パワーエレクトロニクスPCB：最高のECADソフトウェアで電源PCBの設計とシミュレーションを行う

電源用のPCBは、高速ネットワーキング機器や複雑な組み込みシステムを設計するのと同じくらい難しい場合があります。これらの回路基板の設計では、特に高電圧や電源の出力に達する高電流を扱う場合に、さまざまな動作や安全要件を考慮する必要があります。電源PCBに関わる安全基準に加えて、コンポーネントの選択は、過度のノイズ、リンギング、発熱を伴わずに所望の電力出力を提供できるようにするために重要です。

適切なCADツールとコンポーネント調達機能を使用すれば、電源設計にコンポーネントを簡単に見つけて追加することができます。その後、基本的な業界標準（ESD、電流および熱管理、安全性など）に準拠していることを確認しながら、迅速にレイアウトを作成できます。電源PCB設計に関する重要なガイドラインと、

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業界最高のシミュレーションおよびレイアウトツールを備えた統合電源PCB設計パッケージについて、さらに読み進めてください。

家電製品、産業システム、コンピュータ、精密測定機器など、多くのシステムは、統合された電源ユニットまたは外部電源ユニットから安定した電力を必要としています。電源ユニット用のPCBは、熱管理、EMIおよびノイズ、安全性など、多くの設計要件のバランスを取る必要があります。これらの要件をすべて満たすことは、特に適切な設計ソフトウェアがない場合、難しいことがあります。

電源で使用されるさまざまな回路も非常に複雑であり、多くのコンポーネントや設計の検証にシミュレーションが必要です。電源PCB設計者は、重要な設計および安全要件を遵守しながら仕事を行うために、完全な設計ツールセットを必要とします。基本的な要件を満たす設計を確実にするために、安全で高効率な電源用PCBを構築するのに役立つ重要な設計ガイドラインをいくつかまとめました。

適切な設計ガイドラインに従い、最高のPCBレイアウトソフトウェアを使用すれば、大規模に製造可能なメタルコアPCBを作成できます。これらのガイドラインに従って、メタルコアPCBが製造可能であり、基本的な業界標準に従っていることを確認してください。

電源PCBのための重要な設計基準

電源PCBに適用される業界標準は多岐にわたり、IPC標準からその他の業界特有の標準まであります。電源がESDや導体の過度な温度上昇を経験しないようにするための基本的なIPC標準には、次の2つがあります：

• IPC-2221：この一般的な設計資格標準は、クリープ距離とクリアランスの要件を指定することにより、電源設計に適用されます。これらの要件は、表面層の露出した導体間および内部層の導体間でのESDを防ぐことを目的としています。
• IPC-2152：この標準は、導体の電流運搬能力に適用され、導体の温度上昇を制限することを意図しています。この制限は、表面層および内部層のポリゴン、銅の注ぎ込み、電源プレーン、および電源レールのサイズを決定するために使用されるべきです。

信頼性を管理する他の重要なIPC標準には、IPC-6012やIPC-A-600があり、これらは電源設計をクラス2またはクラス3として分類する場合があります。UL/IEC標準も、さまざまな製品に安全要件を指定するために、複数の業界で重要です。

完全なCADパッケージが標準に沿った設計を支援します

あなたの電源用のPCBレイアウトには、ポリゴン設計、信号層と平面層の定義、電源レールの作成など、さまざまなCADツールが必要になります。Altium Designerのようなアプリケーションで最高のCADツールを使用すると、熱負荷を散逸させ、温度を低く保つために設計にヒートシンクを配置することもできます。

• あなたの電源PCBは、電力変換および調整中にさまざまな電圧をサポートします。導体のクリアランスについてIPC-2221標準に従う設計ソフトウェアを使用してください。

  高電圧設計におけるIPC-2221標準に基づく設計についてもっと学びましょう。

• PCBレイアウト内の導体が過度の温度上昇を経験しないように、IPC-2152標準に従ってください。

  PCBレイアウトで導体のサイズを決定し、温度上昇を低く保つ方法についてもっと学びましょう。

• 電源PCBレイアウトの作成を開始する時が来たら、セラミックやメタルコアPCBなど、代替のPCBスタックアップ材料が設計に役立つかもしれません。

  代替のPCB基板材料の選択についてもっと学びましょう。

導体のサイズを決めたら、Altium DesignerでPCBの電源層とグラウンド層の配置を作成してください。

電源PCBの回路設計、シミュレーション、および分析

適切な回路図エディタツールを使用することで、電源設計のための電子部品供給チェーンを把握する力を得ることができます。PCB設計で実装したいトポロジーが何であれ、必要な出力電圧と電流を提供できるコンポーネントを見つける必要があります。階層設計ツールを備えた優れた回路図エディタは、整理された状態を保ち、必要なコンポーネントを使用して明確な回路図を作成するのに役立ちます。

電源用のコンポーネントを探し始めるには、特定の電源トポロジーに必要なさまざまなコンポーネントを決定します。その後、Altium Designerの供給チェーンツールを使用してコンポーネントデータを見つけ、部品のための回路図シンボルとPCBフットプリントの作成を開始できます。それから、Altium Designerの最高のPCBレイアウトツールを使用して、希望するトポロジーの実装を開始できます。

1つのプログラムでシミュレーション、設計、およびレイアウトツール

設計ツールを外部シミュレーションツールで補完することは避けましょう。Altium DesignerのSPICEエンジンを使用すると、レギュレータ回路内の電力分配をシミュレートし、設計における電力出力の重要な過渡解析結果を視覚化できます。電源回路の電気的挙動を完全に評価した後、統合された回路図キャプチャツールを使用してPCBレイアウトを開始できます。外部の設計およびシミュレーションプログラムを必要とせずに、電源設計の全プロセスをガイドできるのはAltium Designerだけです。

• 適切な回路設計およびシミュレーションツールを使用することで、電源に実装できるいくつかの標準的な電圧レギュレータのトポロジーがあります。

  標準の電力変換器トポロジーについて詳しく学ぶ。

• 選択するコンポーネントは、信頼性と安定した電気的挙動の主要な決定要素となります。

  スイッチングレギュレータ用のインダクタなどのコンポーネントの選択方法について詳しく学ぶ。

• 電源のPCBレイアウトを開始する際には、製造をスムーズに行えるように最良のDFMプラクティスを実装することを確認してください。

  PCB製造向けの設計について詳しく学ぶ。

Altium Designerで高品質なLLC共振コンバータのPCBレイアウトを作成およびシミュレーションします。

1つのアプリケーションで電源PCB設計ツールのすべて

現在では、安全な電源を設計するには複数の設計ツール、解析手順、コンポーネント、およびシミュレーションが必要であることが明らかです。生産性を維持するために、パワーエレクトロニクスの設計者は完全なPCBレイアウト、シミュレーション、およびコンポーネント調達ツールのセットが必要であり、すべての設計ツールが1つのプログラムにあると設計者は最大の生産性を発揮できます。

Altium Designerの他のECADアプリケーションに対する主要な利点はその統合性です。電力電子機器やその他の高度な設計に必要なすべてのものが1つのプログラムにまとめられています。設計を完成させるために外部のプログラムを追加する必要はなく、ボードの設計から製造まで必要なすべてを1つのアプリケーションで行うことができます。

ルール駆動型設計で効率と安全性を確保

Altium Designerの力は、その完全なルール駆動型設計ツールのセットにあります。重要な安全基準や電気的クリアランスを設計ルールとして簡単に設定でき、内部の設計エンジンはボードが作成される際にこれらの基準に対して電源PCBレイアウトをチェックします。他のPCB設計アプリケーションでは、電源、レギュレータ、電力コンバータのために必要な安全性と信頼性の基準に従って設計するのを手助けしてくれるものはありません。

• Altium Designerは、電源PCBが基本的な業界標準を満たすことを確認するために、完全なルール駆動型設計機能を提供します。

  Altium Designerの完全なPCB設計ツールセットについて詳しく学ぶ。

• 電源PCBには、重要な安全基準を遵守しながらエンクロージャに適合させるために慎重な3D設計が必要な複雑なコンポーネントが含まれることがあります。

  Altium Designerのネイティブ3D PCB設計機能について詳しく学ぶ。

• 設計をチームメンバーと共有する準備が整ったら、Altium 365プラットフォームを使用します。これは、複雑な回路基板プロジェクトを共有し、共同作業を行うための唯一のクラウドプラットフォームです。

  Altium 365でPCBプロジェクトデータを共有する方法について詳しく学ぶ。

Altium Designerには、安全性と業界基準への準拠を確保するために必要なすべてが含まれています。

Altium Designerは、高効率で安全な電源設計を作成するための完全なPCB設計ツールセットを提供します。設計、レイアウト、シミュレーションのために複数のプログラムを使用することはもう忘れて、業界最高のPCB設計ツールセットを強力なアプリケーションで使用しましょう。

Altium DesignerはAltium 365上で、これまでソフトウェア開発の世界に限られていた前例のない統合を電子業界にもたらし、設計者が自宅で作業し、前例のない効率性を達成できるようにします。

Altium DesignerとAltium 365で可能なことのほんの一部にしか触れていません。詳細な機能説明については製品ページをご確認いただくか、オンデマンドウェビナーのいずれかをご覧ください。