DC/DC의 EMC(Electromagnetic Compatibility, 전자파 적합성) 성능 향상을 위한 PCB 레이아웃의 최적화가 필요하며, 이를 위한 방안을 공유하는 자리가 마련됐다.

e4ds ee웨비나는 7일 ROHM 송오용 선임연구원의 ‘DC/DC 컨버터의 EMC 대책 시리즈 2편’ 웨비나를 진행했다.

이번 웨비나에서 ROHM 송오용 선임연구원은 노이즈 발생원과 전파경로를 복습하고, PCB 레이아웃을 통한 노이즈 대책 및 주변 부품을 통한 노이즈 대책에 대해 발표했다.

스위칭 DC/DC 컨버터의 전도·방사 노이즈의 발생원으로는 기본 주파수 발생과 링잉 및 입력전압 변동 등에서 노이즈가 발생할 수 있다. 또한 공급전원과 DUT를 접속하는 케이블로 전도 될 수 있고, DUT 및 케이블에서 공간으로 또는 전자파로서 방사될 수 있다.

실제 회로에서 PCB 배선의 L이나 부품의 기생 C 성분이 존재하는데 PCB 기생 임피던스는 IC측에서 제거할 수 없어서 PCB 레이아웃의 대처가 필요하다.

이에 DC/DC의 EMC 성능 향상을 위해서는 PCB 레이아웃의 최적화가 필요하다.

강압 DC/DC 컨버터의 PCB 레이아웃 포인트로는 △입력 콘덴서와 다이오드를 IC 단자 또는 FET와 동일한 면에 가능한 IC 단자 또는 FET에 가깝게 배치해야 하며, △인덕터는 스위칭 노드로부터의 복사 노이즈를 최소한 억제하기 위해, 입력 콘덴서만큼은 아니더라도 IC 단자 또는 FET에 가깝게 배치해야 한다.

AC 루프의 동박 패턴 면적을 필요 이상으로 넓게 설정하지 않고, 출력 콘덴서를 인덕터에 가깝게 배치해야 한다.

특히 고주파, 패턴 강 거리가 짧고, 수신측 Hi 임피던스 조건에서 크로스 토크가 증가하므로 크로스 토크의 영향을 해소하기 위해서 패턴을 평행하게 배치하지 않아야 한다. 만약 평행하게 배치하는 경우에는 거리를 충분히 두거나, 사이에 GND를 배치하는 방법 또는 패턴을 직각으로 교차시키는 등 대책이 필요하다.

주변 부품을 통한 대책으로는 소용량의 세라믹 콘덴서를 병렬로 추가해 사용하면 높은 주파수의 임피던스를 낮출 수 있다. 다만 주파수에 따라 반공진으로 인해 역으로 임피던스가 증가해 EMI가 악화되는 경우는 주의해야 한다.

스너버 회로를 이용하는 경우 상승/하강시의 링잉을 개선하는 효과가 있지만, 스너버 회로 자체가 발열해 효율이 저하되는 단점이 있다.

게이트 저항은 FET의 게이트 기울기가 늦어짐에 따라 스위칭의 기울기를 완만하게 해 상승/ 하강시 링잉을 개선하는 효과가 있다. 단 MOSFET 내장 타입 IC의 경우, 이 방법은 사용할 수 없는 단점이 있다.

BOOT 저항은 BOOT 콘덴서에 직렬로 저항을 배치함으로써 스위칭의 상승을 완만하게 하지만 하강시의 링잉에는 영향을 미치지 않고, 저항을 배치하면 High-side MOSFER의 발열이 증가한다.

주요 Q&A를 살펴보면 링잉을 줄이기 위한 배선 설계와 관련해서는 링잉을 줄이기 위해서 PCB 기생용량을 줄여야하고, 이를 위해 배선을 굵고 짧게 해야한다고 답했다. 또한 Via도 기생 용량을 생성하므로 PCB 설계시 주의해야 하며, 배선의 기생 임피던스에 관련해 도선에 흐르는 전류가 작으면 노이즈가 작아서 무시 할 수 있다고 답했다.

Vin과 Vout GND 패턴과 관련해서는 VIN과 VOU의 GND 입력 노이즈가 출력에 유입되는 것을 방지하기 위해서 1∼2㎝ 정도로 거리를 두고 배치하는 것을 추천했다.

콘덴서 개수와 관련해서는 콘덴서를 여러개 다는 것이 효과적이나 용량이 다른 Cap 여러개를 적용시 반공진 현상의 주의가 필요하다고 언급했다.

고주파 스위칭 노이즈가 발생할 경우 전원IC에서 제거할 수 있는지에 대한 질문에 과도한 EMC를 고려해 설계하면 IC의 효율과 발열이 과도하게 발생할 수 있어 IC에서는 적정한 수준에서 제품 개발이 필요하다고 전했다.