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スイッチング電源PCBボード設計技術と電気安全性仕様
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スイッチング電源PCBボード設計技術と電気安全性仕様

2022-02-10
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Author:pcb

任意のスイッチング電源設計で, の物理的なデザイン PCBボード がリンク. デザイン方法が適切でないならば, the PCB boarディー 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. 各ステップで注意を払う必要がある.

1. 回路図から設計図まで PCBボード
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-”レビュー-“カム出力”.

PCBボード

2. Parameter setting
The 間隔 between adjacent wires must meet electrical safety requirements, そして、操作と生産の容易さのために, 間隔はできるだけ広くなければならない. 間隔は少なくとも耐電圧に適しているべきである. 配線密度が低い場合, 信号線の間隔を適切に増加させることができる. トレース間隔は8 mil. パッドの内側孔の端部からプリント基板の端部までの距離は、1 mmよりも大きくなければならない, 処理中のパッドの欠陥を避けるために. パッドに接続されたトレースが薄い場合, パッドとトレースの間の接続は水滴形状で設計されるべきである. この利点は、パッドが剥離しにくいことである, しかし、トレースとパッドは容易に切断されません.

3. Component layout
Practice has proved that even if the circuit schematic design is correct, プリント基板の不適切な設計は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つの細い平行線が非常に近いならば, 信号波形が遅れる, そして、反射ノイズは伝送ラインの端部に形成される電源とグラウンドラインの思いやりのない考慮に起因する干渉は、製品に失敗するでしょう. 性能が低下する, したがって、プリント回路基板を設計する際に正しい方法を使用するために注意しなければならない. Each switching 電源 has four current loops:
(1) Power switch AC circuit
(2) Output rectifier AC circuit
(3) Input signal source current loop
(4) Output load current loop input loop
The input capacitor is charged by an approximate DC current, そして、フィルタコンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵として機能する同様に, 出力フィルタコンデンサはまた、出力整流器14から高周波エネルギーを蓄積するために使用される, 出力負荷ループのDCエネルギーを除去しつつ. したがって, 入出力フィルタコンデンサの端子は非常に重要である, そして、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力の間の接続/出力ループと電源スイッチ/整流器ループは端子が直接接続できない, そして、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. 整流器の電力スイッチおよび交流ループの交流ループは、高振幅の台形電流を含む. これらの電流は高調波含有量を有する, 周波数はスイッチング基本周波数よりもはるかに大きい. ピーク振幅は連続入力の5倍の振幅となる/直流出力. 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, それで、電源の他の跡が発送される前に、これらのACループをレイアウトしなければなりません. 各ループの3つの主要な構成要素, コンデンサコンデンサ, パワースイッチまたは整流器, インダクタまたは変圧器, 互いに位相が合うべきである. それらの間の現在のパスができるだけ短くなるように、それらを互いと位置コンポーネントに隣接して置きます.

スイッチング電源配置の確立方法は電気設計に類似している. The design flow is as follows:
1)Place the transformer
2)Design the power switch current loop
3)Design the output rectifier current loop
4)Control circuit connected to AC power circuit
Design the input current source loop and input filter Design the output load loop and output filter According to the functional unit of the circuit, 回路のすべての構成要素をレイアウトするとき, the following principles should be followed:
(a) First, サイズを考慮する PCBボード. サイズ PCBボード 大きすぎる, 印刷ラインは長くなる, インピーダンスが増える, アンチノイズ能力が低下する, そして、コストも増加しますサイズが小さすぎるならば, 放熱は貧弱, と隣接する行を簡単に干渉されます. 回路基板の形状は長方形である, アスペクト比は3 : 2または4 : 3です. 回路基板の縁部に位置する構成要素は、回路基板の端部から2 mm以下である.
(b) When placing the device, その後のはんだ付けを考える, あまり濃くない.
(c) Take the component of each functional circuit as the center and make a layout around it. コンポーネントは均等にする必要があります, きちんとと簡潔に配置される PCBボード, コンポーネント間のリードと接続の最小化と短縮, そして、デカップリングコンデンサを可能な限り装置のVccに近づける.
(d) For circuits that work at high frequencies, コンポーネント間の分配パラメータを考慮すべきである. 一般回路, コンポーネントは、できるだけ並列に配置する必要があります. このように, それは美しいだけではない, しかし、簡単にインストールし、溶接, 大量生産が容易.
(e) Arrange the position of each functional circuit unit according to the circuit flow, そのため、レイアウトは信号循環に便利です, そして、信号の方向は、できるだけ一貫して保たれます.
(f) The first principle of layout is to ensure the routing rate of wiring, 装置を動かすときの飛行線の接続に注意を払う, そして、接続関係を持つデバイスを.
(g) Reduce the loop area as much as possible to suppress the radiation interference of the switching power supply.

4. Wiring
The switching power supply contains high-frequency signals, そして、PCB上のどんな印刷されたワイヤーも、アンテナとして作用することができます. プリント配線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 traces passing through DC signals can couple to RF signals from adjacent traces and cause circuit problems (or even radiate interfering signals again). したがって, AC電流を運ぶすべてのトレースは、できるだけ短くて広いように設計されるべきです, これは、トレースと他の電力線に接続されているすべてのコンポーネントが一緒に配置されなければならないことを意味します. トレースの長さは、インダクタンスおよびインピーダンスに比例する, 幅はトレース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、トレースが応答する波長を反映する. 長さが長い, トレースが電磁波を送受信する周波数が低い, そして、それが放射することができるより多くのRFエネルギー. プリント基板電流の大きさに応じて, 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, グランドワイヤの配置は、レイアウトで慎重に考慮すべきである. 様々な地盤を混合すると不安定な電源供給が起こる.

The following points should be paid attention to in the ground wire design:
4.1正常に1ポイント接地を選択, フィルタコンデンサの共通端子は、高電流で交流グラウンドに結合された他の接地点の接続点でなければならない, 同じ回路の接地点は可能な限り近くなければならない, そして、このステージ回路の電源フィルタ・コンデンサも接続されなければならない. 接地点のこのレベルで, 主な考慮点は、回路の各部から接地に戻る電流が変化することである, そして、実際の流路のインピーダンスは、回路の各部分の接地電位が干渉を変化させて、導入する. このスイッチング電源装置, その配線とデバイス間のインダクタンスはほとんど影響を与えない, そして、接地回路によって形成される循環電流は、干渉に対してより大きな影響を有する, それで、接地の一つのポイントは採用されます, それで, the ground wires of the power switch current loop (the ground wires of several devices in Connected to the ground pin, 整流器の電流ループを出力するいくつかのデバイスの接地線は、対応するフィルタキャパシタの接地ピンにも接続されている, したがって、電源はより安定して動作し、自己励起することは容易ではない. 一つの点が達成できないとき, 共通接地は、2つのダイオードまたは小さな抵抗器をその場所に接続する. 事実上, 比較的集中した銅箔に接続することができる.
4.2接地線をできるだけ厚くする. 接地線が非常に細いならば, 電流の変化により接地電位は変化する, これにより、電子機器のタイミング信号レベルが不安定になり、耐ノイズ性能が低下する. できるだけ短くて広い印刷されたワイヤーを使ってください, 電源線と接地線の幅を広げる. 接地線は電源線よりも広い. Their relationship is: ground wire > power wire > signal wire. できれば, 接地線の幅は、3 mmより大きいならば, グランド層として銅層の大面積を使用することもできる, そして、印刷されたボードの未使用の場所は、接地線としてグラウンドに接続している. グローバルルーティングを行う場合, 以下の原則も従わなければなりません. Refer to the diagram:
(1) 配線方向:溶接面から, コンポーネントの配置は、概略図として可能な限り一貫しているべきである, また、配線方向は回路図の配線方向と一致すべきである, 様々なパラメータが通常製造プロセスの間、溶接面でテストされるので. したがって, 検査に便利, debugging and maintenance in production (Note: It refers to the premise of meeting the circuit performance and the requirements of the whole machine installation and panel layout). Wiring direction: From the welding surface, コンポーネントの配置は、概略図として可能な限り一貫しているべきである, また、配線方向は回路図の配線方向と一致すべきである. 通常、製造工程中に溶接面に様々なパラメータが検出されるので, これを行う. 検査に便利, debugging and maintenance in production (Note: It refers to the premise of meeting the circuit performance and the requirements of the whole machine installation and panel layout).
(2) When designing the wiring diagram, 配線はできるだけ小さくしなければならない, 印刷アークの線幅は急に変更すべきではない, 針金の角は90度である, そして、線は単純で明確でなければなりません.
(3) Cross circuits are not allowed in the printed circuit. クロスすることができる行, あなたは“ドリル”と“巻き”の2つの方法を使用することができます. それで, 他の抵抗器の下でギャップを通って「ドリル」を導く, コンデンサ, 三極ピン, またはクロスすることがありますリードの一端から“ラップ”. 特別に, 回路は非常に複雑である, また、デザインを簡素化することもできます. クロス回路問題を解決するためにワイヤジャンパを使用. 単一のパネルのため, インラインコンポーネントは、上面に配置されます, そして、表面実装デバイスは、底面に配置される, したがって、インラインデバイスは、レイアウト中に表面実装デバイスと重なることができる, しかし、パッドの重なりを避ける必要があります.
4.3入力グラウンドおよび出力グランドは、ローカルスイッチング電源の低電圧DC - DCである. 出力電圧が変圧器の一次側にフィードバックされることになっているならば, 両側の回路は共通の参照グラウンドを持つべきである. 共通の地面を形成するために一緒に接続される.

5. Inspection
After the wiring design is completed, 配線設計が設計者のルールに合致しているかを注意深くチェックする必要がある, それと同時に, ルールがプリント基板製造工程の要件を満たしているか確認する必要がある. 一般に, ラインとラインをチェックする, ラインとコンポーネントパッド, スルーホール間の距離, コンポーネントパッドとスルーホール, そして、スルーホールとスルーホールは合理的です, そして、それが生産要件を満たしているかどうか. 電力線と接地線の幅が適切かどうか, そして、グラウンドラインを広げることができるPCBのどんな場所もあるかどうか. 注意:エラーは無視できます. 例えば, いくつかのコネクタのアウトラインの一部は、ボードフレームの外側に置かれる, そして、間隔をチェックするとき、エラーは起こります;加えて, トレースとビアの各変更後, 銅は再クラッドしなければならない. によるとPCBボード チェックリスト, コンテンツは、デザインルールが含まれて, レイヤー定義, 線幅, spacing, パッド, 設定経由. デバイスレイアウトの合理性の見直しも必要である, power supply, 地上ネットワーク配線, と高速時計. ネットワークルーティングと遮蔽, デカップリングコンデンサの配置と接続, etc.

6. Design output
Notes on outputting lightpaint files:
a. The layers that need to be output are wiring layer (bottom layer), silk screen layer (including top layer silk screen, bottom layer silk screen), solder mask layer (bottom layer solder mask), drilling layer (bottom layer), in addition to generate drill file (NC Drill )
b. シルクスクリーン層のレイヤーを設定するとき, 部品タイプを選択しない, select the top layer (bottom layer) and Outline, テキスト, シルクスクリーン層.
c. 各層の層を設定する場合, 選択ボードの概要. シルクスクリーン層のレイヤーを設定するとき, 部品タイプを選択しない, しかし、選択アウトライン, テキスト, and Line of the top layer (bottom layer) and silk screen layer.
d. ドリルファイルの生成, パワーのデフォルト設定を使用する PCBボード そして、変更を行わない.