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スイッチノードリンギングの原因と対策：広い入力電圧範囲の高速DC-DCコンバーターで発生する（5/6 ページ）

» 2016年04月26日 11時30分公開

[Vijay Choudhary（Texas Instruments），EDN]

スナバ回路

　スナバ回路（図6）は、リンギングのピークとともにエネルギーを減衰させる。スナバ回路の働きは、スイッチング電流ループ内の寄生インダクタンスとMOSFETの出力容量よって構成されるLCタンク（の共振）を減衰せることだ。図8は、適切に設計されたスナバ回路によってスイッチノードスパイクとともに振動回数が減少することを示す。「参考資料（2）」には非絶縁コンバーター用のRCスナバ回路の選択肢が記載されている。

図8：適切に選択したスナバ回路を使って、SW2ノードの負のスパイクおよびリンギングを減少させる

FETの選択

　MOSFETの特性が異なれば、スイッチノードリンギングの周波数とピークに著しい影響がある。

　リンギングに影響するMOSFET特性は、ボディーダイオードの逆回復電荷、出力容量C_OSSだ。加えて、MOSFETのゲート電荷（Qg）がMOSFETのターンオンとターンオフの時間を決める。小さいQgはより高速のターンオフを意味し、より大きいスパイクをもたらす。

レイアウト

　電力段のレイアウトは、良好なスイッチングコンバーターを設計するための最重要な要素の1つだ。スイッチング電流ループの寄生インダクタンスがリンギングの原因になるので、それを最小化することがDC-DCコンバーターのレイアウトに対する常に主要な目標だ。図9において、MOSFETのQL2とQH2、バイパスコンデンサーC_OUTおよびセンス抵抗RSENSEのループ面積がスイッチング電流パスを構成する。このループ（図9では緑色で表示）は可能な限り小さくすべきであり、そのためにはループ構成要素を多層板の広いトレースで接続することだ。図9は、昇降圧電力段のレイアウト例を示し、昇降圧電力段でdi／dtの高くなるループをハイライト表示している。

　最適化すべき次に重要な要因は、ゲートドライバのトレース長だ。ゲートドライバの進行用と帰還用のトレースは、広くし、並行配置することが望ましい。加えて、ブートストラップ用バイパスコンデンサーは、ドライバのBOOTとSWピンへのスパイクを防止するため、ドライバICのできるだけ近くに配置すべきだ。