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DC/DC

DC/DCコンバータの基板レイアウト

ノイズ対策:スナバ回路、ブートストラップ抵抗、ゲート抵抗

今回は、ノイズ対策の2回目です。今回の対策は、ノイズを低減する回路の追加や部品の追加でノイズを減らすアプローチを3つ説明します。

  • Feedback path wiring
  • Ground
  • Copper foil resistance and inductance
  • Via resistance, inductance, allowable current
  • Noise countermeasures: Corner wiring, conduction, radiation
  • Noise countermeasures: Snubber, boot resistor, gate resistor

スナバ回路の追加

スナバ回路の追加は、ノイズを低減するためによく使われる手法です。今回は出力へのスナバ回路の追加ですが、入力にも使われます。この例では、スイッチングノードにRCを追加することで、スイッチングによるリンギングの高周波をGNDに逃がす動作をします。

ただし、スナバ回路の追加によって損失が生じます。効果を高めるためにコンデンサの容量を増やすと、抵抗はその電力を許容する必要あります。以下にスナバロスの式と計算例を示します。

損失計算例)スナバ抵抗:10Ω、スナバコンデンサ:1000pF、入力電圧12V、発振周波数1MHzの場合の
抵抗の許容損失

スナバロス  P = C ×V2 × fsw

1000pF × 122 × 1MHz = 0.144W ⇒ 抵抗の定格電力はMCR18(3216):0.25W以上必要

ブートストラップに抵抗を挿入

ハイサイドスイッチにNch MOSFETを使うICには、BOOTピン(ICによって名称がちがう場合あり)があります。これは、出力電圧をブートストラップ回路(多くはICに内蔵)に供給し、ハイサイドMOSFETに十分なゲートドライブ電圧を与える機能です。BOOTピンはスイッチングノードにつながっているため、ここに抵抗を挿入することで、ハイサイドMOSFETオン時の立ち上がりを緩やかにすることができます。これによって、スイッチオン時のノイズを緩和することができます。デメリットとしては、スイッチング時間が遅くなるので、MOSFETのスイッチング損失が増加します。

ハイサイドMOSFETのゲートに抵抗を挿入

これは、ハイサイドMOSFETのゲートドライバとゲート間に抵抗を挿入することでゲートチャージを制限し、ハイサイトMOSFETの立ち上がりと立ち下がりを、俗に「なまらせる」などともいいますが穏やかにすることでオンオフ時両方のノイズを低減する方法です。ブートストラップの抵抗追加と同じように、MOSFETのスイッチング損失が増大します。ただし、この方法はスイッチ内蔵タイプのICには使えません。スイッチングが外付けになるコントローラICを使った構成でのみ利用できる方法です。

次回は、PCBレイアウトのまとめをします。

キーポイント

・スナバはスイッチングのリンギングを低減することができるが、効果と損失はトレードオフ。

・ブートストラップに抵抗を追加すると立ち上げのノイズを低減できるが、MOSFETのスイッチング損失が増える。

・ゲートに抵抗を入れると立ち上がり/下がり両方のノイズを低減できるが、MOSFETの損失が増加する。また、MOSFET内蔵タイプのICには抵抗を挿入できない。


周辺部品の選定方法とPCBレイアウト