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2021.11.10 DC/DC

출력 콘덴서와 프리휠 다이오드의 배치

승압 DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

지난 편의 입력 콘덴서에 이어, 다음으로 중요한 부품인 출력 콘덴서와 프리휠 다이오드에 대해 설명하겠습니다.

출력 콘덴서와 프리휠 다이오드의 배치

입력 콘덴서 다음으로, 출력 콘덴서와 프리휠 다이오드를 배치합니다.

본 기판 레이아웃 설명은 출력전류가 1A까지인 승압 회로를 전제로 하고 있습니다. 이 정도 크기의 출력전류라면, 출력 콘덴서 COUT의 정전용량은 비교적 작아도 무방하므로, 세라믹 콘덴서 1개로 고주파용 디커플링 콘덴서 COBYPASS와 겸용으로 사용할 수 있습니다. 이는 세라믹 콘덴서의 경우 용량이 작아질수록 주파수 특성이 좋아지기 때문입니다. 그러나, 세라믹 콘덴서의 종류 및 메이커에 따라 주파수 특성이 달라지므로, 실제로 사용하는 부품의 주파수 특성을 확인해야 합니다.

프리휠 다이오드 D2는 IC나 COUT과 동일한 면에서 가깝게 배치합니다. 다이오드와 스위칭 MOSFET Q2가 접속하는 노드는 스위칭 노드이므로, 고주파 노이즈의 발생원입니다. 이 노드의 배선이 길어지면 배선 인덕턴스로 인해 발생하는 고주파 스파이크 노이즈가 VOUT에 중첩됩니다. 그리고, 스위칭 MOSFET Q2에서 프리휠 다이오드 D2, 고주파 디커플링 겸용 출력 콘덴서 COUT의 루프는 가능한 작게 하여, 고주파 노이즈의 복사를 최소한으로 억제합니다. 이러한 부품 배치와 배선은 반드시 동일 면에서 실시해야 합니다. 비아를 통해 이면에 배치, 배선하게 되면, 비아 컨덕턴스의 영향으로 인해 노이즈가 악화되므로, 절대로 비아를 사용해서는 안됩니다. 오른쪽 그림은 이러한 사항을 고려하여 실시한 바람직한 레이아웃의 예이며, 관련된 레이아웃 부분을 진한 색으로 표시하였습니다.

바람직한 출력 콘덴서와 프리휠 다이오드의 배치 예

앞서 설명한 바와 같이, 스위칭 노드가 길어지면 배선 인덕턴스가 증가하므로 고주파 스파이크 노이즈가 커져 대부분의 경우 악영향을 미치게 됩니다. 이러한 고주파 스파이크 노이즈를 개선하기 위해서는 RC 스너버 회로를 추가하는 대처 방법이 있습니다.

이 스너버 회로는 스위칭 MOSFET Q2와 IC의 GND 단자에 가깝게 배치해야 하므로, 미리 스너버 회로용 저항 RS와 콘덴서 CS의 랜드를 구비해 두는 것이 좋습니다.

주의 사항으로서, 스너버 회로에는 스위칭 동작 시 항상 손실이 발생하므로, 효율을 저하시키는 요인이 된다는 점을 알아 두어야 합니다. 스위칭 노드의 스파이크 노이즈 저감과 효율의 트레이드 오프 관계를 고려해야 하는 경우가 있습니다.

바람직한 스너버 회로의 배치 예

키 포인트

・출력전류가 작을 경우 출력 콘덴서의 용량은 비교적 작아도 무방하므로, 세라믹 콘덴서 1개로 출력 콘덴서와 고주파용 디커플링 콘덴서를 겸용으로 사용할 수 있다.

・프리휠 다이오드는 IC 및 출력 콘덴서와 동일한 면에서 가깝게 배치한다.

・다이오드와 스위칭 MOSFET가 접속하는 노드의 배선이 길어지면, 배선 인덕턴스로 인해 발생되는 고주파 스파이크 노이즈가 출력에 중첩된다.

・스파이크 노이즈에 대한 대처 방법으로 스너버 회로를 이용할 수 있지만, 손실이 발생하므로 주의가 필요하다.

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