スイッチング電源の設計において、PCB 基板が適切に設計されていない場合、過剰な電磁干渉が放射されます。安定した電源供給が可能な基板設計を7つのコツにまとめました。各ステップの注意事項を分析することで、ステップバイステップで簡単に基板設計を行うことができます。

1. 回路図から PCB までの設計プロセス

コンポーネントパラメータの設定 -> 原則ネットリストの入力 -> 設計パラメータの設定 -> 手動レイアウト -> 手動配線 -> 設計の検証 -> レビュー -> CAM 出力。

2.パラメータ設定

隣接するワイヤ間の距離は電気的安全要件を満たす必要があり、操作と生産を容易にするために、距離は可能な限り広くする必要があります。最小間隔は、少なくとも許容される電圧に適したものでなければなりません。配線密度が低い場合には、信号線の間隔を適切に広げることができる。ハイレベルとローレベルの間のギャップが大きい信号線の場合は、その間隔をできるだけ短くし、間隔を広げる必要があります。一般に、加工中のパッドの欠陥を避けるために、トレース間隔はパッドの内穴の端からプリント基板の端まで 1mm 以上に設定してください。パッドに接続される配線が細い場合には、パッドと配線との接続をドロップ状に設計する必要がある。この利点は、パッドが剥がれにくいだけでなく、トレースとパッドが外れにくいことです。

3. コンポーネントのレイアウト

回路図が正しく設計され、プリント基板が適切に設計されていない場合でも、電子機器の信頼性に悪影響を与えることが実践で証明されています。例えば、プリント基板の2本の細い平行線が接近すると、信号波形の遅延や伝送線路端での反射ノイズが発生します。電源やグランドの考慮を誤ると干渉が発生し、製品の性能が低下することがありますので、プリント基板の設計時には正しい方法に注意する必要があります。各スイッチング電源には 4 つの電流ループがあります。

(1) 電源スイッチの交流回路
(2) 出力整流交流回路

(3) 入力信号源の電流ループ
(4) 出力負荷電流ループ 入力ループは、ほぼ DC 電流を通じて入力コンデンサを充電します。フィルター コンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵装置として機能します。同様に、出力フィルタコンデンサは、出力整流器からの高周波エネルギーを蓄積するためにも使用されます。同時に、出力負荷回路の DC エネルギーが除去されます。したがって、入力および出力フィルタ コンデンサの端子は非常に重要です。入力電流ループと出力電流ループは、それぞれフィルター コンデンサの端子から電源にのみ接続する必要があります。入出力ループと電源スイッチ/整流器ループの間の接続がコンデンサに接続できない場合、端子は直接接続されており、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ます。電源スイッチの AC ループと整流器の AC ループには、高振幅の台形電流が含まれています。これらの電流には高調波成分が含まれており、その周波数はスイッチの基本周波数よりもはるかに高くなります。ピーク振幅は、連続入出力 DC 電流振幅の 5 倍にもなる可能性があります。遷移時間は通常約 50ns です。これら 2 つのループは電磁干渉の影響を最も受けやすいため、これらの AC ループは電源内の他の印刷ラインよりも前にレイアウトする必要があります。各ループの 3 つの主要コンポーネントは、フィルタ コンデンサ、電源スイッチまたは整流器、およびインダクタです。または、トランスを隣り合わせに配置し、トランス間の電流経路ができるだけ短くなるようにコンポーネントの位置を調整する必要があります。
スイッチング電源のレイアウトを確立する最良の方法は、その電気設計と同様です。最適な設計プロセスは次のとおりです。

◆変圧器を置く
◆電源スイッチ電流ループの設計
◆出力整流電流ループの設計
◆交流電源回路に接続された制御回路
◆入力電流源ループと入力フィルタの設計 回路の機能単位に従って出力負荷ループと出力フィルタを設計し、回路のすべてのコンポーネントをレイアウトするときは、次の原則を満たす必要があります。

(1) まず、PCB サイズを検討します。プリント基板のサイズが大きすぎると、プリント配線が長くなり、インピーダンスが増加し、耐ノイズ能力が低下し、コストが増加します。 PCB サイズが小さすぎると、放熱性が悪く、隣接する配線に影響を与えやすくなります。回路基板の最適な形状は長方形で、アスペクト比は 3:2 または 4:3 です。回路基板の端にあるコンポーネントは、通常、回路基板の端以上にあります。

(2) デバイスを配置するときは、将来のはんだ付けを考慮し、密度が高すぎないようにしてください。
(3) 各機能回路のコア部品を中心として、その周囲に配置します。コンポーネントは PCB 上に均等に、きちんと、コンパクトに配置し、コンポーネント間のリード線と接続を最小限にして短くし、デカップリング コンデンサをデバイスのできるだけ近くに配置する必要があります。
(4) 高周波で動作する回路の場合、コンポーネント間の分布パラメータを考慮する必要があります。一般に、回路は可能な限り並列に配置する必要があります。このように、美しいだけでなく、取り付けや溶接が簡単で、量産も簡単です。
(5) 各機能回路ユニットの位置を回路の流れに合わせて配置し、信号の循環に便利なレイアウトとし、信号の方向をできるだけ同一にする。
(6) レイアウトの第一原則は、配線率を確保し、機器移動時の飛び線の接続に注意し、接続関係のある機器をまとめることです。
(7) スイッチング電源の輻射障害を抑えるため、ループ面積を極力小さくしてください。

4. スイッチング電源の配線には高周波信号が含まれています

PCB 上の印刷ラインはアンテナとして機能します。印刷された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を及ぼし、それによって周波数応答に影響を与えます。 DC 信号を通過する印刷ラインであっても、隣接する印刷ラインからの無線周波数信号と結合して、回路に問題を引き起こす (さらには干渉信号を再び放射する) 可能性があります。したがって、AC 電流を流すすべてのプリント ラインは、できるだけ短く幅広になるように設計する必要があります。これは、プリント ラインおよび他の電力ラインに接続されているすべてのコンポーネントを非常に近くに配置する必要があることを意味します。印刷線の長さはそのインダクタンスとインピーダンスに比例し、幅は印刷線のインダクタンスとインピーダンスに反比例します。この長さは、印刷されたライン応答の波長を反映します。長さが長くなると、印刷された線が電磁波を送受信できる周波数が低くなり、より多くの高周波エネルギーを放射する可能性があります。プリント基板の電流の大きさに応じて、電源ラインの幅を増やしてループ抵抗を減らすようにしてください。同時に電源ラインとアースラインの方向を電流の方向と一致させることで耐ノイズ性を高めます。接地は、スイッチング電源の 4 つの電流ループの一番下の分岐です。回路の共通基準点として非常に重要な役割を果たします。これは干渉を制御するための重要な方法です。したがって、接地線の配置についてはレイアウト時に慎重に考慮する必要があります。各種アースを混在させると電源の動作が不安定になります。

アース線の設計では次の点に注意する必要があります。

A. 一点接地を正しく選択してください。一般に、フィルタ コンデンサの共通端は、大電流の AC グランドに結合する他の接地点の唯一の接続点でなければなりません。同じレベルの回路の接地点はできるだけ近くに配置する必要があり、このレベルの回路の電源フィルタコンデンサもこのレベルの接地点に接続する必要があります。主に、それぞれの回路でグランドに戻る電流を考慮してください。回路の一部が変化すると、実際に流れるラインのインピーダンスによって回路各部のグランド電位が変化し、干渉が発生します。このスイッチング電源では配線や機器間のインダクタンスの影響が少なく、接地回路で形成される循環電流が干渉に大きく影響するため、一点接地、つまり電源スイッチ電流ループを採用しています。 (いくつかのデバイスの接地線はすべて接地ピンに接続されており、出力整流器電流ループのいくつかのコンポーネント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ため、電源は安定しており、容易ではありません)単一点が利用できない場合は、グランドを共有します。2 つのダイオードまたは小さな抵抗を接続します。実際には、比較的集中した銅箔に接続できます。

B. アース線はできるだけ太くしてください。アース線が細いと、電流の変化によりアース電位が変化し、電子機器のタイミング信号レベルが不安定になり、耐ノイズ性能が低下します。したがって、各大電流グランド端子のプリント線はできるだけ短く、幅を広くし、電源線、グランド線の幅はできるだけ広くしてください。アース線は電源線より太い方が良いです。それらの関係は、グランド線>電源線>信号線です。可能であれば、アース線の幅は 3 mm 以上である必要があり、大面積の銅層をアース線として使用することもできます。プリント基板上の未使用箇所はアース線として接続してください。グローバル配線を実行する場合は、次の原則にも従う必要があります。

(1) 配線方向：溶接面から見て、部品の配置はできる限り回路図と一致するようにしてください。通常、製造工程では溶接面にさまざまなパラメータが必要となるため、配線方向は回路図の配線方向と一致する必要があります。そのため、生産現場での検査、デバッグ、メンテナンスに便利です（注：回路性能、機械全体の設置やパネルレイアウトの要件を満たすことが前提となります）。

(2) 配線図を設計するときは、配線はできるだけ曲がらないようにし、印刷された円弧上の線幅を急激に変更しないようにし、配線の角は 90 度以上にして、線は単純かつシンプルにする必要があります。クリア。

(3) プリント回路では交差回路は許可されません。交差する可能性のある線については、「穴あけ」と「巻き付け」を使用して解決できます。つまり、他の抵抗器、コンデンサ、三極管ピンの下のギャップにリード線を「ドリル」するか、交差する可能性のあるリード線の一端から「巻き付ける」ことになります。特殊な状況では、回路がどれほど複雑であっても、設計を簡素化することもできます。クロスサーキットの問題を解決するには、ワイヤをブリッジに使用します。片面基板を採用しているため、上面にインライン部品、下面に表面実装部品が配置されます。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可能性がありますが、パッドの重なりは避けるべきです。

C. 入力グランドと出力グランド このスイッチング電源は低電圧 DC-DC です。出力電圧を変圧器の一次側にフィードバックしたい場合は、両側の回路に共通の基準アースが必要です。そのため、両側のアース線に銅を敷いた後、それらを一緒に接続して共通アースを形成する必要があります。 。

5. チェック

配線設計完了後は、配線設計が設計者が定めたルールに適合しているか慎重に確認する必要があり、同時に定められたルールがプリント基板の製造要件を満たしているかどうかも確認する必要があります。プロセス。一般に、ラインとライン、ラインとコンポーネントパッド、ラインのスルーホール、コンポーネントパッドとスルーホール、スルーホールとスルーホールからの距離が適切かどうか、および製造要件を満たしているかどうかを確認します。電源線とグランド線の幅は適切か、基板内にグランド線を広げる箇所はあるか。注: 一部のエラーは無視できます。例えば、コネクタによっては外形の一部が基板枠からはみ出しているため、間隔を確認する際に誤差が生じます。さらに、配線とビアを変更するたびに、銅を再コーティングする必要があります。

6. 「PCB チェックリスト」に従って再チェックします。

コンテンツには、デザイン ルール、レイヤー定義、線幅、間隔、パッド、ビア設定が含まれます。デバイスのレイアウト、電源およびグランドネットワークの配線、高速クロックネットワークの配線とシールド、デカップリングコンデンサの配置と接続などの合理性を見直すことも重要です。

7. ガーバーファイルの設計・出力時の注意事項

ａ．出力が必要なレイヤーには、配線層（下層）、シルクスクリーン層（上シルクスクリーン、下シルクスクリーンを含む）、ソルダーマスク（下ソルダーマスク）、穴あけレイヤー（下層）、穴あけファイル（NCDrill）が含まれます。 )
b.シルクスクリーンレイヤーを設定する際は、PartTypeは選択せず、シルクスクリーンレイヤーの最上位レイヤー(下位レイヤー)とアウトライン、テキスト、線分を選択してください。各レイヤーのLayerを設定する場合は、Board Outlineを選択します。シルクスクリーンレイヤーを設定する際は、PartTypeを選択せず​​、トップレイヤー(下レイヤー)のOutline、Text、Line.dとシルクスクリーンレイヤーを選択してください。ドリル ファイルを生成するときは、PowerPCB のデフォルト設定を使用し、何も変更しないでください。