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2020.10.21 AC/DC

실장 기판 레이아웃과 정리

비절연형 벅 컨버터의 설계 사례

마지막으로, 이번 설계 사례의 기판 레이아웃 예에 대해 설명하고, 전체적인 정리를 통해 AC/DC 컨버터 설계편 「AC/DC 비절연형 벅 컨버터의 설계 사례」를 마무리하고자 합니다.

실장 기판 레이아웃 예

스위칭 레귤레이터 설계에서의 기판 레이아웃은 AC/DC, DC/DC에 관계없이 매우 중요합니다. 거듭 강조하지만, 스위칭 전원은 아날로그 회로 (최근에는 「디지털 전원」도 있지만)이며, 스스로 노이즈를 발생시키는 동시에 노이즈에 민감합니다. 또한, 스위칭 노이즈는 EMI로서 다른 부분에도 영향을 미치므로, 최대한 노이즈를 발생시키지 않도록 레이아웃하는 것이 중요합니다.

하기는 이번 설계 사례의 기판 레이아웃입니다. 이번 사례에서는 「비절연」 회로 설계를 다루었지만, 기본적으로 개념은 동일합니다. 스위칭 전원 회로에는 대전류가 스위칭하는 경로와 노이즈에 민감한 제어 신호 경로가 있다는 점을 고려해야 합니다. 기판 배선 레이아웃 시, 대전류 경로는 최대한 노이즈를 발생시키지 않도록 하고, 제어 신호 경로는 최대한 노이즈의 영향을 받지 않도록 해야 합니다.

기판 레이아웃은 중요성이 높기 때문에, 전원 IC의 데이터시트 및 설계 자료에서 기본적인 기판 배선 레이아웃 예가 제공됩니다. 경우에 따라서는 Gerber File과 같이 그대로 이용 가능한 데이터가 제공되는 경우도 있습니다. 단, 꼭 기억해야 할 것은, 제시된 예에 따라 레이아웃했다고 하더라도 반드시 실제 기기에서 확인해야 한다는 점입니다.

하기는 Tech Web 「기초 지식」의 기판 레이아웃 관련 기사이므로 참고하여 주십시오.

●AC/DC PWM 방식 플라이백 컨버터 설계 방법 : 기판 레이아웃 예
●DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

「AC/DC 비절연형 벅 컨버터의 설계 사례」 정리

최종 정리로서 각 항목별 키 포인트를 정리하겠습니다.

<AC/DC 비절연형 벅 컨버터의 설계 사례>

  1. AC/DC 비절연형 벅 컨버터의 설계 사례 개요

    키 포인트

    ・비절연형 AC/DC 컨버터의 설계에 대한 해설

    ・다이오드 정류 또는 비동기정류 방식의 벅 컨버터 (Buck converter) 회로를 예로 들어 설명

  2. 벅 컨버터의 기본 동작 및 불연속 모드와 연속 모드

    키 포인트

    ・강압 컨버터의 동작에는 연속 모드와 불연속 모드가 있다.

    ・DC/DC 변환에서는 연속 모드가 일반적이지만, 60W 정도의 AC/DC 변환에서는 불연속 모드를 이용하는 경우가 많다.

  3. 전원 IC의 선택과 설계 사례

    키 포인트

    ・전원 사양을 만족하는 전원 IC를 선택하는 것이 설계의 시작이다.

    ・절연형 회로와의 차이점을 이해해야 한다.

  4. 주요 부품 선정 : 입력 콘덴서 C1과 VCC용 콘덴서 C2

    키 포인트

    ・입력 콘덴서에는 최대 입력전압×1.41의 전압이 가해지는 것을 고려하여 내압을 선정한다.

    ・VCC용 콘덴서는 VCC의 안정화 이외에도, 기동 시간을 결정하는 역할이 있으므로 주의한다.

  5. 주요 부품 선정 : 인덕터 L1

    키 포인트

    ・인덕터는 동작 모드를 불연속 모드가 되도록 설정한다.

    ・인덕턴스는 VIN의 최소 조건과 ton의 최대치를 통해 산출한다.

    ・인덕터 전류는 VIN의 최대 조건과 최소 ON 시간을 통해 산출한다.

  6. 주요 부품 선정 : 전류 검출 저항 R1

    키 포인트

    ・사례 회로에서 필요로 하는 스위치 전류 제한 저항 R1을 산출한다.

    ・R1 산출 시에는, 인덕터 L1 산출 시의 수치가 필요하다.

  7. 주요 부품 선정 : 출력 콘덴서 C5

    키 포인트

    ・출력 콘덴서는 설계 목표의 출력 리플 전압을 만족하도록, 리플 전류와 콘덴서의 임피던스를 바탕으로 선택한다.

    ・알루미늄 전해 콘덴서는 수명이 한정된 부품이므로, 리플 전류가 크면 수명이 단축된다.

  8. 주요 부품 선정 : 출력 정류 다이오드 D4

    키 포인트

    ・통상적으로 출력 정류 다이오드는 고속 스위칭 타입을 사용한다. 이번 설계 사례에서는 패스트 리커버리 다이오드를 사용한다.

    ・출력 정류 다이오드는 기본적으로 내압과 손실의 검토를 통해 선택한다.

  9. EMI 대책 – EMI · EMC · EMS란? 노이즈 대책 필터와 회로의 Low Noise화

    키 포인트

    ・EMI 대책으로 입력 필터, 스위치 (드레인 – 소스 사이)에 콘덴서, 출력 정류 다이오드에 스너버를 추가한다.

    ・출력 노이즈에 대한 대책으로는 출력에 LC 필터를 추가한다.

    ・기판 레이아웃의 영향도 크므로, 함께 검토한다.

  10. 실장 기판 레아이웃과 정리

    키 포인트

    ・AC/DC, DC/DC에 관계없이 스위칭 전원의 설계 시 기판 레이아웃은 성능 및 노이즈에 큰 영향을 미친다.

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