PCB技術 - スイッチモードPCBでは、インダクタの配置が適切である

pcb上のインダクタは回路にエネルギーを蓄積するための受動素子であり、電子機器に広く応用されている。科学技術の進歩に伴い、プリント配線基板（PCB）へのインダクタンスの応用はますます重要になり、現代の電子製品にとって不可欠な一部となっている。

電圧変換に使用されるスイッチングレギュレータは、インダクタンスが到来したときにエネルギーを格納するために使用されます。これらのインダクタは通常、サイズが大きく、スイッチングレギュレータのプリント基板（PCB）レイアウトに配置されている必要があります。インダクタに流れる電流は変化するが、瞬間的ではないので、このタスクは難しくない。変化は連続的であることができ、通常は比較的遅い。

スイッチングレギュレータは、2つの異なる経路の間で電流を切り替えます。この切り替えは、エッジの切り替えの継続時間に応じて非常に高速です。スイッチング電流が流れる回路は熱回路または交流電流経路と呼ばれ、それらはスイッチング状態で電流を伝導し、別の状態では電流を伝導しない。PCBレイアウトでは、熱回路の面積は小さく、経路は短くして、これらの経路における寄生インダクタンスをできるだけ減らすべきである。寄生線インダクタンスは不必要な電圧不均衡を生じ、電磁干渉（EMI）を引き起こす。

したがって、インダクタの配置は重要ではないと仮定することができる。インダクタを熱回路の外に置くのは正しいので、この場合は配置位置は二次的です。しかし、従うべきルールがいくつかあります。感応制御配線はインダクタの下（PCB表面の上または下ではない）、内層またはPCB裏面に敷設してはならない。電流の影響下で、コイルは磁場を発生し、これは信号経路中の弱い信号に影響を与える。スイッチングレギュレータでは、重要な信号経路はフィードバック経路であり、出力電圧をスイッチングレギュレータICまたは抵抗分圧器に接続する。

実際のコイルは容量とインダクタンス効果を持っていることにも注意しなければならない。巻線は降圧スイッチングレギュレータのスイッチングノードに直接接続されている。その結果、コイル内の電圧変化はスイッチングノードにおける電圧と同様に強く迅速である。回路中のスイッチング時間が短く、入力電圧が高いため、PCB上の他の経路にかなりの結合効果がある。したがって、感知回路はコイルから離れなければならない。図から分かるように、黄色のフィードバック経路はコイルL 1から一定距離離れている。回路基板の内層に位置している。

一部の回路設計者は、コイル下のPCB基板上に銅層があることさえ望んでいない。例えば、接地平面層においても、インダクタの下に凹部が設けられている。コイルの磁場によりコイル下方の接地面に渦が形成されるのを防止することを目標としている。この方法は間違っていないが、接地面は一致し、中断してはならないと考える人もいる：

PCB設計には、主に次のようなタイプのインダクタがあります。

巻線インダクタ：高出力と大インダクタンス値のワイヤを巻いたインダクタで、高周波応用に適している。

薄膜インダクタ：薄膜技術によって製造され、それらは非常に小さく、高周波で動作することができ、空間の限られた設備に適している。

フェライトインダクタ：フェライト材料を磁気コアとして使用し、それらはより高いインダクタンス値を提供し、主に電源とフィルタ設計に用いられる。

PCB上のインダクタの主な機能は、

フィルタ：インダクタはキャパシタと結合して低域通過または高域通過フィルタを形成し、ノイズを最小限に抑え、電源を平滑化することができます。

エネルギー貯蔵：スイッチング電源において、インダクタはエネルギーの貯蔵と放出を担当し、電源の効率を高める。

信号処理：インダクタを信号チェーンに使用して、特定の周波数の信号を処理して、不要な周波数を抑制して信号品質を高めることができます。

インダクタの性能は、多くの要因、特に動作周波数に影響されます。インダクタは低周波では主に電流阻害またはインピーダンスを示す。周波数が増加するにつれて、共振周波数に達するまでインダクタは容量特性を示した。適切なインダクタを選択して、設計において安定したインダクタンス値を確保することが重要です。

回路設計のためにインダクタを選択する際には、次の点を考慮する必要があります。

インダクタンス：選択したインダクタンス値が回路の要求に合致することを確保して、回路の性能を確保する。

動作周波数：最適なパフォーマンスを確保するために、必要な周波数特性を持つ適切なタイプのインダクタを選択します。

サイズと電力：PCBレイアウト内のスペースが限られている場合は、電力要件を満たし、配線を最適化するために適切なインダクタサイズを選択する必要があります。

熱管理：インダクタは運転中に熱を発生し、適切なレイアウトで良好な放熱を確保することも重要な設計上の考慮事項である。

遮蔽用の接地面は有効で、中断しない。

PCBの銅含有量が多いほど、放熱効果が高い。

渦電流が発生しても、これらの電流は局所的にしか流れず、小さな損失をもたらすだけで、接地面の機能にほとんど影響を与えません。

そのため、コイルの下にあっても接地層は完全に保たなければならないという意見が一致している。