D級アンプのPCBレイアウト

D級アンプのPCBレイアウトで考慮すべき点をまとめておきます。

資料としてはこちらが参考になります。

AN139 電源レイアウトとEMI

AN136 非絶縁型スイッチング電源のPCBレイアウトにおける考慮事項

PFCやLLCコンバータのレイアウトにも役に立つポイントがたくさん載っているので、おすすめのアプリケーションノートです。

まず、AN139から降圧コンバータのホットループの図を引用します。

降圧コンバータのホットループ

D級アンプはトポロジーとしては降圧コンバータなので、EMIの原因となる緑のホットループ(Cin, S1, S2)を最小化します。

具体的なPCBレイアウトの例として、AN136から図を引用します。

降圧コンバータのレイアウト例

実際のシングルエンドで両電源のD級アンプだと、出力側の連続電流はプッシュプルでVoutの-とPGNDの電位が異なります。

次に、ゲート・ドライバの図を引用します。

ゲート・ドライバのレイアウト例

基本的にゲートドライバの配線はループ面積が最小になるようにしますが、PGNDプレーンがあれば、ボトムサイドのリターン電流は自動的にAC結合するとあります。

実際のD級アンプで出力側が両電源の場合、PGNDの電位はマイナスになります。

次に、電流検出の図を引用します。

電流検出のレイアウト例

ケルビン検出(Rsense)のための配線のループ面積を最小にして、VIAからノイズを拾わないように注意となっています。

実際の電流モードのD級アンプでもLPFの出力の電流検出を行っています。

最後に、信号とパワーのグランドの分離の図を引用します。

実際のシングルエンドのD級アンプでは、信号グランドと出力のグランド(両電源の中点電位)の分離になります。PGNDに対しては絶縁かレベルシフトになります。

D級オーディオ用ゲート駆動回路のプリント回路基板レイアウト

アプリケーション・ノート: AN-1135
D級オーディオ用ゲート駆動回路のプリント回路基板レイアウト
を読んでいて気が付いたことをまとめておきます。

電流ループと接地プレーンの考察が特に参考になります。

目次より:

0 はじめに

0-1 プリント回路基板とD級オーディオ特性
0-2 部品の配置
0-3 電流ループ
0-4 共通インピーダンス

1 D級パワー段のレイアウト

1-1 主要部品の配置法
1-1-1 配置が特性の最大化を決める
1-1-2 雑音の考察
1-1-3 熱的考察
1-1-4 主要部品の配置

1-2 ゲート駆動段のレイアウト法

1-2-1 MOSFETのゲート駆動の電流ループ
1-2-2 ゲート駆動信号の配線のレイアウト法
1-2-3 バイパス・コンデンサの配置

1-3 MOSFETと電力経路のレイアウト法

1-3-1 電力経路の電流ループ
1-3-2 過電流検出
1-3-3 共通インピーダンス

2 接地の2つの概念

2-1 スター接地の考え方
2-2 接地プレーンの考察
2-3 シールド