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PCBブログ
スイッチングレギュレータ生産におけるPCBボード設計仕様について
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スイッチングレギュレータ生産におけるPCBボード設計仕様について

スイッチングレギュレータ生産におけるPCBボード設計仕様について

2022-07-21
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Author:ipcb

電力供給の設計と生産においての設計と生産は PCBボード に対して非常に重要だ。任意のスイッチング電源設計での物理的なデザインはPCBボードと関係がある。デザイン方法が適切でないならば、プリント基板に置いて多くの問題を引き起こす。PCBボードデザインは年によると特に電源設計と生産の経験と関わる。本文は各ステップで注意を要する事柄を分析する。


設計フロー

図面からPCBボードまでの設計プロセスは、コンポーネントパラメータの設定を入力する。


PCBボード


電気安全要件

電線の間隔は、電気的安全要件に適合しなければならず、間隔は少なくとも耐電圧に適したものでなければならず、また、操作および製造の容易さのために、間隔はできるだけ広くなければならない。配線密度が低い場合には、信号線のピッチを適切に増加させることができる。高レベル及び低レベルの差を有する信号線については、間隔をできるだけ増加させる必要があり、一般的には8ミルだ。パッドの内側孔の縁からプリント基板の端部までの距離は、1 mmより大きくなければならず、処理中のパッド欠陥を避けるためだ。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、水滴形状に設計されなければならず、パッドは容易に剥離されず、トレースおよびパッドは容易に切断されないという利点がある。


コンポーネントレイアウト

回路構成の設計が正しいとしても、プリント配線板は適切に設計されておらず、電子機器の信頼性に悪影響を及ぼす。例えば、プリント基板上の2本の細い平行線が近接していると、信号波形の遅延が生じ、伝送線路の端部で反射ノイズが発生する。従って、プリント基板を設計する際には、正しい方法に留意する必要がある。スイッチング電源は、電力スイッチACループ、出力整流ACループ、入力信号源電流ループ、及び出力負荷電流ループの4つの電流ループを有する。入力ループは、入力キャパシタをおおよそのDC電流で充電し、フィルタコンデンサは主に広帯域エネルギー蓄積として機能する同様に、出力フィルタキャパシタは、出力整流ループからの高周波エネルギーを貯蔵するために使用され、一方、出力負荷ループのDCエネルギーを除去する。したがって、入力および出力電流回路は、フィルタキャパシタ端子からの電源に接続されるべきである入出力回路と電源スイッチ/整流器回路との間の接続がキャパシタ端子に直接接続することができない場合、ACエネルギーは入力または出力を通過する。フィルタコンデンサと環境に放射する。整流器の電源スイッチと交流ループの交流ループは、高振幅の台形電流を含んでいる。これらの電流は高調波成分を有し、その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を起こしやすいので、これらのACループは電源の他のトレースの前にルーティングされなければならない。フィルタコンデンサ、電源スイッチ、整流器、インダクタ、インダクタ、または変圧器は、それらの間の電流経路ができるだけ短くなるように互いに隣り合って配置されるべきだ。


回路のすべての構成要素をレイアウトするとき、以下の原則が続く。

1)PCBボードの大きさが大きすぎるとプリントラインが長くなり、インピーダンスが増加し、アンチノイズ能力が低下し、コストも増加する。それが小さすぎると、放熱性が悪くなり、隣接するラインが容易に干渉してしまう。回路基板の形状は長方形であり、アスペクト比は3:2または4:3であり、回路基板の縁部に位置する構成要素は一般に回路基板の縁から2 mm以下だ。

2)デバイスを配置する際,その後のはんだ付けを考慮しない。

3)各機能回路の部品を中心としたレイアウト。コンポーネントは、きちんとPCBの上で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化して、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には,部品間の分配パラメータを考慮する必要がある。一般的な回路では、部品を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、大量生産で簡単だ。

5)回路プロセスに従っ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、信号伝送方向をできるだけ一貫して保つ。

6)レイアウトの第1の原理は配線の配線速度を確保し、移動する際に飛行ワイヤの接続に着目し、接続関係を持つデバイスを配置すること。

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。


高周波処理

ワイヤの長さ及び幅は、そのインピーダンス及びインダクタンスに影響を及ぼし、それによって周波数応答に影響を及ぼす。DC信号を通過するトレースであっても、隣接するトレースからのRF信号に結合し、回路の問題を引き起こす(または干渉信号を再び放射する)。AC電流を運ぶすべてのトレースは、したがって、できるだけ短くて広いように設計されなければならない。そして、それはトレースおよび他の電源ラインに接続している全てのコンポーネントが近くに置かれなければならないことを意味する。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、電源線と接地線の方向を電流の方向と一致させます。そして、それは反雑音能力を強化するのを助けます。接地はスイッチング電源の4つの電流ループの最下段の枝である。回路の共通基準点として重要な役割を果たし、干渉を制御する上で重要な因子だ。このため、レイアウト時に接地線の配置を注意深く考慮すべきだ。様々な地面を混ぜると不安定な電源供給が起こる。接地線の設計には以下の点が注目される。


1.点を正しく選択する

通常、コンデンサの共通端子は、他の接地点が高電流交流グラウンドに結合されている接続点でなければならず、同じ回路の接地点は可能な限り近くなければならず、この段階の回路のパワーフィルタコンデンサはまた、この段階の接地点に接続されるべきだ。1つのポイント接地を使用することができ、すなわち、電源スイッチの電流ループ内のいくつかのデバイスの接地線は接地ピンに接続され、出力整流器電流ループ内の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接続されているので、電源はより安定しており、自己励起が容易ではない。つのポイントを達成することができないとき、2つのダイオードまたは共通の地面で小さな抵抗器を接続するか、銅箔の比較的に集中した部分にそれを接続してください。


2 .接地線を厚くしようとする

接地線は非常に薄く、接地電位は電流により変化し、電子機器のタイミング信号レベルが不安定になり、耐雑音性が低下する。このため、各高電流グランド端子は、配線として短く且つ幅広くプリントされていることを保証する必要があり、電源配線の接地幅を広くしている。接地線は電源線より広い。これらの関係は接地線>パワーワイヤ>信号線である。できれば、接地線の幅を3 mmより大きくする。層は接地線として使用され、プリント基板上の未使用の場所は接地線としてグラウンドに接続される。



グローバルルーティング問題

インタフェースから、構成要素の配置は、回路図と共に、できるだけ一貫しているべきだ。そして、配線方向は回路図の配線方向と一致しなければならない。配線図では、トレースをできるだけ小さくしなければならず、印刷アーク上の線幅を急激に変化させてはならず、ワイヤのコーナーは、90アングル90度程度でなければならず、ラインは単純で明確でなければならない。回路ではクロス回路は許されない。クロスすることができる行の場合は、“ドリル”と“巻き”の2つのメソッドを使用することができる。すなわち、他の抵抗器、コンデンサ、およびトライオードピンの下のギャップからリードする「ドリル」、または交差することができるリード線の一端から「ラップ」させる。回路が非常に複雑であるならば、それはクロス回路の問題を解決するためにデザインを単純化するためにワイヤージャンパーを使用することも許されます。


検査・審査

デザイン完了後, 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。一般的にワイヤとワイヤの間の距離をチェックする。ワイヤ及び部品パッド、穴を通すこと、コンポーネントパッドとスルーホール、穴と穴を通して合理的で、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。PCBボードチェックリストによると、内容はデザインルール、レイヤー定義、 線幅、間隔、パッド、設定経由があります。デバイスレイアウトの合理性の見直しも必要がある。電力供給と地上ネットワークルーティングと高速クロックネットワーク、配線と遮蔽、配置、デカップリングコンデンサの接続 と関わる。

PCBボード.


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