PCB技術 - スイッチング電源設計におけるPCBボードの物理設計解析

スイッチング電源設計において, の物理的なデザイン 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, the PCB は、あまりに多くの電磁干渉を放射する, 電力供給を不安定にする. 以下は、各ステップに注意を要する事項の分析です。

一つ回路図からPCBへの設計フローコンポーネントパラメータを設定する-“入力原理ネットリスト-”デザインパラメータの設定-“マニュアルレイアウト-”マニュアル配線-“検証設計-”再チェック-“カム出力”。

隣接する導体間の距離を設定するパラメータは、電気的安全要件を満たすことができなければならず、操作や生産を容易にするためには、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。

三番目, コンポーネントのレイアウトの練習は、回路図の設計が正しい場合でも, 印刷された 回路基板 正しく設計されていない, 電子機器の信頼性に悪影響を及ぼす. 例えば, プリント板の2つの細い平行線が一緒にあるならば, 信号波形は遅延され、伝送線の端子に反射ノイズが形成される. 演奏が落ちる, それで、印刷を設計するとき 回路基板, 正しい方法を採用することに注意を払うべきだ. 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は、入力ループが、入力DCキャパシタを近似DC電流で充電する。フィルタコンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵機能として機能する同様に、出力フィルタコンデンサはまた、出力負荷を除去しつつ出力整流器から高周波エネルギーを蓄積するために使用される。ループの直流エネルギーしたがって、入出力フィルタキャパシタ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出力ループと電源スイッチ／整流器ループとの間の接続がコンデンサに接続されていない場合、端子は直接接続され、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。

変圧器を設置する

設計パワースイッチ電流ループ

整流出力電流ループ

交流電源回路に接続された制御回路

回路の機能単位に従って出力負荷ループおよび出力フィルタを設計するときに、入力電流源ループおよび入力フィルタを設計すると、回路のすべての構成要素は以下の原理に従ってレイアウトされるべきである

（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）各機能回路のコア成分を中心として配置する。構成要素は、均等に、PCBの上にきちんと、そして、コンパクトに配置されなければならなくて、コンポーネントの間でリードおよび接続を最小にして、短くする。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る必要がある。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。

フォース, 配線スイッチング電源は高周波信号を含む. 上の任意の印刷ライン PCB アンテナとして機能する. プリントラインの長さと幅はそのインピーダンスとインダクタンスに影響する, それによって周波数応答に影響する. Even printed lines that pass DC signals can couple to radio frequency signals from adjacent printed lines and cause circuit problems (and even radiate interfering signals again). したがって, AC電流を通過するすべての印刷ラインは、できるだけ短くて広いように設計されなければなりません, これは、印刷ラインと他の電源ラインに接続されたすべ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します. 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. According to the サイズ of the printed 回路基板 カレント, 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. それは回路の共通の基準点として重要な役割を果たす, そして、それは干渉を制御する重要な方法です. 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.

接地線設計には以下の点が注目される。

1点を正しく選択します。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、高電流の交流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、回路の各部のグランド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では、その配線と素子間のインダクタンスはほとんど影響を与えず、接地回路で形成される循環電流は干渉に大きく影響する。接地ピンに接続され、出力整流器電流ループのいくつかの構成要素の接地線も対応するフィルタコンデンサの接地ピンに接続されているので、電源はより安定して動作しやすく、自己励起が容易ではない。つのポイントが利用できないとき、接地接続2つのダイオードまたは小さな抵抗器を共有してください、実際、それは銅箔の比較的に集中した部分に接続されることができます。

2 .なるべく接地線を厚くしてください。接地線が非常に薄い場合、電流の変化によって接地電位が変化し、電子機器の不安定なタイミング信号レベルおよびアンチノイズ性能の劣化をもたらす