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パワーインテグリティ

PCB電源レイアウトのガイド

PCB電源レイアウトのガイド次回のPCB設計でリニア電源とスイッチモード電源を使用する場合は、このクイックガイドに従ってください。

セラミックコンデンサの最大電圧とディレーティング

セラミックコンデンサの最大電圧とディレーティング最大定格電圧以下でほぼ任意のキャパシタを動作させることは、長い動作寿命を保証します。キャパシタの性能は、定格限界に近づく電圧の適用と高温への露出に応じて劣化します。適用電圧を制限することを選択することで、これらの劣化効果を減少させることができます。セラミックキャパシタは、コンパクトなパッケージングと表面実装コンポーネントの利用可能性のおかげで、今日使用されている最も一般的なタイプのキャパシタの一つです。彼らがその名前を得たのは構造材料からであり、金属ペーストとセラミック粉末の交互の層で構築され、セラミック材料を固めるために焼かれます。非極性コンポーネントであるため、ACおよびDC回路で使用でき、結合、デカップリング、およびフィルタリング回路での使用に理想的な一連の容量値を備えています。コンデンサの最大電圧定格は名目上高く、これは大きな利点です。定格電圧をわずかに超えると、その容量は大きな故障なしに低下します。定格最大電圧を大幅に超える電圧にさらされると、セラミック材料が分解し、金属板間に短絡が生じる傾向があります。過電流保護が施されていると仮定すると、この故障モードは比較的軽微です。しかし、設計者はこの故障が運用中に発生しないように、適切なセラミックコンデンサの電圧ディレーティングを選択する必要があります。これにより、新しい設計の寿命が維持されます。セラミックコンデンサの電圧ディレーティングの重要性考慮すべき重要な点は、セラミックコンデンサの静電容量値が、コンポーネントにかかる電圧がセラミックコンデンサの最大電圧定格に近づくにつれて減少するということです。一部のコンポーネントでは、この減少が回路の動作に大きな影響を与えることがあります。この効果は、コンポーネントの物理的サイズに強く影響されます。同じ定格値の1206 SMDセラミックコンデンサは、0603 SMDセラミックコンデンサよりも定格容量を遅く失います。この効果は、高い誘電率を持つコンポーネント、たとえばクラスII型誘電体特性（例えば、B/X5RやR/X7R）を持つデバイスでより顕著です。この効果は、信号処理回路内のセラミックコンデンサに直流バイアス電圧が存在する場合に問題となることがあります。バイアス電圧は、基本回路の動作特性に影響を与える全体の容量を大幅に減少させることができます。バイアス電圧の上に重ねられた信号電圧は、その極性に応じてこの変化を悪化させたり軽減させたりすることがあり、信号電圧に比例して容量の変化を引き起こします。統合された効果は、容量の変化による非線形の性能です。この問題は、ピーク信号電圧とDCバイアス電圧から計算されたコンデンサの最大電圧が、容量の変化が最小限に抑えられるコンポーネントの容量特性の領域内に留まるようにすることで解決できます。これには、設計者の要件を満たす誘電体特性を持つコンポーネントの慎重な選択が必要になる場合があります。セラミックコンデンサのディレーティングに影響を与える別の要因は、定格電圧限界内での急激な過渡現象への露出です。電圧が限界内に留まる間、電圧の変化率は時間とともにセラミック材料を劣化させ、コンポーネントの寿命を短くし、故障の確率を高めることがあります。どのセラミックコンデンサのディレーティングを使用すべきですか？セラミックコンデンサの電圧定格ルールには、少なくとも25%の定格ダウンが標準とされる一般的な経験則がありますが、電圧リップル効果にさらされる環境では、これを少なくとも50%に増やすべきです。コンポーネントに通常運用で適用可能な最大電圧の少なくとも2倍が、コンポーネントの最大定格電圧であるべきです。より正確な計算は、ブレークダウン電圧と最大定格電圧との関係を見ることから得られます。通常、メーカーはブレークダウン電圧に経験と判断に基づくマージンを加えて最大定格電圧を計算します。ブレークダウン電圧は、セラミックコンデンサの構造に使用される材料の特性と、材料に存在する欠陥によって決定されます。製造プロセスの品質が高ければ高いほど、ブレークダウン電圧は高くなりますが、これは使用される材料によって限定されます。興味深いことに、容量の値が高いほど、製造上の欠陥がブレークダウン電圧に与える影響は小さくなります。セラミックベースの絶縁材料の特性が計算を支配しており、研究によると金属要素は結果にほとんど影響を与えないことが示されています。絶縁体内の分極プロセスによって一般に決定されるため、電気的な破壊よりもブレークダウン電圧が一般的に決定されます。メーカーは、コンポーネントの動作特性内の領域を特定することによってブレークダウン電圧を決定します。電圧依存性の特性は、デバイスの必要な限界内に留まり、その予測される信頼性は指定された範囲内に落ちます。設計者によって適用されるデレーティングは、ブレークダウン電圧から最大セラミックキャパシタ電圧定格を計算するために使用されるメーカーのデレーティング係数に加えて行われます。念頭に置くべき一つのことは、コンポーネントを過剰にデレーティングすることが一見最も安全な方針のように見えるかもしれませんが、これは物理的に大きなまたははるかに高価なコンポーネントの選択につながるでしょう。必要な追加のボードスペースは実現不可能であるか、またはボードのレイアウトやルーティングに他の課題を引き起こす可能性があります。大きなコンポーネントは、機械的振動が存在する環境でコンポーネント内の破損のリスクも高めます。すべての設計決定と同様に、慎重に考える必要があるいくつかの結果があります。もっと知りたいですか？それなら、より詳細な機能説明のために製品ページを閲覧するか、Altiumの専門家にお問い合わせください。今すぐAltium Designer +

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Thought Leadership 抵抗器のパワーディレーティングによる故障間隔時間の改善すべての抵抗器には、性能が低下したりコンポーネントが故障したりすることなく、変換できる最大エネルギーを決定する指定の定格電力があります。今すぐ読んで、詳しく学びましょう。

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PCBで電源EMIをどう戦うか電源のEMIは、PCBレイアウトに潜む幽霊のようなものですが、いくつかのシンプルな設計選択によって、電源や電圧レギュレータからの過剰なEMIを防ぐことができます。

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スイッチング電源出力フィルター：設計とシミュレーション SPICEパッケージを使用すると、過渡応答の結果を見てパラメータスイープを実行することで、スイッチング電源の出力フィルタの設計を支援できます。

Altium Designerにおける電源設計

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。

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