電力回路の脈動電流の処理:層に流すべき？

スイッチング電源ICの基板実装技術

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脈動電流を流す層の選択

スイッチング電源ICを使用する際，脈動電流が流れる層の選択は重要です．基板設計では，以下の点に注意する必要があります：

1. スイッチング電源回路に隣接する層をグラウンド層に設定する．
2. 脈動電流ループの真下にエディ電流が発生しないよう配慮する．
3. 表層のすぐ下にグラウンド層を設け，ノイズ干渉を最小化する．

エディ電流とその影響

脈動電流が基板上で発生すると，その真下の層でエディ電流が生じます．このエディ電流は，次のような影響を引き起こします：

1. 放射ノイズの増加．
2. 隣接する配線へのノイズ干渉．
3. 回路全体の安定性低下．

最適な多層基板構造

多層基板では，各層の役割を明確に分けることでノイズ対策が可能です．例えば：

1. 表層：電力回路や信号ラインを配置．
2. 2層目と5層目：グラウンド層として設定し，シールド効果を発揮．
3. 3層目と4層目：配線層として利用し，ノイズ干渉を最小化．

エディ電流とは

エディ電流は，脈動電流によって誘導される渦状の電流です．スイッチング電源回路では，表層で発生した脈動磁場がその下のグラウンド層でエディ電流を生じさせます．この現象は放射ノイズや回路干渉の原因になります．

エディ電流対策

エディ電流による影響を抑えるためには，以下の対策が有効です：

1. 表層直下にグラウンド層を配置し，エディ電流の範囲を限定する．
2. 脈動ループ面積を最小化し，誘導磁場を抑制する．
3. 高周波特性に優れた材料を使用し，ノイズ伝播を抑える．

設計時の注意点

設計時には，ICから発生するノイズ特性や回路配置を考慮します．特にフィードバック端子や高インピーダンス部分はノイズに敏感なため，グラウンドでシールドされた領域内に配置することが推奨されます．また，多層基板では各層間で適切な距離を保つことも重要です．〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 2003年　パデュー大学大学院を卒業
• 2007年　リニアテクノロジー株式会社にFAEとして入社
• 2017年　アナログ・デバイセズ株式会社 車載ビジネス・デブロップメント・スペシャリスト．主に新製品の企画や開発に携わる

著書

1. ［VOD］小型＆高出力！高効率電源設計のためのSiC/GaNトランジスタ活用 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】，ZEPエンジニアリング株式会社．

参考文献

1. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］Before After！ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT/data］一緒に作る！LLC絶縁トランス×超高効率・低雑音電源 完全キット，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
7. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
8. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
9. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．