PCB設計

素晴らしいアイデアと賢い解決策 技術の世界には、最終的な目標と中間目標の両方を達成するためのさまざまな技術があります。一部の技術は非常に成功しており、高い効率で一般的に使用されています。電子工学も例外ではありません。素晴らしいアイデアと独創的な解決策は、他の工学分野よりもおそらくこの分野で見つかり、適用されています。最大の例は、パルス幅変調（PWM）信号（エネルギー）の使用であり、これは現代の電子デバイスにおいて、自動操縦装置、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、LEDスポットライト、さらには電子玩具に至るまで、どれにでも適用され、次の問題を効果的かつ経済的に解決するのに役立ちます： 電子デバイスの個々の回路、ノード、およびユニットの電源供給のための電圧または電流の変換（回路の供給電圧の安定化、LEDベースの照明装置の電流の安定化） オーディオ信号のパワーレンジの高効率な増幅（効率が100%に近いクラスDのオーディオパワーアンプ） 油圧または空気圧バルブのようなアクチュエータの制御（翼の空力面、航空機とロケットの舵、自動車の自動変速機、内燃機関とタービンの制御ユニット、最も広い意味での産業自動化の駆動） デジタルコードを特定の比例する電圧または電流値に変換すること（多くのDACへの代替） 作動装置の位置に関する情報（例えば、UAVとロボットのステアリングギアの制御）の伝達 この事実は、PWMを実際の応用で徹底的に研究し、レビューするためのリストのトップに置く。 PWMを効果的に適用するためには、過去にエンジニアが直面した工学的困難と、その後結合された効果的な完全なPWM電力ソリューションに至る考えやアイデアを理解することが必要である。 工学的困難 例として、安定化された供給電圧5Vで、電流2Aを消費するデバイスがあります。出力電圧が10Vから36Vの電源を持っています。この電源を使ってデバイスをどのように動かすことができるでしょうか？最初の考えは、5Vを超える余分な入力電圧を「消散」させるために線形レギュレータを使用することです。したがって、デバイス用の線形電圧レギュレータを作成し、Altium Designer - Mixed Simulation*を使用してその特性を分析しましょう。 特別な特性を持つコンポーネントを探す問題を解消するために、Altium Designerに統合されている標準ライブラリSimulation Generic Componentsの電子コンポーネントを使用して回路図を作成します。 新しいプロジェクトで、オペアンプに基づいた「線形レギュレータ」の回路図を作成します。

Altium Designer と Altium 365 で、PCB の熱解析ワークフローを効率化しましょう。

Altium のCADツールは、SMDパッドおよびスルーホールピンのサーマルリリーフ設計に最適です。

回路基板が動作中にどのように熱くなるかは、主にPCB基板と銅伝導体の物理的特性で決まります。回路基板の熱解析方法は、動作中に基板がいつどこで熱くなるか、また基板がどれだけ熱くなるかを予測することを目的としています。この重要な解析の部分は、コンポーネントレベルと基板レベルの信頼性を確保することを目的としており、設計に関する多くの決定に影響することがあります。 最適なプリント基板設計ソフトウェアを使用すれば、信頼性が高く、動作時に温度が低い基板を簡単に設計できます。Altium Designerには、信頼性を確保する材料ライブラリを備えた最高の回路基板設計ツールがあり、PCBレイアウトとスタックアップで熱管理のベストプラクティスを実施するために必要なものがすべて揃っています。ここでは、回路基板の熱解析について理解を深め、次に基盤を設計する際に高い信頼性を備えた基板にする方法を説明します。 Altium Designer 高度なレイアウト機能、包括的な基板材料ライブラリ、生産計画機能を統合する統合PCB設計パッケージ。 回路基板とコンポーネントの材質によって、動作中に基板内で熱がどのように移動するかが決まります。残念ながら、PCB基板の材料は絶縁体であり、高温のコンポーネントからの熱の放散を妨げます。銅伝導体とプレーン層は役に立ちますが、動作中の基板の平衡温度に影響を与える設計上のシンプルな選択肢がいくつかあります。これらの設計面での決定は、次の3つの領域に焦点を当てています。 回路基板のスタックアップ設計 基板材料の選択 コンポーネントの選択とレイアウト 電動ファンやヒートシンクなどのほか、いくつかのシンプルな設計の選択肢によって、基板を低温で動作させ、早期故障を防ぐことができます。適切な設計ツールのセットを使用すると、熱管理のベストプラクティスを簡単に実装できます。 熱解析を使用して回路基板を設計する 回路基板設計の熱解析の目標は、温度を制限内に保つためにファン、ヒートシンク、追加の銅箔、またはサーマルビアなどの冷却手段が必要となるタイミングを判断することです。設計者は、基板内のコンポーネントの最大許容温度を選択し、コンポーネントが消費する電力に基づいてコンポーネントの温度がどのように変化するかを調べる必要があります。コンポーネントの温度が許容温度制限を超える場合は、ヒートシンクやファンなどの追加の冷却手段が必要になる場合があります。 まず、集積回路のコンポーネントのデータシートに通常記載されているコンポーネントの熱インピーダンスを確認します。この値は、低電力アンプやICでは最高20℃/Wと低く、強力なマイクロプロセッサーでは最高200℃/Wと高くなることがあります。動作温度を求めるには、コンポーネントの消費電力に熱インピーダンスを掛けます。SOTパッケージ内のMOSFETの例では、これは次のように定義されます。 熱インピーダンスで定義されるコンポーネントの温度。 コンポーネントの温度が高すぎる場合、PCBレイアウト内のコンポーネントの熱インピーダンスを下げるため、コンポーネントから熱を放散するために実行できる手順がいくつかあります。 接地されたポリゴンを使用してサーマルビアをコンポーネントの下に追加する 熱伝導率の高いPCB基板材料を使用する コンポーネントに放熱板を追加する プレーン層など、コンポーネントの下にさらに多くの銅箔を含める

AC/DCコンバーター回路は、その名前が示すとおり、高調波AC入力を受け取り、それをDC出力に変換します。これらの回路は単に高レベルからで、ブレッドボード上で低電力で動作する場合、実際のAC/DCコンバータ回路は単なる変圧器と整流器回路に比べてもっと複雑です。これらの回路に適切なコンポーネント/部品を見つけて正確な電力シミュレーションを実行するには、強力な回路設計ツールを含む適切なPCB設計ソフトウェアが必要です。 電源、レギュレーター、変換器を設計する必要がある場合や、その他の電源システムを設計する必要がある場合でも、Altium Designerには必要な設計ユーティリティが備わっています。Altium Designerの最も優れている点は、PCB設計に必要なすべてが単一のプログラムに含まれている統合設計環境であることです。AC/DCコンバーター回路と電源システムに必要なその他のサポート回路の設計についての詳細は、当社のガイドをお読みください。 Altium Designer 強力なPCBエディターとSPICEシミュレーションパッケージを備え、回路設計機能を統合したPCB設計パッケージ。 壁面電源に接続するほぼすべてのデバイスは、壁面からのAC電力を、集積回路で使用できるDC電力に変換する必要があります。これは、多くの製品がAC/DCコンバーター回路に加えて、電力レギュレーター、PFC回路、高効率電力変換のための制御回路などの他の回路を必要とすることを意味します。成功に向けて準備を整えるには、適切な設計戦略が必要であり、システムのさまざまな部分を統合して完全な製品にする必要があります。 量産グレードの電源システムには安全で機能的なレイアウトが必要であり、設計が意図したとおりに動作することを確認するためにシミュレーションで検証する必要もあります。統合設計パッケージを使用すると、電力コンバータの回路図、高品質なPCBレイアウト、回路シミュレーションを1つのプログラムで作成できます。 AC/DCコンバーター回路を設計する AC/DCコンバーター回路は整流に依存しており、入力AC電力が残留リップルのある不安定なDC出力に変換されます。AC/DCコンバーター回路に含まれる基本コンポーネントは次のとおりです。 変圧器: これは、システムの負荷に適した値までグリッド電力を増減します。変圧器の巻数比によって、ダイオードブリッジとコンデンサーへの電圧と電流の出力が決まります。 ダイオードブリッジ整流器: この小さな回路は、AC入力信号の絶対値を受け取り、単一極性の時変信号を生成します。設計要件は、ブリッジ整流回路のダイオードが順電流を超えて動作することです。 コンデンサー: 大きなコンデンサーは、整流されたAC信号を安定させ、リップルが残ったDC電圧を生成するフィルターとして使用されます。実効直列抵抗がより小さく、コンデンサーがより大きいことが、高い充電容量と放電の高速度を確保するのに理想的なコンポーネントです。 このコンポーネント/部品のリストは、AC/DCコンバータ回路を作成するために最低限必要なもので、以下が一つの例です。設計するAC/DCコンバーターは、実際のコンポーネントデータとシミュレーションモデルを使用して強力な回路図エディターで作成する必要があり、その作業を行うには最適な設計ソフトウェアが必要です。 実際のコンポーネントを使用してAC/DCコンバータ回路の回路図を作成する AC/DCコンバータ回路の設計には、コンポーネントライブラリとPCBサプライチェーンへの接続が統合された最高の回路図設計ツールを必ず使用してください。Altium

多くのコンポーネントは標準化されたパッケージで提供されますが、すべてのコンポーネントメーカーがPCBライブラリにCADモデルや回路図シンボルを提供しているわけではありません。これらのCADモデルは、PCBレイアウトにおいてピンの位置、シルクスクリーン情報、重心、パッドがどのように表示されるべきかを示します。既存のPCBフットプリントを新しいコンポーネントに適用する必要がある場合、PCBコンポーネントの作成は繰り返しになりがちです。 Altium Designerのコンポーネント作成ツールとAltium 365の統合クラウドストレージ機能を使用すると、既存のコンポーネントデータを新しいコンポーネントに迅速に再利用できます。コンポーネントのバリアントを生成する際にデータを繰り返しインポートする必要がなく、このデータを設計チームの誰にでも即座にアクセス可能にすることができます。ここでは、Altium 365リポジトリに保存された既存のコンポーネントデータを新しいコンポーネントに迅速に再利用する方法を紹介します。 ALTIUM 365^® Altium Designer^®および人気のある機械設計ツールと統合された、電子データ管理およびコンポーネント管理プラットフォームです。Altium 365では、PCBフットプリントの作成と再利用が簡単です。 ほとんどの設計ツールでは、コンポーネントの再利用が容易ではありません。Altium 365を使用すると、既存のPCBフットプリントを新しいコンポーネントに適用するために、繰り返しダウンロードとアップロードのプロセスを経る必要がありません。多くのコンポーネントには複数のバリアントがあり、しばしば同じパッケージとピン配置を持っています。コンポーネントメーカーがお客様のために部品モデルを作成している場合、またはボードハウスで必要なモデルが見つからない場合、既存のCADモデルをコンポーネントに再利用することで、ライブラリを作成するために必要な時間を大幅に削減できます。コンポーネントを迅速に再利用したい場合は、これらのタスクをすべて、そしてそれ以上のことをAltium DesignerとAltium 365で行うことができます。 クラウドでのPCBフットプリントの作成と再利用 コンポーネントを再利用する古い方法は、PCBフットプリントと回路図シンボルのライブラリ間でデータを手動でコピーすることを必要としました。コンパイルされたライブラリは、その後、メール、独自の管理ツール、またはデータベースで検索することによって共有する必要がありました。Altium 365は、共有コンポーネントを安全なクラウド環境に保存し、Altium 365のWebインスタンス内の異なるコンポーネントとプロジェクトへのアクセスを制御することができます。 PCBフットプリントの作成と再利用の開始 TRANSLATE