電源設計において、スイッチングとリニアレギュレータの選択はどうすべきか？

2009/08/17 18:26

このQ&Aのポイント

基板FR-4 1.6t 両面基板放熱フィン無し、部品高さ20mmMAXの条件下で、Vin=32V Vout=24V 300mAの出力電源を作りたいと考えています。熱と部品コストを考慮すると、スイッチングかリニアレギュレータのどちらが適しているのか迷っています。
もしスイッチングレギュレータを選ぶと、高効率かつ小型化が可能になりますが、ノイズやEMIが発生する可能性があります。一方、リニアレギュレータは安定性が高く、ノイズやEMIの心配が少ないですが、効率は低くなります。
また、ツェナー＋トランジスタの組み合わせも考えられますが、その場合はどのような特徴や利点があるのでしょうか？どのオプションが最適なのか、アドバイスをいただけると幸いです。

noname#230358

電気設計
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noname#230359

2009/08/18 05:41 回答No.2

方式選定の考え方は既に回答が付いていますので、ここでは熱的な検討結果のみお知らせします。例えば、銅箔(35μm）ベタパターンのサイズ□40×40基板の中央に発熱部品を実装し、基板表裏ともに通風が確保されるような構造の時、（放熱器を使わずに、基板の放熱性のみに頼った放熱設計の場合です）実装部品から周囲までの熱抵抗はざっくり見積もって35K/W程度です。発熱部品の発熱量をリニアレギュレータと仮定して、（Vin－Vout）×Iout＝2.4Wとみると、　温度上昇は35K/W×2.4W＝84K 基板が収容される筐体内温度を50℃と考えると、発熱部品の動作温度（基板実装部）の温度は、50℃＋84K＝134℃となります。ジャンクション温度は、半導体パッケージ内の熱抵抗によって134℃より高くなりますので、最大定格を超えてしまうでしょう。発熱部品の発熱量をスイッチングレギュレータ（効率85%)と仮定して、 (１－効率)×Vout×Iout＝1.08Wとみると、　温度上昇は35K/W×1.08W＝38K 発熱部品の動作温度（基板実装部）の温度は、50℃＋38K＝88℃となります。常識の範囲内の動作温度に収まるようです。（いくつもの仮定を重ねていますので、実際の設計条件で検証は必要です。）スイッチングレギュレータの場合、発熱部品は１個ではなく、スイッチ素子ダイオード、コイルなどに分散されるので、上記計算より有利な方向です。発熱部品が実装されるパターンを可能な限り広げて、基板からの放熱を確保するように設計するのであれば、スイッチングレギュレータの場合は放熱器なしの実装が成り立つ可能性ありとみました。

質問者