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コンシューマおよびRFに敏感なアプリケーション向けスイッチングレギュレータにおけるEMIの最適化

LILY HE

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はじめに

現代の電子機器の人気の高まりは人々に利便性をもたらしますが、同時に電磁環境を悪化させます。電磁干渉 (EMI) とは、電磁波と電子部品との相互作用によって引き起こされる干渉現象のことです。

電子機器は動作時に電磁波を発生するため、さまざまな電子機器が干渉し合い、敏感な回路に予期せぬ影響を与えたり、深刻な場合には回路の正常な動作を阻害したりする可能性があります。これが、EMIの低減がシステムの安定性にとって重要である理由です。この記事では、EMI特性が、家電製品、警報システム、ガレージドア開閉装置などの消費者およびRFデバイスにどのように役立つかについて説明します。

EMIを最適化する方法

スイッチモード電源に関しては、回路設計と回路基板レイアウトの両方からEMIに対処することが重要です。回路設計の観点から、スイッチング速度、およびスイッチノードのリンギング (図1を参照) は、EMI特性に影響を与える可能性があります。

図1: MP5048 代表的なアプリケーション回路

図1: MP5048 代表的なアプリケーション回路

EMIは、スイッチング速度制御とアンチリンギング制御の2つの方法で効果的に最適化できます。

スイッチング速度制御

EMIは、スイッチノードでのスイッチングの立ち上がり時間と立ち下がり時間を延長してdV / dtスルーレートの影響を減らすことで低減されます (図2、図3、図4、および図5を参照) 。


軽負荷時のリンギング防止制御

スイッチノードのリンギングはEMIの原因になります。デバイスのリンギングが多いほど、EMI特性が低下します (図6を参照) 。SWとGNDの間に1kΩの抵抗 (R) と別のスイッチ (S1) を追加すると、リンギングが軽減されます。軽負荷で、HSスイッチとLSスイッチの両方がオフになると、S1がオンになり、L1の電力の一部がRとS1を介してGNDに解放されます (図7を参照) 。

図6: アンチリンギング制御の前にSWでより多くのリンギング

図6: アンチリンギング制御の前にSWでより多くのリンギング

図7: アンチリンギング制御後のSWのリンギングが少ない

図7: アンチリンギング制御後のSWのリンギングが少ない


IN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 10mA)

図8と図9は、スイッチング速度とアンチリンギング制御を実装することによって達成されるEMIの削減を示しています。

8

より良いEMIのためのPCBレイアウト

スイッチング電源のフィードバック信号は、電磁干渉に非常に敏感なアナログ信号であり、それ自体のスイッチング信号によって簡単に妨害されます。適切なレイアウトは、この種の干渉を減らし、より優れたEMI性能を実現できます。レイアウトが悪いと大きな波紋が発生し、電源が機能しなくなることさえあります。

以下は、コンポーネントの配置とPCBレイアウトを通じてより良いEMIを達成するためのいくつかのヒントです。

  • 入力フィルタコンデンサをICの近くに配置します (図10を参照) 。

図10: 入力フィルタコンデンサがICに近い場合の磁場は少ない

  • シールドインダクタを使用してください。
  • 小さなSWパッドレイアウトを使用します (図11を参照) 。
Figure 11: Small SW Pad Layout
  • ICのGNDプレーンからシステムGNDプレーンへの単一接続を使用します。
  • 入力グランドとGNDの間の接続は、できるだけ短く、広くしてください。
  • 複数の貫通孔または幅の広い配線を使用して、 VCCコンデンサのグランドをICのグランドに接続します。
  • 入力コンデンサとIN間の接続はできるだけ短く、広くしてください。
  • すべてのフィードバック接続が短く、直接であることを確認してください。
  • フィードバック抵抗と補償コンポーネントをチップのできるだけ近くに配置します。
  • SWをFBなどの敏感なアナログ領域から遠ざけるように配線します。

コンシューマ向けおよびRFに敏感なアプリケーションの最適化

家電製品から家庭用電化製品、ガレージドア開閉装置や警報システムなどのRFに敏感なデバイスまで、非常に多くの電子機器が存在する世界では、EMIの問題により、システムに望ましくない相互作用や操作の問題が発生する可能性があります。MP2317ファミリは、EMI特性を最適化すると同時に、シンプルなパッケージと単層PCBで簡単で費用効果の高い製造を可能にすることでこれに対応します。

MP2317ファミリは、2次側のDC/DCレギュレータとして使用できます (図12を参照) 。

図12: エアコンへの応用

図12: エアコンへの応用

MP2317ファミリの主な特長:

  • 7.5V～26Vの広い入力動作範囲
  • 150μAの低静止電流
  • 優れた負荷およびラインレギュレーション、および過渡応答 (図15を参照)
  • 高効率: ピーク96%、12V～5V / 20mAで80% (図13を参照)
  • より高い信頼性と寿命のための完全な保護 (OTP、UVLO、OCP)
図13: MP2317の効率

図13: MP2317の効率

図14: 単層レイアウト用MP2317 (U1)

図14: 単層レイアウト用MP2317 (U1)


(試験条件: VIN = 12V、VOUT = 5V、L =10μH)

図15 MP2317クイックロード過渡応答

図15 MP2317クイックロード過渡応答

(Test conditions: VIN = 12V, VOUT = 5V, L = 10μH)

結論

信頼性の高い回路動作に不可欠なEMI最適化に加えて、製造の容易さも重要です。MPSの高効率、26VのスイッチングレギュレータMP2317、MP2344およびMP2345ファミリは、小型6ピンSOT23パッケージ、1A / 2A / 2.5Aでピン対ピン互換、大きなピンピッチ (0.95mm) を与え、それによって単層PCBレイアウトを使用した簡単な製造を可能にし、コストを節約します。同じ実装面積で3レベルの出力電流が可能で、システムエンジニアは、PCBを変更せずに異なるデバイスに切り替える柔軟性が得られ、追加の時間とコストを節約できます。