PCB技術 - スイッチング電源のPCBレイアウト

良い PCBレイアウト 設計は効率を最適化できる, 熱応力を減らす, そして、トレースとコンポーネント間のノイズおよび効果を最小にする. すべては、現在の伝導経路および電源の信号フローのデザイナーの理解から生じる.

プロトタイプパワーボードが初めてパワーアップされるとき、最高のケースはそれが働くだけでなく、静かで、低い熱があるということです。しかし、この状況は珍しい。

スイッチング電源の一般的な問題は「不安定」スイッチング波形である。時々、波形ジッタはサウンドバンドにあり、磁気コンポーネントはオーディオノイズを生成する。プリント基板のレイアウトに問題があると原因を見つけることが難しい。したがって，スイッチング電源設計の初期段階での正しいpcbレイアウトは非常に重要である。

電源設計者は、最終的な製品の技術的な詳細と機能的な要求を十分に理解しなければなりません。したがって、回路基板設計プロジェクトの開始から、電源設計者は、キー電源配置上のPCBレイアウト設計者と密接に働くべきである。

良いレイアウト設計は、電力効率を最適化して、熱ストレスを減らすことができます;さらに重要なことは、ノイズとトレースとコンポーネント間の相互作用を最小限に抑えます。これらの目標を達成するためには、設計者は、スイッチング電源内の電流伝導経路と信号流を理解しなければならない。非絶縁スイッチング電源の正しいレイアウト設計を実現するためには，以下の設計要素を念頭に置く必要がある。

レイアウト計画

大きな回路基板上に組込まれたdc／dc電源に対して，最良の電圧調整，負荷過渡応答及びシステム効率を得るためには,電力出力を負荷装置に近づけ，基板トレース上の相互接続インピーダンスと伝導を最小化する必要がある。圧力降下熱ストレスを制限するために良い空気の流れがあることを確認します強制空冷を使用することができれば、電源はファンに近いはずです。

加えて、大きな受動部品（インダクタおよび電解コンデンサなど）は、パワーMOSFETまたはPWMコントローラのような低表面実装半導体コンポーネントを通って気流を遮断してはならない。スイッチングノイズがシステムのアナログ信号に干渉するのを防ぐために、できるだけ多くの感度の高い信号線を電源の下に置くのを避けるべきですさもなければ、あなたはシールドのためにパワー層と小さい信号層の間に内部の接地層を置く必要があります。

キーは、システムの初期の設計および計画段階で、電力供給の場所およびボードスペースの需要を計画することである。時には、デザイナーは、このアドバイスを無視し、大規模なシステムボード上の“重要”または“エキサイティングな”回路に焦点を当てる。電力管理は余波とみなされ，電源は回路基板上の余分な空間に置かれる。このアプローチは、高効率で信頼性の高い電源設計に非常に有害である。

多層基板では、高電流電力成分層と高感度小信号トレース層との間にDC接地またはDC入出力電圧層を配置するのが良い方法である。接地層又は直流電圧層は、高雑音電力トレース及び電力構成要素からの干渉を防止するために、AC接地シールド小信号トレースを提供する。

大綱として, AのグランドプレーンもDC電圧面もない多層PCB基板分離すべき. この分離が避けられないならば, これらの層の数と長さを減らす, そして、トレースのレイアウトは、衝撃を最小にするために、高電流と同じ方向に保たれるべきです.

パワーステージレイアウト

スイッチング電源回路は、電力ステージ回路と小信号制御の2つの部分に分けることができるPCB回路基板. 電力段回路は、大きな電流を伝送するために使用される構成要素を含む. 一般に, これらのコンポーネントを最初に配置する必要があります, そうすると、小さいシグナル制御回路はレイアウトの特定のポイントに置かれるべきです.

PCBのインダクタンス、抵抗および電圧降下を最小にするために、高電流トレースは短くて広いべきである。高いdi／dtパルス電流を有するこれらのトレースに対し，このアスペクトは特に重要である。