PCB技術 - バック，ブーストおよびSEPICコンバータのためのPCB設計

正しい PCBレイアウト 電力供給設計成功のための最も重要な要因の一つである. 非絶縁電力部は電力系統の基本的なビルディングブロックである. 電流フローの方向を理解し、高周波ループがどのように構築されるかは、PCB設計において最も重要なステップである.

降圧，ブースト，シングルエンド一次インダクタンス変換器（SEPIC）電力部の電源設計技術について論じた。

ステップダウンコンバータ

まず、出力電圧が入力電圧より低いバックコンバータを用いる。図1は、このバックコンバータの回路図及びPCBレイアウトを示す。

この簡略化された回路図は、入力および出力コンデンサ、インダクタ、スイッチングトランジスタ、およびブロッキングダイオードを含む

パルス幅変調器（PWM）のオン期間中、入力トランジスタからスイッチングトランジスタを介してインダクタへの緑色矢印によって示される経路に沿って電流が流れる。PWMオフ期間中、電流は、ピンクの矢印の経路に沿ってインダクタを通って流れ続ける。これは、出力が連続的に流れる電流を有することを意味する。

入力高周波電流は、1サイクル毎に1度オン・オフする. このパワーセクションレイアウトの最も重要な部分は高周波数ループを減らすことである. 上部の青い矢印は、このループを反映します. トランジスタの導通中, 電流は、ダイオードD 1を縦続に接地する. この間, 入力キャパシタが互いにあまり接近していない場合, それから、この大きな電流サージは、いくつかの設計上の問題を引き起こす可能性があります.

パワートレースまたはパワープレーンがパワー電流を運ぶのに十分な幅を有することを保証する. 一般的に言えば, パワープレーンは、スイッチノードを除いてできるだけ大きくなければならない. 大きなDVがある/スイッチノードのDT信号, これは、 PCBレイアウト. したがって, その表面積をできるだけ小さくすることは、良いデザインを達成することができます. 異なる層にパワープレーンを接続するために複数のバイアを使用します. The simple rule of thumb is that each via (10mil drilling) should not exceed 1A. あなたがAと同じくらい大きい連続した地面面をつくることができるならば PCBボード, それは、雑音と高周波ループを減らすのを助けます.

ブーストコンバータ

ブーストコンバータは、より低い入力電圧からより高い出力電圧を生成するために使用される。あなたはバックコンバータのようにブーストコンバータで同じプロセスを使用してクリティカルパスとループを識別することができます。

PWMオン期間中、電流はインダクタを介して入力端子からスイッチングトランジスタ（緑色矢印によって示される）に流れる。この期間中、エネルギーはインダクタに蓄積し、次いでPWMがオフにされると出力に転送される。現在、入力から出力まで、現在はピンクの矢に沿って流れます。これは入力側の電流が連続していることを意味する。出力時の電流は高周波スイッチング電流である。高周波ノイズを最小化するために、図の青で示されるループは、できるだけ短くなければならない。

トランジスタの導通期間中、電流は、ダイオードを介して出力から接地へわずかに流れる。この電流が出力コンデンサによって適切に短絡されないならば、それは電源設計の問題を引き起こすかもしれません。バックコンバータに使用される一般的なレイアウト技術は、このブーストコンバータにも適用することができる。スイッチ・ノード領域を最小にして、グランドプレーンに接続するために、複数のビアを使用する。

SEPICコンバータ

入力電圧が出力電圧より高いか低いかは、SEPICコンバータを使用することができる。この種の電力変換器は、入力電圧が出力より低いときにブーストの役割を果たすことができ、入力電圧が出力より高いときにステップダウンの役割を果たすことができる。この回路は2つのインダクタまたは単一の結合インダクタを使用する。

つのインダクタがあるので、スイッチングサイクルの各部分に2つの電流経路が存在する。PWMオン期間中、電流は緑色の矢印に沿って流れ、インダクタにエネルギーを蓄積する。PWMがオフのとき、エネルギーはピンク電流経路を通って出力に転送される。このSEPIC設計では、入力電流は連続的である。出力端は高周波スイッチング電流を示すので、ループを最小化する必要がある。それは、接地面に接続するために出力コンデンサに接近しているビアを使うことを勧められます。接地面は、すべてのPCB成分間の低インピーダンス経路を提供し、それによってノイズを低減することができる。

まとめ

パワーレイアウト設計は非常に難しいタスクです. 第1のステップは、電流がどのように電源に流れるかを決定することである, そして、高周波ループを見つけて、最小にしてください. 次, グランドプレーンとパワープレーンを使用して PCBコンポーネント 非常に低いインピーダンス方法で. 使用される飛行機が設計された電流を運ぶのに十分な幅を持っていることを確認してください. 高周波スイッチングノードは、他の信号との雑音結合の機会を減らすために、できるだけ小さくなければならない. 大きな接続を使用して大きな接続, 様々なデバイスの連続グランドプレーンも良いデザインであるかもしれません.