Altium Designerにおける電源回路図設計

電子ラボ用のベンチ電源を設計しているのか、IoT製品用の組み込み電源を設計する必要があるのかにかかわらず、世界クラスのPCB設計ツールが必要になります。Altiumは、電源のフロアプランを助け、強力な回路設計およびシミュレーション機能を備えた詳細な回路図を作成するお手伝いをします。Altium Designerの回路設計機能を使用すると、新しい電源設計を作成しシミュレートすることができます。また、コンポーネントの調達と新しい電源の製造準備に必要な機能も備えています。他のPCB設計プラットフォームでは、これほど多くの機能を成功に導くために提供しているものはありません。

ALTIUM DESIGNER

回路設計機能を強力なPCBエディタおよび電源設計のためのシミュレーション機能と統合したプロフェッショナルなPCB設計ソフトウェアプラットフォーム。

すべての回路基板には電源が必要です。低レベル信号を扱う場合、電源設計戦略には集積回路を使用することができますが、高出力設計には、必要な電力出力と調整を提供するために、個別のコンポーネントが必要です。複数のコンバータとLDOを使用したシンプルなレギュレータを作成する場合でも、高電流出力の設計を行う場合でも、電源回路を作成するためには強力な回路図エディタが必要です。Altium Designerの設計ツールを使用して新しいボードのためにどのように電源設計を行うか、包括的な電源設計ガイドをご覧ください。

電源設計の計画

電源および調整戦略にはいくつかの段階があり、新しい設計を計画する際には入力電源を考慮する必要があります。AC-AC変換は非常にシンプルで、ステップアップまたはステップダウンの調整のみが関与し、効率を高めるために電力補正係数回路が可能性として含まれます。AC-DC変換の電源を計画している場合、電源設計は以下のブロック図のようになります。

AC-DC電源設計のブロック図。

AC入力をDCに変換したら、典型的なDC-DC変換および調整戦略に従って、所望の電流で安定したDC電圧を出力できます。DC-DC変換には、適切な電源トポロジの実装が必要です。最も一般的なトポロジは、バック、ブースト、およびバックブースト変換ですが、関連する電源トポロジを使用してDC-DC変換および調整を行うことができます。以下に示されているフローチャートは、安定したDC電力をコンポーネントに供給するために、調整されていないDC電源と共に使用されることも注意してください。

DC-DC電源設計ブロック図。

レギュレータの各段階は、各機能を提供する離散コンポーネントおよび/または集積回路から構築する必要があります。パッシブと電力レギュレータICから電源を作成することも、離散コンポーネントを使用することもできます。異なる段階を隔離して、高電圧が出力ポートに到達するのを防ぐことができ、これは重要な安全上の危険を排除します。電力変換および調整戦略を決定したら、コンポーネントを選択し、回路図を作成する必要があります。

新しい電源のための回路図設計

上記の変換および調整ステージはよく知られており、多数のメーカーから参照設計として入手可能です。AltiumのPCBデザインブログでは、さまざまなレギュレーターとコンバーターの設計例も多数見つけることができます。Altium Designerの回路図エディタを使用すると、Manufacturer Part search panelでボードに必要なコンポーネントを見つけることができます。これらのコンポーネントには、検証済みの回路図シンボル、PCBフットプリント、3Dモデルが含まれており、更新された数量と価格の情報もあります。

• 新しいスイッチングレギュレーターを構築するときは、最高の回路図エディタを使用して新しいデバイスのすべての側面を設計およびシミュレートする必要があります。

  Altium Designerでのレギュレータープロジェクトの例を見る。

• DC-DC変換および調整ステージには、新しい電源設計に適したトポロジーを選択する必要があります。DC-DCコンバータートポロジーについてもっと学ぶ。
• Altium DesignerのManufacturer Part Search panelを使用して、電源設計の各変換および調整ステージに必要なコンポーネントを見つけることができます。

  Altium DesignerのManufacturer Part Search panelについてもっと学ぶ。

Altium Designerの電源設計における整流器、EMIフィルター、PFC、バックコンバーターセクション

各レギュレーターステージの設計

電源設計のためのコンポーネントを選択する際には、データシートの重要な仕様に注意深く目を配ることが重要です。入力および出力の電圧/電流レベルは非常に重要ですが、規制のための他のコンポーネントも考慮する必要があります。入力電源が運用中に変動する場合、電源の出力が運用中に安定していることを保証する戦略が必要になります。これは、異なる入力電源に対応する電源を設計する上で最も重要な点かもしれません。

レギュレータステージは、レギュレータコントローラICとフィードバックを持つ必要があり、それがPWM信号を使用してレギュレータの出力が望ましい電圧で維持されるようにします。このアイデアは、最終的なLDOのドロップアウト電圧（上記参照）よりもレギュレータステージの出力を維持するか、またはレギュレータの出力を特定の値に設定することです。これらのタスクのためのコントローラICが利用可能であり、フィードバックループに簡単に追加できるようになっています。

シミュレーションによる電源設計の評価

レギュレータステージをカスケードし、入力電力信号がどのように振る舞うかを決定したら、レイアウトを作成する前に設計の機能性を検証する必要があります。これは、SPICEベースのシミュレータを使用して電源設計を検討する最適なタイミングです。回路図エディタに統合されたシミュレーションツールが含まれている場合、回路図データから直接DCおよび混合信号シミュレーションを即座に実行できます。設計を評価した後、統合された回路図キャプチャツールを使用して電源レイアウトの作成を開始できます。

• 回路図エディタ内で直接回路シミュレータを使用することで、新しい電源設計を即座に評価し、回路が正しく動作するかを判断できます。

  統合SPICEシミュレータを備えた回路図エディタの使用についてもっと学ぶ。

• 電源内のレギュレータステージは、絶縁されている場合と非絶縁の場合があります。絶縁された電源は、高電圧のショックが出力に到達するのを防ぐため、より安全です。

  絶縁および非絶縁電源についてもっと学ぶ。

• 回路図キャプチャは、電源設計のためのPCBレイアウトを作成する際に関わる最初のステップです。

  回路図キャプチャを使用して回路図からPCBレイアウトを作成する方法についてもっと学ぶ。

Altium Designerの回路図エディタから生成されたMOSFETシミュレーション出力

電源設計に最適なECADソフトウェア

回路図エディタから強力なCADツールまで、Altium Designerは電源設計に必要なすべてを備えています。回路図エディタには、回路機能を評価するための回路シミュレータが含まれており、PCBエディタを使用すると、回路図を新しいレイアウトに即座にインポートできます。Altium Designerを使用すると、常に最高の生産性を保つことができます。

Altium DesignerでPCB設計を完了させる

Altium Designerの回路図設計と回路シミュレーション機能は電源設計に理想的ですが、レギュレータやコンバータの構築に限定されることはありません。Altium Designerの回路図とレイアウト設計機能を使用して、あらゆるアプリケーションで強力な新製品を作成できます。高速/高周波設計から電力分配システムまで、電子設計のすべての側面に対応する完全なツールセットを使用できます。

Altium Designerは、基板を大規模製造に備えるために必要な機能を提供する唯一のプラットフォームでもあります。Altium Designerは、設計データを単一の場所に統合することで、このプロセスを簡単にします。部品表、ガーバーファイル、ドリルファイル、組立図を作成するために別々のプログラムを使用する必要はありません。プロトタイピングと大規模製造に必要なすべてをAltium Designerで準備できます。

• Altium Designerでは、電源設計のための回路図作成、シミュレーション、レイアウトが信じられないほど簡単です。Altium Designerのルール駆動設計エンジンは、設計のすべての機能を単一のプログラムに統合します。Altium Designerの統合設計環境についてもっと学びましょう。
• PCBレイアウトを作成したら、Altium DesignerのPDN Analyzerを使用して、PCB全体にわたる電力分布を調べることができます。ボード内のホットスポットを特定し、レイアウトを迅速かつ簡単に修正してそれらを排除することができます。Altium DesignerのPDN Analyzerについてもっと学びましょう。
• 新しい電源設計のボードを製造する準備ができたら、Altium Concord ProをAltium Designerに追加することで、プロジェクトリリースを即座に製造業者に送信できます。Altium DesignerにAltium Concord Proを追加する方法についてもっと学びましょう。

統合環境での電源設計は、生産性を維持し、より高品質な製品を作成するのに役立ちます。統合PCB設計環境を使い始める場合、Altiumは成功するために必要なリソースを提供します。AltiumLiveフォーラム、業界の専門家とのウェビナーやポッドキャスト、豊富な設計ヒントが含まれる大規模な知識ベース、設計チュートリアルにアクセスできます。他のPCB設計ソフトウェア会社がこれほどまでにあなたの成功に投資しているところはありません。

Altium Designerは、回路設計、PCBレイアウト、シミュレーションにおいて新たな基準を設定しました。ここで提示された電源設計ガイドラインを実装し、Altium Designerを使用することで、他にも強力な製品を作成することができます。

Altium 365上のAltium Designerは、これまでソフトウェア開発の世界に限定されていた電子業界に前例のないほどの統合を提供し、設計者が自宅で作業し、前例のない効率レベルに達することを可能にします。

Altium 365上のAltium Designerで可能なことの表面をかすめただけです。より詳細な機能説明や製品ページ、オンデマンドウェビナーのいずれかをチェックできます。