DC-DC PCB 설계의 포인트는 무엇인가요?

DC-DC 회로는 LDO에 비해 훨씬 복잡하고, 잡음이 심하며, 레이아웃 및 배치에 대한 요구 사항도 높습니다. 레이아웃 품질은 DC-DC 성능에 직접적인 영향을 미치므로, DC-DC 레이아웃을 이해하는 것이 매우 중요합니다.

1. 잘못된 레이아웃

• EMI, DC-DC SW 핀은 더 높은 dv/dt를 가지며, 더 높은 dv/dt는 더 큰 EMI 간섭을 유발합니다.
• 접지선 노이즈, 잘못된 접지 배선은 접지선에 상대적으로 큰 스위칭 노이즈를 생성하며 이러한 노이즈는 회로의 다른 부분에 영향을 미칩니다.
• 배선에 전압 강하가 발생하고 배선이 너무 길어 배선에 전압 강하가 발생하고 DC-DC 전체의 효율이 저하됩니다. 배선에 전압 강하가 발생하고 배선이 너무 깁니다. 길어지면 배선에 전압 강하가 발생하고 전체 DC-DC의 효율성이 저하됩니다.

2. 일반 원칙

• 스위칭 전류 회로는 가능한 한 짧아야 합니다.
• 신호 접지와 고전류 접지(전원 접지)는 별도로 라우팅되며 칩 GND의 단일 지점에 연결됩니다.

① 단락 스위칭 회로

아래 그림의 빨간색 LOOP1은 DC-DC 하이 사이드 튜브가 켜지고 로우 사이드 튜브가 꺼질 때 전류 흐름 방향을 보여줍니다. 녹색 LOOP2는 높은 쪽 튜브가 닫히고 낮은 쪽 튜브가 열릴 때 전류 흐름 방향입니다.

이 두 회로를 가능한 한 작게 만들고 간섭을 줄이려면 다음 원칙을 준수해야 합니다.

• 인덕터를 SW 핀에 가깝게 놓으십시오.
• 입력 커패시터는 VIN 핀에 최대한 가까워야 합니다.
• 입력 커패시터의 접지는 PGND 핀에 최대한 가깝습니다.
• 구리를 깔아 배선하십시오.

왜 이러고 싶니?

• 라인이 너무 가늘고 길면 임피던스가 증가하고 높은 전류로 인해 이 임피던스에 상대적으로 높은 리플 전압이 생성됩니다.
• 라인이 너무 가늘고 길면 기생 인덕턴스가 증가하여 스위칭 노이즈와 결합되어 DC-DC의 안정성에 영향을 미치고 EMI 문제가 발생합니다.
• 기생 커패시턴스와 임피던스는 스위칭 손실과 전도 손실을 증가시키고 DC-DC 효율에 영향을 미칩니다.

② 단일점 접지

단일점 접지란 신호 접지와 전원 접지 사이의 단일 지점 접지를 말합니다. 전원 접지에는 상대적으로 큰 스위칭 잡음이 있으므로 FB 피드백 핀과 같은 민감한 소형 신호에 대한 간섭을 피해야 합니다.

• 고전류 접지: L, Cin, Cout 및 Cboot는 고전류 접지 네트워크에 연결됩니다.
• 작은 전류 접지: Css, Rfb1, Rfb2는 신호 접지 네트워크에 별도로 연결됩니다.

다음 다이어그램은 TI 개발 보드의 레이아웃을 보여줍니다. 빨간색은 위쪽 튜브가 열려 있을 때의 전류 경로이고 파란색은 아래쪽 튜브가 열려 있을 때의 전류 경로입니다. 다음 레이아웃에는 다음과 같은 장점이 있습니다.

① 입력 커패시터의 GND는 구리 스킨으로 연결하고, 데코레이션 시에는 두 개의 그라운드를 최대한 함께 연결해야 하며, 입력 커패시터의 GND는 구리 스킨으로 연결하고 데코레이션 시에는 두 개의 그라운드를 함께 연결한다. 이 둘은 가능한 한 많이 결합되어야 합니다.

②DC-DC Ton 및 Toff의 전류 경로는 매우 짧습니다.

③ 오른쪽의 작은 신호는 왼쪽의 고전류 스위치의 노이즈와 멀리 떨어진 단일 지점에 접지됩니다.

3. 예

일반적인 DC-DC BUCK 회로의 레이아웃은 다음과 같으며 SPEC에는 다음 사항이 나와 있습니다.

• 입력 커패시터, 하이사이드 MOS 트랜지스터 및 프리휠링 다이오드로 구성된 스위칭 회로는 가능한 한 작고 짧습니다.
• 입력 커패시터는 Vin 핀에 최대한 가까워야 합니다.
• 모든 피드백 연결이 짧고 직접적이며 피드백 저항기와 보상 요소가 칩에 최대한 가까이 있는지 확인하십시오.
• FB와 같은 민감한 신호에서 멀리 떨어진 SW;
• VIN, SW, 특히 GND를 넓은 구리 영역에 연결하여 칩을 냉각시키고 열 성능과 장기적인 신뢰성을 향상시킵니다.

4. 요약하다

DC-DC 회로의 레이아웃은 매우 중요하며 이는 DC-DC의 안정성과 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 DC-DC 칩의 SPEC은 설계 시 참조로 사용할 수 있는 레이아웃 지침을 제공합니다.

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