高周波PCB技術 - スイッチモードPCBでは、インダクタンスはどこに置けばいいですか？

まずPCB設計中、コイルはどこに置くべきですかという問題を考えてみてください。

電圧変換のためのスイッチングレギュレータは、インダクタンスを使って、エネルギーを一時的にメモリします。これらのインダクタンスのサイズは通常非常に大きく、スイッチングレギュレータのプリント基板（PCB）レイアウトに位置を配置しなければなりませんが、この任務は難しくありません。インダクタンスを通過する電流は変化する可能性があるが、瞬間的に変化するわけではないからだ。変化は連続的である可能性があり、通常は比較的緩やかです。

スイッチングレギュレータは2つの異なる経路の間で電流を往復切替します。この切り替えは非常に速く、具体的な切り替え速度は切り替えエッジの持続時間に依存します。スイッチ電流が流れる引き廻し線は熱回路または交流電流経路と呼ばれ、一方のスイッチ状態で電流を伝導し、他方のスイッチ状態で電流を伝導しません。PCBレイアウトでは、熱回路の面積を小さくし、経路を短くして、これらの引き廻しにおける寄生インダクタンスを製限的に小さくしなければなりません。寄生走線インダクタンスは無駄な電圧失調を生じ、電磁妨害（EMI）を引き起こします。

図1.降圧変換用のスイッチングレギュレータ（破線で示すような重要な熱回路付き）。

図1のようには、重要な熱回路が破線で示されている降圧調整器を表示します。コイルL 1は熱回路の一部ではないことが分かりました。したがって、このインダクタンスの配置位置は重要ではないと仮定することができます。インダクタンスを熱回路の外に位置させるのは正しい作り方です。しかし、いくつかのルールに従うべきです。

インダクタンスの下（PCBの表面或いは下もだめ）、内層またはPCBの裏面に敏感な製御引き廻し線を配置してはなりません。電流流れの影響を受けると、コイルに磁界が発生し、結菓的に信号経路中の微弱な信号に影響します。スイッチングレギュレータでは、重要な信号経路はフィードバック経路であり、出力電圧をスイッチングレギュレータICまたは抵抗分圧器に接続します。

実際のコイルはコンデン容量効果もあれば、インダクタンス効果もあることにも注意しなければなりません。このコイル巻線は、図1に示すように、降圧スイッチレギュレータのスイッチノードに直接接続されています。その結果、コイル内の電圧変化はスイッチノードにおける電圧と同じように強く迅速です。回路中のスイッチング時間が非常に短く、入力電圧が高いため、PCB上の他の経路にはかなりの結合効果が発生します。そのため、敏感な引き廻し線はコイルから離れなければなりません。

図2.コイルセット位置を有するADP 2360降圧コンバータの例

図2は、ADP 2360のレイアウト例を示しています。本図において、図1中の重要な熱回路の標識は緑色です。図から分かるように、黄色フィードバック経路はコイルL 1から一定の距離があり、PCBの内層にあります。

一部の回路設計者は、コイル下のPCBに銅層があることさえ望んでいません。例えば、接地平面層においても、インダクタンスの下にカットが提供されます。その目標はコイル下方の接地平面がコイル磁界によって渦電流を形成することを防止します。このやり方は間違っていませんが、接地平面は一致したままで、中断してはならないという議論もあります。

遮蔽に使用される接地平面は、中断しないときに効果があります。

PCBの銅が多ければ多いほど、放熱がよくなります。

渦電流が発生しても、これらの電流は局所的にしか流れず、小さな損失をもたらし、接地平面の機能にほとんど影響しません。

そのため、接地平面層、さらにはコイルの下にも、完全な観点を維持しなければならないことに同意します。

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