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2019.12.11 DC/DC

DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃 개요

DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

DC/DC 컨버터 : 설계편의 새로운 테마로서, 「DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃」에 대해 다루겠습니다.

DC/DC 컨버터의 설계에 있어서, 회로 구성 및 부품 선택은 당연히 중요하지만, 기판 레이아웃 역시 중요합니다. 회로 도면과 부품 정수가 적절하더라도 기판 레이아웃이 적절하지 못하면, 원하는 성능을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 정상적인 동작이 어려워집니다. 조금 과장된 표현일 수도 있지만, 프로토타입이 정상 동작하지 않는 경우의 대부분은 기판 레이아웃이 원인입니다.
또한, 「노이즈가 많이 발생하지만, 일단 동작은 하는 상태」일 경우, 전원으로서는 「일단 동작은 한다」는 부분에 만족할지도 모르겠지만, 발생 노이즈로 인해 시스템의 S/N이 저하되어, 시스템으로서의 사양을 만족하지 못하는 문제로까지 발전하는 케이스도 적지 않습니다.

기판 레이아웃이 원인이 되어 발생하는 문제로는, 출력에 노이즈 (스파이크 및 발진도 포함) 발생, 레귤레이션 악화, 동작 불안정 등이 있습니다. 대부분의 경우, 이러한 문제는 적절한 레이아웃을 통해 해결할 수 있습니다. 이번 테마에서는 하기의 항목을 바탕으로 적절한 레이아웃에 대해 설명하겠습니다.

  • 강압 컨버터 동작 시의 전류 경로
  • 스위칭 노드의 링잉 (ringing)
  • 입력 콘덴서와 다이오드의 배치
  • 서멀 비아 (Thermal via)의 배치
  • 인덕터의 배치
  • 출력 콘덴서의 배치
  • 귀환 경로의 배선
  • 그라운드
  • 동박의 저항과 인덕턴스
  • 비아의 저항, 인덕턴스, 허용 전류
  • 노이즈 대책 : 코너 배선, 전도성 노이즈, 방사 노이즈
  • 노이즈 대책 : 스너버 회로, Bootstrap 저항, 게이트 저항

Figure 3-a. 바람직한 입력 콘덴서의 배치

먼저 하기에 기판 레이아웃의 포인트를 정리하였으니, 참조하여 주십시오.

PCB 레이아웃의 포인트

  • 입력 콘덴서와 다이오드를 IC 단자와 동일한 면에, 가능한 IC에 가깝게 배치한다.
  • 필요에 따라 서멀 비아를 배치한다.
  • 인덕터는 스위칭 노드로부터의 복사 노이즈를 최소한으로 억제하기 위해, 입력 콘덴서만큼은 아니더라도 IC에 가깝게 배치한다.
  • 동박 패턴 면적을 필요 이상으로 넓게 하지 않는다.
  • 출력 콘덴서를 인덕터에 가깝게 배치한다.
  • 귀환 경로는 인덕터 및 다이오드 등의 노이즈원으로부터 거리를 두고 배선한다.
  • 코너 배선은 둥글게 만든다.

다음 편에서는 레이아웃을 고려할 때 기본이 되는, 스위칭 전원 회로의 전류 경로에 대해 설명하겠습니다.

키 포인트

・스위칭 전원 설계에 있어서 PCB 레이아웃 설계는 회로 설계와 마찬가지로 중요하다.

・레이아웃이 부적절하면, 노이즈, 레귤레이션 악화, 불안정 동작과 같은 문제가 발생한다.

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