PCBコンポーネントを配置して回路基板のEMIを改善

回路構造とデバイスの配置を設計した後、PCB の EMI コントロールは全体の設計にとって非常に重要になります。 スイッチング電源で PCB の電磁干渉を回避する方法は、開発者にとって大きな関心事となっています。 この記事では、コンポーネントのレイアウトを制御してEMIを制御する方法を紹介します。

PCB コンポーネント レイアウトの実践により、回路図が正しく設計されていて、プリント回路基板が不適切に設計されている場合でも、電子機器の信頼性が悪影響を受けることが証明されています。 たとえば、プリント基板の 2 つの細い平行線が近接している場合、信号波形の遅延が形成され、伝送線の端に反射ノイズが形成されます。 電源とアース線の不適切な考慮による干渉は、製品の性能を低下させます。 したがって、プリント回路基板を設計するときは正しい方法を使用する必要があります。

各スイッチング電源には、次の 4 つの電流回路があります。

(1) 電源スイッチの AC 回路;

(2) 出力整流器 AC 回路;

(3) 入力信号源電流回路。

(4) 出力負荷電流回路。

入力回路は、おおよその DC 電流を介して入力コンデンサを充電し、フィルタ コンデンサは主に広帯域エネルギー貯蔵の役割を果たします。 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え、出力負荷回路の DC エネルギーを除去するためにも使用されます。 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。 入力電流回路と出力電流回路は、フィルタ コンデンサの端子からのみ電源に接続する必要があります。 入力/出力回路と電源スイッチ/整流器回路の間の接続をコンデンサの端子に直接接続できない場合、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 回路と整流器の AC 回路には、高振幅の台形電流が含まれています。 これらの電流の高調波成分は非常に高く、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、連続入力/出力 DC 電流の振幅の最大 5 倍です。 遷移時間は通常約 50ns です。 これらの 2 つの回路は電磁干渉を発生させる可能性が最も高いため、これらの AC 回路は、電源の他の PCB プリント ラインを配線する前に敷設する必要があります。 各回路の 3 つの主要コンポーネント、フィルタ コンデンサ、パワー スイッチまたは整流器、インダクタまたはトランスは、互いに隣接して配置する必要があり、それらの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、その電気設計に似ています。 最適な設計プロセスは次のとおりです。

トランスを配置する

電源スイッチ電流回路の設計

出力整流器の設計電流回路

AC 電源回路に接続された制御回路

入力電流源回路と入力フィルタを設計する 出力負荷回路と出力フィルタを設計する 回路の機能単位に従って、回路のすべてのコンポーネントのレイアウトは、次の原則に従う必要があります。

(1) まず、PCB サイズを検討します。 PCB サイズが大きすぎると、プリント ラインが長くなり、インピーダンスが増加し、耐ノイズ性が低下し、コストが増加します。 小さすぎると放熱性が悪く、隣接するラインが干渉しやすくなります。 回路基板の最適な形状は、長さと幅の比率が 3:2 または 4:3 の長方形です。 回路基板の端にある部品と回路基板の端との間の距離は、一般に 2mm 以上です。

（2）デバイスを配置するときは、将来の溶接を考慮する必要があり、集中しすぎないようにする必要があります。

(3) 各機能回路のコア部品を中心に、その周りに配置する。 コンポーネントと部品は、コンポーネントと部品の間のリードと接続を最小限に抑えて短くするために、PCB 上に均等に整然とコンパクトに配置する必要があり、デカップリング コンデンサはコンポーネントの VCC にできるだけ近づける必要があります。

(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。 一般的な回路では、コンポーネント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、組み立てや溶接が簡単で、大量生産も容易です。

(5) 各機能回路ユニットの位置は、回路の流れに合わせて配置し、信号の流れに都合がよく、信号の向きができるだけ同じになるように配置してください。

(6) レイアウトの原則は、配線の分散率を確保し、部品を移動する際のフライングワイヤの接続に注意し、配線関係のある部品をまとめることです。

(7) スイッチング電源の放射干渉を抑えるため、ループ面積を極力小さくする

上記は、PCB コンポーネントを配置およびレイアウトすることによって、PCB 内の電磁干渉を制御および抑制するいくつかの方法です。 これらの手順を間違えると、製品の EMI が不適格になる可能性があるため、十分に理解する必要があります。 そのような問題を経験している友人は、この記事をデータリザーブとして収集できます。