実装基板レイアウトとまとめ
2017.02.14
今回は、この設計事例の基板レイアウトの例を示して、全体のまとめを行い、このAC-DCコンバータ 設計編 「AC-DC 非絶縁型バックコンバータの設計事例」の締めくくりにしたいと思います。
実装基板レイアウト例
スイッチングレギュレータ設計における基板レイアウトは、AC-DC、DC-DC問わずに非常に重要であると、他のコーナーでも述べてきました。ここでも、その繰り返しになりますが、一番言いたいことは、スイッチング電源はアナログ回路(近年は「デジタル電源」もありますが)で、自身でノイズを発しながらもノイズに敏感です。また、スイッチングノイズは、EMIとして他に影響を与えるため、極力ノイズを出さないレイアウトにする必要があるということです。
以下は、今回の設計事例の基板レイアウトです。今回は、「非絶縁」の回路設計ですが、基本的な考えは同じです。スイッチング電源回路には、大電流がスイッチする経路と、ノイズに敏感な制御信号経路があることを考慮する必要があります。基板配線レイアウトでは、大電流経路はなるべくノイズを出さないように、制御信号経路はなるべくノイズの影響を受けないようにします。
基板レイアウトに関してはその重要性から、電源ICのデータシートや設計資料で、基本的な基板配線レイアウトの例が提供されています。場合によっては、ガーバーファイルなど、そのまま利用できるデータが提供されていることも少なくありませんので、大いに利用してください。ただし、忘れて行けないのは、言うまでもありませんが、どんなに提示例通りに作ったとしても必ず実機で確認することです。
以下は、Tech Webで展開している「基礎知識」の基板レイアウト関連の記事です。合わせて参考にしてください。
●AC-DC PWM方式フライバックコンバータ設計手法:基板レイアウト例
●DC-DCコンバータの基板レイアウト
「AC-DC 非絶縁型バックコンバータの設計事例」のまとめ
これをもちまして、この章は終わりとなります。最後に、今までに上げてきた各項目のキーポイントをまとめました。
<AC-DC 非絶縁型バックコンバータの設計事例>
この記事のポイント
・非絶縁型のAC-DCコンバータの設計を解説。
・ダイオード整流または非同期整流方式のバックコンバータと呼ばれる回路を例に取る。
この記事のポイント
・降圧コンバータの動作には連続モードと不連続モードがある。
・DC-DC変換では連続モードが一般的だが、60W程度のAC-DC変換では不連続モードを利用することが多い。
この記事のポイント
・電源仕様を満足する電源ICを選択することが設計の開始になる。
・絶縁型との回路の違いを理解する。
▶主要部品の選択:入力コンデンサC1とVCC用コンデンサC2
この記事のポイント
・入力コンデンサには、最大入力電圧×1.41の電圧がかかることを考慮して耐圧を選定する。
・VCC用コンデンサは、VCCの安定以外に起動時間を決める役割があることに留意する。
この記事のポイント
・インダクタは、動作モードが不連続モードになるように設定する。
・インダクタンスは、VINの最小条件とtonの最大値から求める。
・インダクタ電流は、VINの最大条件と最小オン時間から求める。
この記事のポイント
・事例回路が必要とするスイッチ電流制限抵抗R1を求める。
・R1の算出には、インダクタ L1算出時の数値が必要となる。
この記事のポイント
・出力コンデンサは、設計目標の出力リップル電圧を満足するように、リップル電流とコンデンサのインピーダンスから選択する。
・アルミ電解コンデンサは寿命のある部品で、リップル電流が大きいと寿命が短くなる。
この記事のポイント
・通常、出力整流ダイオードは、スイッチングが高速なタイプを使う。今回はファストリカバリダイオードを使用。
・出力整流ダイオードは、基本的に耐圧と損失の検討により選択する。
▶EMI対策-EMI・EMC・EMSとは?ノイズ対策フィルタと回路の低ノイズ化
この記事のポイント
・EMI対策には、入力フィルタ、スイッチ(D-S間)にコンデンサ、出力整流ダイオードにスナバを追加してみる。
・出力ノイズには出力にLCフィルタを追加。
・基板レイアウトの影響も大きいので、合わせて検討する。
この記事のポイント
・AC-DC、DC-DCにかかわらずスイッチング電源の設計において基板レイアウトは、性能やノイズに大きな影響を与える。
以上。
【資料ダウンロード】非絶縁型バックコンバータの設計事例
AC-DC コンバータ
- AC-DC変換の基本-AC(交流)・DC(直流)とは、AC-DC変換が必要な理由
- 平滑後の DC-DC 変換(安定化)方式
- AC-DC 変換回路設計の設計手順(概要)
- AC-DC 変換回路設計の課題と検討事項
- AC-DCの基礎 ーまとめー
- AC-DC PWM方式フライバックコンバータの設計手法概要
- 絶縁型フライバックコンバータの基本とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:スイッチングAC-DC変換とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:フライバックコンバータの特徴とは
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:フライバックコンバータの動作とスナバ
- 絶縁型フライバックコンバータの基本:不連続モードと連続モードとは
- 設計手順
- 電源仕様の決定
- 設計に使うICの選択
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(構造設計)-その1
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(数値算出)
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:トランス設計(構造設計)-その2
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-MOSFET関連 その1
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-MOSFET関連 その2
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-CINとスナバ
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-出力整流器とCout
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-ICのVCC関連
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:主要部品の選定-ICの設定、その他
- 絶縁型フライバックコンバータ回路設計:EMI対策および出力ノイズ対策
- 基板レイアウト例
- AC-DC PWM方式フライバックコンバータ設計手法 ーまとめー
- AC-DC 非絶縁型バックコンバータの設計事例概要
- AC-DCコンバータの効率を向上する二次側同期整流回路の設計
- 設計手順
- 設計に使うIC
- 電源仕様と置き換え回路
- 同期整流回路部:同期整流用MOSFETの選定
- 同期整流回路部:電源ICの選択
- 同期整流回路部:周辺回路部品の選定-MAX_TON端子のC1とR3、およびVCC端子
- 同期整流回路部:周辺回路部品の選定-DRAIN端子のD1、R1、R2
- シャントレギュレータ回路部:周辺回路部品の選定
- トラブルシューティング①:二次側MOSFETがすぐにOFFしてしまう場合
- トラブルシューティング ②:軽負荷時に二次側MOSFETが共振動作によりONしてしまう場合
- トラブルシューティング ③:サージの影響を受けVDS2が二次側MOSFETのVDS耐圧以上になる場合
- ダイオード整流と同期整流の効率比較
- 実装基板レイアウトに関する注意点
- AC-DCコンバータの効率を向上する二次側同期整流回路の設計 ーまとめー
- SiC-MOSFETを使った絶縁型擬似共振コンバータの設計事例
- 設計に使う電源IC:SiC-MOSFET用に最適化
- 設計事例回路
- トランスT1の設計 その1
- トランスT1の設計 その2
- 主要部品選定:MOSFET Q1
- 主要部品選定:入力コンデンサおよびバランス抵抗
- 主要部品選定:過負荷保護ポイントの切り替え設定抵抗
- 主要部品選定:電源ICのVCC関連部品
- 主要部品選定:電源ICのBO(ブラウンアウト)ピン関連部品
- 主要部品選定:スナバ回路関連部品
- 主要部品選定:MOSFETゲートドライブ調整回路
- 主要部品選定:出力整流ダイオード
- 主要部品選定:出力コンデンサ、出力設定および制御部品
- 主要部品選定:電流検出抵抗および各検出用端子関連部品
- 主要部品選定:EMIおよび出力ノイズ対策部品
- 基板レイアウト例
- 事例回路と部品リスト
- 評価結果:効率とスイッチング波形
- SiC-MOSFETを使った絶縁型擬似共振コンバータの設計事例 ーまとめー
- 絶縁型フライバックコンバータの性能評価とチェックポイントとは
- 絶縁型電源 (AC-DC,DC-DC)
- 【絶縁型フライバックコンバータの性能評価とチェックポイント】絶縁型フライバックコンバータの性能評価
- 【PMW方式フライバックコンバータ設計手法】 AC-DCコンバータの設計手順&例題の要求仕様と例題に使うICの選択
- 【AC-DC変換の基礎】平滑後のDC-DC変換安定化方式
- AC-DCコンバータのよくあるご質問