DC/DC電源の下に銅層を置くことが利益をもたらす場合
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はじめに
DC/DC電源の誘導底部に銅を配置すべきかどうかについては、技術者の意見が一致しないことがよくあります。最初の議論は、インダクタの下に銅を配置すると、グランド層に渦電流が発生するというものです。その結果、渦電流はパワーインダクタのインダクタンスに影響し、システム損失を増加させ、グランドプレーンノイズは他の高速信号に影響を与えます。2番目の議論は、完全な銅床がEMIを減らし、熱放散を改善するということです。
本稿では、インダクタがどのように分類されるかについて説明し、次にインダクタの下に銅を配置する実験の実行について説明します。最後に、DC/DC電源の下に銅を配置することが有利かどうか判断する前に、銅層を実装する利点について説明します。
インダクタの分類
銅層の議論に決着をつける前に、まずインダクタが通常どのように分類されるかを理解する必要があります。つまり、インダクタは以下の3つのカテゴリに分類されます。
アンシールドインダクタ
アンシールドインダクタは、空気で構成された磁気ルーティングコアを備えています。つまり、その磁力線は、磁気シールドなしで完全に空気にさらされています。
セミシールドインダクタ
セミシールドインダクタは、磁気シールド材料を周辺に組み込むことにより、アンシールドインダクタの概念に基づいています。導電性材料の磁気抵抗が小さいため、磁力線は基本的に材料に固定されます。磁場のごく一部だけが空気の隙間からオーバーフローします。その結果、このインダクタの外部からの磁気漏れは最小限に抑えられます。
モールド (ワンピース) インダクタ
モールドインダクタは、巻線と磁性材料を同時に成形します。これにより、内部に小さな空気の隙間のみしか残らず、インダクタンスの飽和を防止します。したがって、このタイプのインダクタは、磁力線のオーバーフローがほとんどありません。
図1は、3種類すべてのインダクタを示してまとめたものです。
図1 : インダクタの分類
MPQ4420との実用的な実験
MPQ4420評価ボードを使用して実行する実験を考えてみましょう。インダクタの下に銅層を配置することをシミュレーションするために、接地された銅シートをインダクタの近くに配置しました。誘導電流リップルを測定して、インダクタの下に銅を配置した場合の影響を評価しました。
実験結果は、銅がアンシールドインダクタの近くに配置された場合、ピーク誘導電流が約8％増加することを示しました (図2を参照)。他のインダクタを使用した場合、インダクタ電流のピークピーク値はほぼ一定のままでした。
図2 : MPQ4420評価ボードによる検証実験
この実用的な実験により、インダクタの下部に銅を配置しても、シールドされていないインダクタにはわずかな影響しか及ぼさないことが証明されました。どちらのシールドインダクタでもインダクタンスはほとんど変化しません。
インダクタの下に銅を配置する利点
インダクタの底に銅を配置すると、インダクタまたは他の高周波回路によって生成された磁場が銅層に渦電流を生成します。この電流は、電磁シールドが磁場の下向きの伝達をブロックするのと同じように、元の磁力線を弱めます。他の部品への高周波磁界の影響を減らすことが重要なため、EMIテストでは全体的な影響を考慮する必要があります (図3を参照)。さらに、EMIフィルタ部品とコネクタを背面に配置して、EMI性能をさらに最適化できます。
図3 : 高周波磁場をオフセットするためのボルテックス効果
MPSインダクタ
MPSは、インダクタンスの範囲が0.33µH〜22µHで、飽和電流が0.8Aから64Aの、セミシールドとモールドインダクタの 両方を提供します。MPL-SEシリーズは、 MPL-SE2512-4R7、MPL-SE2512-220、MPL-SE4030-150、およびMPL-SE5040-R47などのセミシールドインダクタを提供します。これらは外磁型のエポキシ樹脂を使用して磁気特性を強化します。
PL-ALシリーズは、フラットワイヤ設計で低DCR/ACRのモールドインダクタを提供します。これらのインダクタには、MPL-AL4020-R47、MPL-AL4020-2R2、MPL-AL6060-6R8とMPL-AL6050-R82を含みます。フラットワイヤモールドインダクタは、ラウンドワイヤモールドインダクタと比較して、より高い定格電流を実現します。
結論
結論として、EMIを改善できるため、EMIテストには銅の積層を推奨します。インダクタンスに関しては、銅は基本的にシールドインダクタに影響を与えないため、銅の積層はシールドインダクタにのみ推奨されます。
インダクタへの銅の影響が最小限であることを考えると、アプリケーションや必要な仕様に応じて銅を使用するかどうか決定するのは、最終的には技術者次第です。
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