PCBブログ - PCB電源レギュレータのレイアウト

電源レギュレータは、出力電圧を自動的に調整できる電源回路または装置である。その機能は、変動が大きく、電気機器の要求に合わない電源電圧をその設定値の範囲内に安定させ、各種回路や電気機器を定格動作電圧で正常に動作させることができるようにすることである。

PCB設計はスイッチング電源設計における重要なステップであり、電源の性能、EMC要件、信頼性、生産性に重大な影響を与えるためです。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、動作周波数もますます高くなり、内部デバイスの密度もますます大きくなっている。PCBレイアウトと配線の要求はますます厳しく、合理的になり、科学的なPCBレイアウトはあなたの作業をより効率的にすることができます。

PCB電源レギュレータは、定電圧回路、制御回路、サーボモータなどから構成されている。入力電圧や負荷が変化すると、制御回路はサンプリング、比較、増幅を行い、その後サーボモータを回転駆動して、電圧レギュレータのカーボンブラシの位置を変更する。コイル巻数比を自動調整することにより、出力電圧は安定したままである。容量の大きいボルテージレギュレータも電圧補償原理に基づいて動作する。

電源調節器の主な機能は

1.発電機出力電圧の調整

2.電流の過充電防止

3.逆電流が発生した場合、充電回路を切断し、リレーは逆電流が発生した場合に急速に充電回路を切断する。レギュレータにはアナログレギュレータとデジタルレギュレータがあります。生産プロセスパラメータの測定値と所与の値を比較し、一定の調整規則に基づいて出力信号を生成し、アクチュエータを駆動して偏差を除去し、パラメータを所与の値の近くに保持するか、または所定の規則に基づいて変化させるコントローラであって、調整機器とも呼ばれる。

PCB電源レギュレータの特徴

1.体積が小さく、重量が軽い：

容量と重量はサイリスタPCB電源レギュレータの1/5-1/10であり、計画、拡張、移動、メンテナンス、インストールを容易にします。

2.省エネ効果が高い：

高周波変圧器を使用したため、変換効率が大幅に向上した。通常の場合、サイリスタ装置に比べて効率が10%以上向上し、負荷率が70%未満の場合、効率が30%以上向上する。

3.出力安定性が高い：

システムの応答速度が速い（マイクロ秒級）ため、電力網の電力と負荷の変化に強い適応性があり、出力精度は1%以上に達することができる。このスイッチング電源は高い作業効率と制御精度を有し、製品品質の向上に有利である。

4.出力波形は変調しやすい：

動作周波数が高いため、出力波形調整の処理コストは相対的に低く、ユーザのプロセス要件に応じて出力波形を変更しやすくなります。これは作業効率の向上と作業場の加工製品の品質の向上に強い役割を果たしている。

PCB電源レギュレータレイアウトガイド

PCB電源、回路基板整流器とも呼ばれ、高い信頼性とコーティングの高い均一性という2つの突出した要求があります。PCB電源レギュレータは新しい電源操作と監視回路を採用し、大量の冗長性を持ち、電源の信頼性のある運転を保証することができる。

オンボードロードレギュレータ付き電源とPCBについては、スイッチングレギュレータのレイアウトが全体的なシステム性能の主要な決定要因となるだろう。レイアウトにより、電磁干渉（EMI）、熱挙動、電源完全性、安全性に対する感度が決まります。良好なレイアウトにより、効率的な電力変換と負荷への伝送が確保され、同時にレイアウト内の熱コンポーネントからの熱の伝送が可能になり、電子システム周辺の低ノイズ結合が確保されます。

接地を正しく定義し、PCBレイアウトに短い配線を配置し、PCBに電流遮断部材を配置してノイズ結合を回避することにより、できるだけ低いEMIを維持する。

レイアウトにノイズが存在し、エンベロープトラッキングやその他の機能が必要な場合、または特定のノイズ源が設計上問題になる場合は、必要に応じて適切な入出力EMIフィルタ回路を使用する必要があります。大量の銅を使用して、重要な部品から離れた冷却経路を提供します。必要に応じて、独自の筐体設計を採用し、ヒートシンクまたはファンをヒートシンクアセンブリに取り付けることを検討してください。スイッチングイベントの間に設計中に寄生振動がないように、高速スイッチと大電流回路を配置します。

最初のスイッチングモードPCB電源レギュレータレイアウトガイドでは、レイアウトに接地を定義する方法を考慮します。スイッチング電源回路を設計する際には、5つの接地点があることを覚えておいてください。これらは、電流分離を確実にするために、異なる導体に分けることができます。これらは：大電流源を入力し、大電流回路を入力し、大電流整流地を出力し、高電流負荷を出力し、低レベル制御地である。

これらの接地接続のそれぞれは、コンバータ、整流器、またはレギュレータ回路における電流分離の必要性に応じて、物理的に独立した導体に存在する可能性がある。接地が容量結合されている場合、電源回路は近くの導電性シェルを通過するなど、コモンモードノイズを許容することがあります。

各大電流接地は電流回路の分岐として使用されますが、そのレイアウトは電流に低インピーダンスの回路を提供する必要があります。これにより、低等価インダクタンスを有する高電流を可能にするために、複数の貫通孔が接地面に戻る必要がある場合がある。これらの点とその系接地に対する電位は、測定回路における異なる点間で伝導される直流と交流信号の点となる。大電流交流接地のノイズ逃避を防止する必要があるため、大電流接地の接続点として適切なフィルタコンデンサの負極端子を使用する。

接地領域を定義するためのベストプラクティスは、大型平面または多角形キャストを使用することです。これらの領域は、直流出力のノイズを除去するための低インピーダンスパスを提供し、高還流電流を処理することができます。また、必要に応じて重要な部品から熱を伝達する方法も提供されています。両側に接地層を置くことで放射線を吸収できるEMIは、ノイズを低減し、接地回路の誤差を低減する。接地層は、静電遮蔽および消散渦中の放射EMIに使用されると同時に、電源線および電源層コンポーネントを信号層コンポーネントから分離します。

設計中の接地領域は、その機能に応じて複数の名前を与えることができる。設計で接地領域を定義するときは注意して、それらが正しく接続されていることを確認してください。接地面は電源PCBレイアウト以外のシステムにおいても重要である。接続がコンポーネントに影響を与えずに低インピーダンスで定義されていることを確認します。

電源レギュレータの設計では、PCBレイアウト設計は重要なステップであり、電源の性能と信頼性に重大な影響を与える。