設計を始める前にデモボードによる検証がおすすめ

DC/DCコンバーターを使うときには、まず一番最初はデモボード等での実験をお勧めします。その結果、正常な波形が得られ、またデモボードのレイアウト情報を参考に実際にアプリケーション用の基板をつくることができます。デモボードのレイアウトをそのまま使用できれば良いですが、実際にはさまざま制約（面積、各社の基板ルールなど）により、理想的なレイアウトを実施するのが難しいケースが多いです。そのため、事前にDC/DCコンバーターの動作において、どういうレイアウトが重要になるか、「レイアウトのポイント」以降で説明いたします。

レイアウトで最も重要なホットループ

車のアプリケーションは、CISPRR25 Class5等のEMIの要求が来ることが多く、この点において一番レイアウトで重要な点はホット・ループといわれております。

ホットループについて説明します。HI Side側のFETがONでLow Side側のFETがOFFのときのオン・サイクルの間、AC電流は赤のループを流れます。Hi Side側のFETがOFFでLowside側のFETがONのときのオフ・サイクルの間、AC電流は青のループを流れます。どちらの電流も台形波になります。ゼロからIpeakに切り替わってゼロに戻るスイッチングAC電流は、緑のループのみに流れ、この緑のループがもっともAC電流およびEMIエネルギーが大きくなります。この緑のループをホットループと呼んでいます。

EMIを小さくするためには、緑色のループでの影響をできる限り小さくする必要があります。このループでの磁場強度は、スイッチング電流とループの面積に比例します。

そのため、ノイズを考慮したレイアウトを設計する最初のステップは、ホット・ループをできる限り小さく抑えることです。銅のスペーシングは、デザイン・ルールで許容される限り小さくする必要があります。
ホット・ループの一番近い場所には、最も短く平坦なセラミック・デカップリング・コンデンサーを使用します。ホット・ループにいくつかのブロッキング・コンデンサーやデカップリング・コンデンサーを並列に使用するのは問題ありません。

レイアウトのポイント

DC/DCコンバーターの設計では、ホットループに気を付けて設計してください。
よく車載アプリケーションで使われる、LT86xxシリーズのうちの一つ、LT8640を例にとって説明した「低ノイズ電源回路設計の３つのポイント」の記事も合わせてご参照ください。

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本記事では、車載アプリケーションにおいて、DC/DCコンバーター設計の勘所について紹介をさせていただきました。詳細を知りたいという方は以下からお問い合わせください。