스위칭 전원에서 발생하는 노이즈

이번에는 실제로 스위칭 전원에서 발생하는 노이즈에 대해 검토하겠습니다.

스위칭 전원에서 발생하는 노이즈

먼저, 동기정류 방식 강압 DC-DC 컨버터의 등가 회로를 사용하여, 스위치 전류 경로를 확인합니다.

High-side 스위치를 SW1, Low-side 스위치를 SW2라고 한다면, SW1이 ON (SW2는 OFF)일 때, 입력 콘덴서에서 SW1, 그리고 인덕터 L을 통해 출력 콘덴서로 전류가 흐릅니다. SW2가 ON (SW1은 OFF)일 때는, SW2에서 L을 통해 출력 콘덴서로 전류가 흐릅니다. 하기 그림은 이러한 전류 경로의 차분으로, 스위치가 ON / OFF할 때마다 적색 라인의 전류는 급격히 변화합니다. 이러한 루프는 전류 변화가 급변하므로, 기판 배선의 인덕턴스에 의해 루프 내에서 고주파 링잉이 발생합니다.

전류 회로를 구성하는 외장 부품 및 실장 기판의 기생 성분과 링잉의 관계를 나타냅니다.

앞쪽 그림에서 나타낸 전류가 급격히 변화하는 루프에서의 기생 성분을 적색으로 나타내었습니다. 배선에는 배선 인덕턴스가 있어, 일반적으로 1mm당 1nH 정도의 인덕턴스가 존재합니다. 또한, 콘덴서에는 등가 직렬 인덕턴스 ESL이 존재하고, MOSFET에는 각 단자간에 기생 용량이 존재합니다. 이에 따라, 스위칭 노드에는 100MHz에서 300MHz의 링잉이 발생합니다. 발생하는 전류와 전압은 상기의 2가지 식을 통해 구할 수 있습니다.

이러한 링잉은 고주파 스위칭 노이즈로서 각종 영향을 미치게 되므로, 이에 대한 대책이 필요합니다. 실장 기판의 기생 성분은 전원 IC 측에서는 제거할 수 없으므로, 기판 배선 레이아웃이나 디커플링 콘덴서를 사용하여 대책을 세웁니다.

차동 모드 노이즈와 공통 모드 노이즈편과 크로스토크편을 참조하여 주십시오. 공통 모드 필터에 대해서는 차후에 설명할 예정입니다.