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PCB技術

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PCB設計における3W原理、20h原理、55原理
2020-09-12
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Author:dag      Share

電圧変換用のスイッチングレギュレータは、インダクタを使用して一時的にエネルギーを蓄積します。これらのインダクタは通常サイズが非常に大きく、スイッチングレギュレータのプリント回路基板(PCB)レイアウトに配置する必要があります。電流は瞬時に変化しませんが、インダクタンスを変化させることは難しくありません。変更は継続的にのみ行うことができ、通常は比較的遅いです。




スイッチングレギュレータは、2つの異なるパス間で電流を前後に切り替えます。スイッチング速度は、エッジの持続時間によって異なります。スイッチング電流が流れる回路は、サーマルループまたはAC電流パスと呼ばれ、あるスイッチ状態では電流を流し、別のスイッチ状態では電流を流しません。PCBレイアウトでは、これらのトレースの寄生インダクタンスを低減するために、熱回路面積を小さくし、パスを短くする必要があります。寄生ラインインダクタは、無用な電圧不均衡を生成し、電磁干渉(EMI)を引き起こします。




ステップダウンスイッチング用のスイッチングレギュレータ(点線で示されている重要な熱回路を使用)



ステップダウンスイッチング用のスイッチングレギュレータ(点線で示されている重要な熱回路を使用)


図1は、主要な熱回路が破線で示されている降圧レギュレータを示しています。コイルL1は熱回路の一部ではないことがわかります。したがって、インダクタの位置は重要ではないと考えられます。したがって、二次回路の位置はインダクタの正しい位置です。ただし、いくつかのルールに従う必要があります。


敏感な制御配線は、インダクタの下(PCB表面上または下ではない)、内層、またはPCBの背面に配置しないでください。電流の影響を受けて、コイルは磁場を生成し、信号経路の弱い信号に影響を与えます。スイッチングレギュレータでは、重要な信号パスはフィードバックパスであり、出力電圧をスイッチングレギュレータICまたは抵抗分割器に接続します。


実際のコイルには容量性と誘導性の両方の効果があることにも注意してください。図1に示すように、コイル巻線は降圧スイッチングレギュレータのスイッチノードに直接接続されています。その結果、コイルの電圧はスイッチノードの電圧と同じくらい強く急速に変化します。回路のスイッチング時間が短く、入力電圧が高いため、PCB上の他のパスにかなりの結合効果があります。したがって、敏感な配線はコイルから離してください。



コイル位置のあるadp2360降圧コンバータの回路例

コイル位置のあるadp2360降圧コンバータの回路例



図2に、adp2360のレイアウト例を示します。この図では、図1の重要な熱戻りロードマップは緑色です。図からわかるように、黄色のフィードバックパスはオフラインループL1から一定の距離を持っています。PCBの内層にあります。


一部の回路設計者は、コイルの下のPCBに銅を入れたくない場合もあります。たとえば、グランドプレーン層であっても、インダクタンスより下にカットアウトを提供します。目標は、コイルの磁界によるコイルの下の接地面での渦電流を防ぐことです。この方法に間違いはありませんが、接地面は一貫している必要があり、中断されるべきではないとも主張されています


1.シールドに使用されるグランドプレーンは中断することなく効果的です。


2. PCBに含まれる銅が多いほど、熱放散が向上します。


3.渦電流が発生しても、これらの電流は局所的にしか流れないため、損失が少なく、グランドプレーンの機能にほとんど影響を与えません。


したがって、コイルの下であっても、接地面層は無傷に保つ必要があることが合意されています。


結論として、スイッチングレギュレータのコイルは重要な熱ループの一部ではありませんが、コイルの下または近くに敏感な制御配線を配置しないことをお勧めします。PCB上のさまざまなプレーン(たとえば、グランドプレーンまたはVDDプレーン(供給電圧))は、カットなしで連続的に構築できます。