回路基板に電力を供給する方法

回路基板にはいくつかの部品がある。最も重要なもののひとつは抵抗器だ。また、電子信号を切り替えるためのトランジスタやコンデンサもあります。これらの部品はそれぞれ重要であり、特定の目的を果たす。これらすべての部品の正しい組み合わせは、動作する回路基板になります。

抵抗器

抵抗は、デバイスを流れる電流量を制限するために使用される。抵抗値には、温度係数や許容差など、いくつかのパラメータがあります。温度係数は、抵抗器がどの程度正確に電流を制限するかを示すもので、通常、高い精度が要求される用途で指定されます。温度係数は、抵抗材料とその機械的設計によって決まります。

抵抗器は最大定格電力では非常に高温になるため、一般に最大電力の50%で使用します。このディレーティング手順は、信頼性と安全性を高めます。抵抗器の最大定格電力は、製品の設計とヒートシンクの使用によって異なります。大型の巻線抵抗器の定格電力は、最大1000ワットです。

抵抗器は回路基板にとって重要な部品です。スルーホールと表面実装の2種類があります。スルーホール抵抗器は、表面実装抵抗器よりも小さく、主にプロトタイピングやブレッドボードに使用されます。一方、表面実装抵抗器は、小さな黒い長方形で、PCBや嵌合するランディングパッドに取り付けられるように設計されています。これらの抵抗器は通常、ロボットやオーブンを使って取り付けられ、はんだで固定されます。

リニアレギュレータ

リニア・レギュレータは、回路基板に電力を供給するために使用される。しかし、比較的効率が低く、多くの用途で性能が劣る。レギュレータの効率は、可変直列抵抗のように機能する内部のトランジスタに依存する。また、入力と出力の電圧差が大きいため、消費電力が大きくなります。これを補うため、リニア・レギュレータのデータシートにはバイパス・コンデンサが指定されている。

リニア電圧レギュレータは、入力電圧端子、出力電圧端子、およびグラウンド接続の3つの端子から構成される。電子回路に不可欠なコンポーネントであり、多くの低電力電源管理システムで使用されている。このレギュレータは、PCB上のローカル電圧変換の一般的な選択肢であり、スイッチング・モード・レギュレータよりも低ノイズです。1～24Vの入力電圧と最大5Aの駆動電流を供給できます。

このタイプのレギュレーターは通常、低電流、ノイズに敏感、スペースに制約のあるアプリケーションで使用される。また、民生用電子機器やIoT機器でも人気がある。消費電力よりも低コストが重視される補聴器用途にも使用できる。

スイッチモード・レギュレーター

スイッチング・モード・レギュレータは、主電源電圧をより高い電力出力に変換する電子回路で使用されるデバイスである。これらの電源には、リニアAC-DC電源に比べていくつかの利点がある。コンパクトで消費電力が少なく、多くの一般的な電子機器に搭載されている。例えば、テレビ、DCモーター・ドライブ、ほとんどのPCで使用されている。スイッチ・モード電源の背後にある技術は比較的新しいが、電子機器では一般的な部品になりつつある。

スイッチング・レギュレータPCBの設計は、回路内のスイッチング電流量を最小化するように最適化されるべきである。また、回路基板のレイアウトに影響を与えないように十分に短くし、放射妨害と伝導妨害の両方の影響を最小限に抑えるように設計する必要がある。さらに、回路基板は必要な電流を流すのに十分な銅の厚みを持たなければならない。適切な熱膨張係数を持つように設計されなければならない。高速SMPSを設計する際には、回路基板の導体損失を考慮することが重要である。

SW ピンは入力コンデンサーの下に配線する。EMIを低減するため、トレースは細く短くする必要がある。場合によっては、SW ピンをインダクタに接続するためにビアを使用するのが有利なこともある。しかし、ビアはEMIを増加させるので、絶対に必要な場合以外は使用を避けた方がよい。

ダイオード

ダイオードの原理は単純で、ある電流を一方向に流し、別の電流を遮断するというものである。ダイオードにはアノードとカソードの2つの素子がある。矢印のような形をした半導体素子です。負荷と直列に接続すると、電流をプラス側からマイナス側に流すことができる。ダイオードは、トランジスタのように機能するが、アノードとカソードの2つの面を持つ単純な2素子半導体デバイスである。矢印の方向に電気を通すので、ダイオードを使ったスイッチ付き回路基板があれば、電流はカソードからアノードに流れます。

ダイオードは、回路に流れる電流の量を制御できる半導体デバイスである。ダイオードをマイナスの位置に置くと順方向にバイアスされるため、電圧がマイナスのピークに達すると、ダイオードは電流を流す。電流は次にコンデンサーを流れ、コンデンサーは入力電圧が上昇しても電荷を保持する。