DC-DC｜설계편

노이즈 대책 : 스너버 회로, Bootstrap 저항, 게이트 저항

2020.05.27

키 포인트

・스너버는 스위칭의 링잉을 저감할 수 있지만, 효과와 손실은 트레이드 오프 관계에 있다.

・Bootstrap에 저항을 추가하면 Turn-on 노이즈를 저감할 수 있지만, MOSFET의 스위칭 손실이 증가한다.

・게이트에 저항을 삽입하면 Turn-on / Turn-off 노이즈를 모두 저감할 수 있지만, MOSFET의 손실이 증가한다. 또한, MOSFET 내장 타입의 IC에는 저항을 삽입할 수 없다.

・스너버 회로의 추가
・Bootstrap에 저항 삽입
・High-side MOSFET의 게이트에 저항 삽입

이번에는 노이즈 대책의 2번째 편으로, 노이즈를 저감시키는 회로의 추가 및 부품의 추가를 통해 노이즈를 줄이는 3가지 방법에 대해 설명하겠습니다.

스너버 회로의 추가

스너버 회로의 추가는 노이즈를 저감하기 위해 자주 사용되는 방법입니다. 본 편에서는 출력에 스너버 회로를 추가하는 방법에 대해 설명할 예정이지만, 입력에도 사용 가능합니다. 본 예에서는 스위칭 노드에 RC를 추가함으로써, 스위칭으로 인한 링잉의 고주파를 GND로 방출하는 동작을 합니다.

단, 스너버 회로의 추가로 인해 손실이 발생하므로 주의해야 합니다. 효과를 높이기 위해 콘덴서의 용량을 늘리면, 저항은 그 전력을 허용해야 합니다. 하기는 스너버 손실의 계산 식과 예입니다.

손실 계산 예)	스너버 저항 : 10Ω, 스너버 콘덴서 : 1000pF, 입력전압 12V, 발진 주파수 1MHz일 경우 저항의 허용 손실 스너버 손실　P ＝ C × V² × fsw 1000pF × 12² × 1MHz ＝ 0.144W ⇒ 저항의 정격전력은 MCR18 (3216)：0.25W 이상 필요

손실 계산 예)

스너버 저항 : 10Ω, 스너버 콘덴서 : 1000pF, 입력전압 12V, 발진 주파수 1MHz일 경우
저항의 허용 손실

스너버 손실　P ＝ C × V² × fsw

1000pF × 12² × 1MHz ＝ 0.144W ⇒ 저항의 정격전력은 MCR18 (3216)：0.25W 이상 필요

Bootstrap에 저항 삽입

High-side 스위치에 Nch MOSFET를 사용하는 IC에는 BOOT PIN (IC에 따라 명칭이 다른 경우가 있음)이 있습니다. 이는 출력전압을 Bootstrap 회로 (대부분 IC에 내장)에 공급하고, High-side MOSFET에 충분한 게이트 드라이브 전압을 인가하는 기능입니다. BOOT PIN은 스위칭 노드에 연결되어 있으므로, 여기에 저항을 삽입함으로써 High-side MOSFET ON 시의 Turn-on을 완만하게 할 수 있습니다. 이로써, 스위치 ON 시의 노이즈를 완화시킬 수 있습니다. 단점으로는 스위칭 시간이 느려지므로, MOSFET의 스위칭 손실이 증가합니다.

High-side MOSFET의 게이트에 저항 삽입

이 방법은, High-side MOSFET의 게이트 드라이버와 게이트 사이에 저항을 삽입함으로써, 게이트 차지를 제한하여 High-side MOSFET의 Turn-on / Turn-off를 완만하게 함으로써 ON / OFF 시의 노이즈를 저감하는 방법입니다. Bootstrap의 저항 추가와 마찬가지로, MOSFET의 스위칭 손실은 증가합니다. 단, 이 방법은 스위치 내장 타입의 IC에는 사용할 수 없습니다. 스위칭이 외장인 컨트롤러 IC를 사용하는 구성에서만 이용 가능한 방법입니다.

다음 편에서는 PCB 레이아웃에 대해 최종적으로 정리하겠습니다.

【자료 다운로드】 강압 DC-DC 컨버터 기판 레이아웃의 기초와 사례

강압 DC-DC 컨버터의 기판 레이아웃 기초와 사례에 대해 게재한 자료입니다. 스위칭 방식 DC-DC 컨버터의 안정성에도 크게 영향을 미치는 기판 레이아웃의 개념과 주의점에 대해 설명하였습니다.

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