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2021.11.10 DC/DC

인덕터의 배치

승압 DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

지난 편에서는, 출력 콘덴서와 프리휠 다이오드의 배치에 대해 설명했습니다. 이번에는 인덕터의 배치에 대해 설명하겠습니다.

인덕터의 배치

출력 콘덴서와 프리휠 다이오드를 배치한 다음에는, 인덕터를 배치합니다.

인덕터 L은 스위칭 노드로부터의 복사 노이즈를 최소한으로 억제하기 위해, 스위칭 MOSFET Q2에 가깝게 배치하고, 배선의 동박 면적을 필요 이상으로 넓게 설정해서는 안됩니다. 배선 저항의 저감과 동박으로 인한 발열을 고려하면 동박 면적을 넓게 설정하는 것도 하나의 방법이지만, 면적이 넓으면 안테나로서 동작하는 경우가 있어 EMI를 증가시킬 가능성이 있습니다.

배선 저항, 방열, 안테나 효과를 고려한 후, 배선 폭을 결정하는 지침 중 하나가 전류 내량입니다. 하기 그래프는 흐르는 전류와 도체 폭에 따른 온도 상승을 나타낸 것입니다. 예를 들어 2A의 전류를 도체 두께 35µm 배선에 흘리는 경우, 온도 상승을 20℃로 억제하고자 한다면, Δt=20℃ 곡선 (하늘색)에서 2A일 때의 배선 폭을 참조합니다. 이 경우, 0.53mm의 도체 폭이라면 대응이 가능합니다.

실제로 배선은 주변 부품의 발열이나 주위 온도의 영향을 받으므로, 충분한 마진을 가진 도체 폭을 선택하는 것이 좋습니다. 예를 들어 1온스 (35µm) 기판에서는 1A 당 1mm 폭 이상, 2온스 (70µm) 기판에서는 1A 당 0.7mm 폭 이상의 도체 폭을 선택하는 등, 마진을 고려한 설계 룰을 별도로 적용하는 경우가 일반적입니다.

하기는 EMI의 관점에서 배선 면적을 최적화한 레이아웃 예와, 필요 이상으로 배선 면적을 넓게 설정한 좋지 않은 레이아웃 예입니다. 설명에 해당되는 부분은 진한 색으로 표시하였습니다.

그 이외에도 인덕터 배치 시 2가지 주의점이 있습니다. 첫번째는, 인덕터 바로 밑에 그라운드 층을 배치해서는 안된다는 점입니다. 그라운드 층에 발생하는 과전류로 인한 자력선의 상쇄 효과로, 인덕터 L의 인덕턴스가 저하되거나 손실이 증가 (Q 저하)하게 됩니다 (하기 왼쪽 그림 참조). 그라운드 이외의 신호선일 경우에도, 과전류로 인해 신호선에 스위칭 노이즈가 전달될 가능성이 있습니다. 따라서, 인덕터 바로 밑에는 배선을 하면 안됩니다. 어쩔 수 없이 배선해야 하는 경우에는 자력선의 누설이 작은 폐자로 구조의 인덕터를 사용하여 주십시오.

두번째는, 인덕터 단자간 거리입니다. 상기 오른쪽 그림과 같이, 단자 부분의 동박 면적이 넓은 경우 실질적으로 단자간 거리가 가까워짐에 따라, 스위칭 노드의 고주파 신호가 부유 용량을 통해 입력으로 용량 유도됩니다. 다른 배선의 예와 같이, 인덕터 단자용 동박은 필요 최소한으로 설정해야 합니다.

키 포인트

・인덕터는 스위칭 MOSFET Q2에 가깝게 배치하고, 배선의 동박 면적을 필요 이상으로 넓게 설정해서는 안된다.

・배선 폭을 결정하는 지침으로서, 전류 내량을 참고하고 마진을 고려하여 배선 폭을 선택한다.

・인덕터 바로 밑에 그라운드 층을 배치해서는 안된다. 그라운드 이외의 신호선도 피해야 한다.

・어쩔 수 없이 인덕터 바로 밑에 배선하는 경우에는, 자력선의 누설이 작은 폐자로 구조의 인덕터를 사용한다.

・인덕터 단자간 거리를 가깝게 배치해서는 안된다.

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