전원 공급 장치 PCB 설계 방법

Ryan은 MOKO의 수석 전자 엔지니어입니다., 이 업계에서 10년 이상의 경험을 가진. PCB 레이아웃 설계 전문, 전자 디자인, 임베디드 디자인, 그는 다양한 분야의 고객에게 전자 설계 및 개발 서비스를 제공합니다., IoT에서, LED, 가전 ​​제품에, 의료 등.
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전원 공급 장치 PCB는 전자 시스템의 안정적이고 효율적인 작동에 중요한 역할을 합니다.. 간단한 회로 또는 복잡한 애플리케이션을 위한 전원 공급 장치를 설계하는지 여부, 잘 설계된 전원 공급 장치 PCB를 갖는 것이 필수적입니다.. 이 종합 가이드에서, 필요한 사양을 충족하고 최적의 성능을 보장하는 전원 공급 장치 회로 기판 설계와 관련된 주요 고려 사항 및 단계를 살펴봅니다.. 이제 전문가처럼 전원 공급 장치 PCB를 설계하는 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.!

전원 공급 장치 PCB 란??

전원 공급 장치 PCB는 전자 장치 내의 다양한 구성 요소 또는 하위 시스템에 전력을 조절하고 분배하도록 설계된 특수 회로 기판입니다.. 주요 기능은 외부 소스에서 들어오는 전력을 변환하는 것입니다., AC 콘센트 또는 배터리와 같은, 전자 장치에 필요한 적절한 전압 및 전류 수준으로. 전원 공급 장치 PCB는 거의 모든 전자 장치의 필수 부품입니다., 스마트폰부터, 노트북, 컴퓨터에서 가전 제품으로, 산업용 기계, 및 자동차 시스템. 이러한 장치 내의 전자 구성 요소가 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력을 받도록 합니다., 적절한 기능을 위해 필수적입니다.

전원 공급 장치 PCB 설계 고려 사항

전원 공급 장치 설계 시 세심한 주의가 필요합니다. PCB 레이아웃 효율적인 배전망 구축. 설계자는 전원 공급 장치 작동의 중요성과 전반적인 성공에 미치는 영향을 인식하는 것이 중요합니다.. 이를 달성하기 위해, 시끄러운 디지털 회로와 필수 아날로그 회로 사이의 전원 공급 장치 및 회로의 신중한 분리를 고려하면서 PCB 레이아웃을 세심하게 수행하는 것이 중요합니다.. 아래에는 디자인 프로세스 중 주요 고려 사항이 나열되어 있습니다.:

  1. 올바른 레귤레이터 선택

전원 공급 장치용 레귤레이터를 선택할 때, 당신은 두 가지 주요 선택이 있습니다: 선형 조정기 및 스위치 모드 조정기. 선형 조정기는 낮은 잡음 출력을 제공하지만 더 높은 열 발산을 제공합니다., 냉각 시스템 필요. 또한 전압 강하로 인해 원하는 출력 전압보다 높은 입력 전압이 필요합니다.. 선형 레귤레이터는 간단하지만, 입수 가능한, 무소음 출력 제공, 그들은 상당한 전력 손실과 낮은 효율로 고통받습니다.. PCB 설계에서 선형 레귤레이터를 선택한 경우, 전압 강하가 낮은 것을 선택하고 제작 전에 열 분석을 수행하십시오..

한편, 전환 모드 조정기는 인덕터에 에너지를 저장하고 방출하여 전압을 변환합니다.. 그들은 빠른 전환을 사용합니다 MOSFET 고효율 규제 제공. 펄스 폭 변조의 듀티 사이클을 수정하여 출력 전압을 변경할 수 있습니다. (PWM). 스위칭 조정기는 더 비싸고 추가 수동 구성 요소가 필요합니다., 그러나 그들은 더 낮은 열 분산을 가지고 있습니다.

  1. 올바른 구성 요소 선택

전원 공급 장치 PCB의 성공적인 설계를 위해서는 올바른 구성 요소를 선택하는 것이 중요합니다.. 애플리케이션의 전압 및 전류 요구 사항을 고려하십시오., 지정된 전력 수준을 처리할 수 있는 구성 요소 선택. 구성 요소 유형과 같은 요소에 주의하십시오., 패키지, 그리고 발자국, 설계 및 제조 제약 조건과의 호환성 보장. 신뢰할 수 있고 평판이 좋은 부품 공급업체를 선택하면 전원 공급 장치 설계의 품질과 수명이 보장됩니다..

전원 공급 장치 PCB 구성 요소

  1. 열 관리

전원 공급 장치의 효율성은 방열 기능에 직접적인 영향을 받습니다.. 전자 부품에 전류가 흐를 때, 그들은 열을 발생시킨다, 그 양은 전력 수준에 따라 다릅니다., 형질, 및 임피던스. 낮은 온도는 전자 회로의 성능과 수명을 향상시킵니다.. 따라서, 장치가 원하는 주변 온도 범위 내에서 작동하도록 하려면 설계자가 적절한 냉각 방법을 통합하는 것이 필수적입니다..

Linear Regulator를 사용하는 경우, 방열판 또는 기타 냉각 장치를 사용하는 것이 좋습니다., 시스템이 허용하는 한. 통합 팬은 강제 냉각을 용이하게 할 수 있습니다., 특히 특정 장치의 높은 열 발산을 처리할 때.

PCB 전체의 열 분산이 균일하지 않을 수 있습니다.. 전력 등급이 높은 구성 요소는 더 많은 열을 발생시키는 경향이 있습니다., 그 결과 주변에 핫스팟이 생깁니다.. 이 문제를 해결하려면, 열 비아는 영향을 받는 영역에서 효율적으로 열을 전달하기 위해 이러한 구성 요소 근처에 전략적으로 배치될 수 있습니다.. 효과적인 방열 기술과 적절한 냉각 방법을 결합하여, 설계자는 최적의 성능과 신뢰성을 촉진하는 고효율 전원 공급 장치 설계를 달성할 수 있습니다..

  1. 추적 라우팅

추적 라우팅의 경우, 다른 접근 방식이 있습니다, 예: 배치 중 또는 배치 완료 후 라우팅. 어떤 방법을 선택하든 상관없이, 짧고 직선적인 트레이스를 사용하여 라우팅이 구성 요소 배치와 일치하도록 보장하는 것이 중요합니다.. 현재 요구 사항을 처리하기에 충분한 너비의 트레이스를 사용하고 직각 대신 45도 또는 둥근 모서리를 선택하여 신호 무결성 문제를 최소화해야 합니다..

인덕턴스 도입을 방지하기 위해 전원 트레이스에 비아를 사용하지 않는 것이 좋습니다.. 추가적으로, 간섭을 방지하고 신호 무결성을 유지하려면 전원 구성 요소 아래에 다른 신호 트레이스를 라우팅하지 않는 것이 중요합니다..

  1. 접지

전원 공급 장치에 대한 최적의 접지를 보장하려면, 전원 구성 요소에 대해 별도의 접지면을 만드는 것이 좋습니다.. 트레이스로 라우팅하는 대신 견고한 접지면을 활용하면 여러 가지 이점이 있습니다.. 먼저, 전원 공급 장치를 위한 효율적인 접지 솔루션을 제공합니다.. 추가적으로, 전류 리턴 경로에서 생성된 노이즈를 전용 평면으로 효과적으로 격리합니다., 공통 접지면의 민감한 신호 반환 경로와 분리하여 유지. PCB 레이아웃에서, 두 개의 접지면은 궁극적으로 특정 지점에서 연결을 설정합니다., 일반적으로 다음을 통해 접지로 지정됩니다.. 이 접지 비아는 일반적으로 전원 공급 장치 IC 아래의 열 패드 내에 위치합니다.. 이 연결은 두 평면을 함께 연결하는 목적으로 사용됩니다., 동시에 전원 공급 장치에서 열이 발산되는 경로를 제공합니다.. 선형 전원 공급 장치 설계에서 특히 중요합니다.. 더욱이, 선형 전원 공급 장치를 설계할 때, 고이득 장치를 위해 특별히 접지면에 보이드를 생성하는 것이 좋습니다.. 그렇게함으로써, 잠재적인 노이즈 간섭이 최소화됩니다., 이러한 민감한 구성 요소의 성능을 향상시킬 수 있습니다..

  1. 전원 추적 및 구리 주입

트레이스 폭을 계산하고 적절한 구리 두께를 보장하는 것은 과도한 전압 강하 또는 과열 없이 필요한 전류를 전달하는 데 필수적입니다.. 트레이스 폭 계산기 및 PCB 설계 소프트웨어를 활용하여 전류 전달 용량을 기반으로 적절한 트레이스 폭 결정. 추가적으로, 방열을 강화하고 전원 공급 장치 PCB의 전반적인 열 성능을 개선하기 위해 구리 주입 기술 구현을 고려하십시오.. 노이즈를 최소화하고 신호 무결성을 개선하기 위해 접지면을 효과적으로 활용할 수 있습니다..

전원 공급 장치 PCB 설계

  1. 전원 무결성

전력 무결성은 회로에 전달되는 전력의 품질을 나타냅니다., 전력이 시스템 내에서 소스에서 부하로 얼마나 효과적으로 전송되는지 측정. 모든 회로와 장치가 원하는 성능을 달성하는 데 필요한 전력을 받도록 합니다..

전력 무결성을 유지하는 핵심 요소 중 하나는 전원 공급 장치의 노이즈를 최소화하는 것입니다.. 잡음 수준이 낮은 전원 공급 장치는 더 높은 전력 무결성에 기여합니다.. 전원 무결성을 위한 설계에는 전원 공급 장치 노이즈를 효과적으로 관리하는 것이 포함됩니다.. 회로 내 전력 품질을 추정하기 위해 액세스할 수 있는 다양한 시뮬레이션 도구가 있습니다.. 이러한 도구는 전압 강하를 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다., 디커플링 커패시터의 배치를 권장합니다., 고전류 흐름 영역 식별, 핫스팟으로 알려진, 회로 내에서.

결론

전원 공급 장치 PCB를 만들려면 수많은 요소에 세심한 주의가 필요합니다.. 이 포괄적인 설명서를 준수함으로써, 필요한 사양을 충족하고 신뢰할 수 있고 효율적인 성능을 제공하는 전원 공급 장치 PCB를 설계할 수 있습니다..

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