭、テキスト、線を選択します。d.ドリルファイルを生成するときは、Power PCBボードのデフォルト設定を使用して、変更しないでください。