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私は機械メーカ―で3年半、筐体や機構設計など、開発業務に携わった後、マクニカにFAEとして中途入社しました。
マクニカは中途入社の方の比率も多く、全く疎外感がなくとても過ごしやすいです。
もともと、大学も機械系で入社時には全く電気の知識がなく、オームの法則からやり直し現在、必死に勉強中です。
そんな中で実際にDC/DCコンバーターを設計する機会がありましたので、私のような電気屋初心者の方の手助けになればと
その過程をご紹介させていただきます。
今回は第3稿目です、第2稿目はこちらからご覧ください。
測定方法の見直し
前回は、入力コンデンサー(CIN)を移動させて、SW波形のスパイクを抑えることに成功しました。
しかし、まだSW波形のスパイクは大きく、見えている波形が真の波形なのかどうか疑うことにしました。
当初は、通常のプローブアタッチメントで測定していましたが、MMCXコネクターでの測定に変更します。
MMCXコネクターを基板上に実装する手間はありますが、怪しい波形が出た場合は測定誤差要因を
できるだけ排除した状態での測定が大事と教わり、チャレンジしてみることにしました。
通常プローブでの測定
実装したMMCXコネクター
MMCX変換コネクター装着プローブ
通常のプローブでは、GNDの配線が長く寄生インダクタンス成分が大きくなってしまいますが、MMCXコネクターを使用することによってこのループをきわめて小さくできるため、測定誤差の影響を受けづらくできるのです。
通常のプローブアタッチメントとMMCXアタッチメント
早速MMCXコネクターに変更した場合の波形を比較してみましょう。
MMCXコネクターは入力ノードと、SWノードに実装しました。
※MMCXアタッチメントに対応しているプローブが、今までのオシロでは使用できなかったため、新しいオシロへ変更しています。
MMCXコネクターでの測定
通常のプローブアタッチメントでの測定波形(CH1:VIN CH2:VOUT CH3:SW CH4:FB)
MMCXコネクターでの測定波形 (CH1:VIN、CH2:SW）
通常のプローブでつまんだ場合に比べてSWノードのスパイク電圧が低く観測されました。
28Vから18V程度に変化しています。
測定方法によって10Vもの違いが生まれてしまうのは驚きでした。
ちなみに、通常プローブにGNDスプリングを装着して測定する方法も試してみましたが、
SWノードのスパイク電圧は19Vで観測され、MMCXコネクタが最良の結果となりました。
この結果をからすると、なんでもかんでもMMCXコネクターで波形を取得したくなってしまいますが、
コネクターの実装も大変だったので、測定のたびにすべての測定ポイントでMMCXコネクターを使用するのは現実的ではないですね、、
重要なポイントを見極めてMMCXなどの測定ツールを使いこなすことが大事だと学びました。
プロービング方法が測定に及ぼす影響については下記記事も併せてご参照ください。
入力コンデンサーの追加
VINの波形にスイッチングのタイミングで、SW波形と相関しているようなノイズが乗っていることに着目しました。
通常このようなVINのノイズは入力コンデンサーで吸収されますが、吸収しきれてないのではないかと考えました。
現在入力コンデンサーは4.7μF×1のみ実装されている状態です。
試しに1.0μFのコンデンサーを追加実装してみます。
入力コンデンサー1uF追加前(CH1:VIN、CH2:SW）
入力コンデンサー1uF追加後(CH1:VIN、CH2:SW）
入力電圧(VIN)の波形が見違えるほど、きれいになっていますね！
合わせてSW波形のスパイクノイズも減少しておりデータシートの値と遜色ないレベルまで持ってくることができました。
これで入力電圧36Vで動作させても、SWノードのスパイクで定格を超える恐れはなさそうです。
次回は要求仕様に対する性能測定を実施します。
はたして、要求仕様を満たすことはできているのでしょうか、、
お楽しみに！
ユニバーサル基板編記事一覧
■ユニバーサル基板編
・ユニバーサル基板でDC/DCコンバーターを作ってみた (1)
・ユニバーサル基板でDC/DCコンバーターを作ってみた (2)
・ユニバーサル基板でDC/DCコンバーターを作ってみた (3)
・ユニバーサル基板でDC/DCコンバーターを作ってみた (4)
■プリント基板編