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新人エンジニアの赤面ブログ 『DCDCコンバータを自作してみた!評価基板ができる過程を解説!』

  • コラム

はじめに

こんにちは。ファイです。
今回からは新人研修の一環である「製作実習」で学んだこと、躓いたことなどを紹介していきたいと思います。

製作実習は、マクニカに入社した新人 FAE が必ず行うもので、製作を通して半導体の理解を深めることが目的です。
過去の先輩方も製作実習について記事を書いていますので、気になる方はこちらをご覧ください。



DCDC コンバータを自作!

私はアナログ製品の知識を深めるために DCDC コンバータを製作しました。 具体的には、図1のような 5V を 3.3V にする降圧コンバータです。


図1:DCDCコンバータ



DCDC コンバータはみなさんが持っているスマートフォンやパソコンなどの 電子機器には必ず入っています。
DCDC コンバータの詳細についてはこちらをご覧ください。

今回はDCDCコンバータ製作の大まかな流れを紹介していきます。


DCDCコンバータができるまで

DCDC コンバータができるまでには以下のような過程があります。
①部品選定
②手組(試作)
③パターン設計
④実装
⑤評価(試験)

それぞれについて簡単に説明していきます。


①部品選定

まずはどの部品を使うかを決定します。
基本的に重要な部品から選定し、DCDC コンバータであれば電源 IC から選定します。
私は電源ICとして LTC3772 を使用することにしました。

電源 IC を決めた後は周辺部品(MOSFETやインダクタ、ダイオード等)を選定しました。


図2:LTC3772の標準回路例




②手組(試作)

部品が決まったら、次は手組(試作)です。手組をする主な理由は以下です。
1. 部品を組み合わせて動作するかを確認するため
2. パターン設計にかかるコストと時間を削減するため

私はユニバーサル基板(図3)を用いて手組を行いました。


図3:ユニバーサル基板




図4 が実際に製作した基板です。

図4:実際に作った基板




③パターン設計

手組を行い部品が使えると判断されたら、パターン設計を行います。
パターン設計とは図5 のような PCB 基板の中の回路を作成することです。


図5:PCB 基板




図6 ように回路を引き、発注を行いました。


図6:レイアウト設計




④実装

実装では PCB 基板のランドに部品を置き、半田付けをします。
量産の際には実装はすべて機械で行いますが、私は手作業で部品の半田付けを行いました(図7)。

実装ではたくさんの問題が発生し、とても苦労しました。こちらについては今後のブログで紹介したいと思います。


図7:半田付け後の PCB 基板




⑤評価(試験)

完成した製作物が正しく動くか評価(試験)を行いました。
評価項目は製作物よってそれぞれですが、電源であればリップル電圧や負荷応答性を見ることが多いです。
図8 は実際に私が評価したときの測定結果です。


図8:左からリップル電圧と負荷応答




セットメーカーは、製造したものをこのように評価し、想定通り動くかの確認をしなければなりません。
ここで問題が発生することが多く設計者は苦労をします。


私も評価の段階で非常に多くの困難に直面しました(制作実習、最大の山場でした)。


まとめ

今回、製作実習を通して お客様(セットメーカー)が何を行っているのかを改めて知ることができました。
次回からは製作実習で実際に起きた問題をどんどん取り上げたいと思います。 お楽しみに!!


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