電源起動時の問題と起動時間の重要性について

電源起動時の問題と起動時間の 重要性について ver.1 © 2021 Macnica, Inc. www.macnica.co.jp © 2021 Macnica, Inc.

電源起動時の問題と起動時間の重要性について 目次 1. はじめに ......................................................................................................................................................................... 3 2. 問題の症状 .................................................................................................................................................................... 3 3. 問題の原因とメカニズム ............................................................................................................................................... 4 4. まとめ .............................................................................................................................................................................. 4 改版履歴 ................................................................................................................................................................................. 5 © 2021 Macnica, Inc

電源起動時の問題と起動時間の重要性について 1. はじめに 降圧型のDC/DCコンバーターの起動不具合の一つに、ソフトスタート設定が原因であるものがあります。このア プリケーションノートでは、電源起動時の注意点とソフトスタート設定時間の目安について説明します。 2. 問題の症状 ある電源 IC メーカーの DC/DC コンバーターの回路図です（図１）。デジタル回路の電源シーケンスが 10msec 以内に複数電源を立ち上げる為、150usec で立ち上がる様にソフトスタート(SS)ピンに接続するコンデンサーの容 量を調整しました。その結果、図 2の赤丸点線部のような出力電圧が単調増加しない結果となりました。 図１ ： 降圧DC/DCコンバータ回路図 入力電圧 SW波形（緑） 出力電圧（青） インダクター電流（水色） 図２ ： 起動時の波形 © 2021 Macnica, Inc

電源起動時の問題と起動時間の重要性について 3. 問題の原因とメカニズム 波形を見ると、インダクター電流が大きく流れた（赤矢印）後に、出力電圧が低下していることが分かります。 これ は、電源の起動時にラッシュ電流が流れている状態です。この時のラッシュ電流が大きいため、電源 IC の電流制限に 到達し、電源 IC がスイッチングを止めたために出力が下がっています。電流制限が解除されると再度、正常動作をす るため出力電圧が上昇し始めますが、再度電流制限に掛り電圧が下がります。この動作を繰り返して、出力電圧が設 定電圧に到達すると、ラッシュ電流が電流制限に掛らないレベルで安定し、最終的にはラッシュ電流も流れない状態に なり電源としては安定動作に移行しています。 ラッシュ電流は、出力コンデンサーや出力に繋がっている IC に流れ込む電流になります。電源立ち上がり時に必ず 発生します。ラッシュ電流の大きは、出力コンデンサーや出力に繋がっている ICにも依存しますが、電源設計で注意す べき点は、電源の立ち上がりスピードによってラッシュ電流の大きさが変わる点です。したがって、ソフトスタート回路の 設定が重要になります。 図３ ： DC/DCコンバーターは起動時にラッシュ電流が流れる 今回の事例で考えてみると、出力電圧設定が 6V で出力コンデンサーが 470uF でした。Q=CV の計算式で考えると、 Q = CV = 470μF×6V = 2820 (μC) となります。 今回、150μsecで立ち上げようとしましたので、I(t)=dQ/dtの式から、 I＝2820μC÷150μsec=18.8(A) となり、18A以上の電流が出力コンデンサーの充電に必要となります。 これにデジタ ル ICなどの負荷にも電流が流れるため、実際には 20A程度必要になっていると推測できます。 今回の電源 ICの電流制限が 6Aでしたので、仮に 5Aの定電流で出力コンデンサーを充電すると考えると、T=dQ/di の式から、T=dQ/di=2820μC÷5A＝564μsec が出力コンデンサの充電時間として必要になります。従って、電源の立 ち上げ時間としては、デジタル回路に流れる電流などを考慮すると 1~2msec くらいを立ち上げ時間としてソフトスタート 用コンデンサーを選定して電源を立ち上げる必要があったと言えます。 4. まとめ 今回の現象は、電源 ICやModuleに共通する問題です。FPGAやDSPが複雑な電源シーケンスを要求する為、デ ジタル回路のタイミング・マージンを持たせるのと同様の考えで、電源を急峻に立ち上げタイミング・マージンを稼ごう と考えてしまいました。 しかし、電源を急峻に立ち上げるとラッシュ電流が大きくなる為、ラッシュ電流が流れること により電源の出力電圧は単調増加ではない結果となりました。この現象が更に悪化すると、最悪は電源が起動しな い様な問題を抱えることになります。要求される電源シーケンスを守りながら、電源 ICのソフトスタート機能について 各電源 ICのアプリケーションノートを見ながら適正な立ち上げ時間を設定するようにしてください。 © 2021 Macnica, Inc

電源起動時の問題と起動時間の重要性について 改版履歴 Revision 年月 概要 1 2016年 7月 初版 免責およびご利用上の注意 弊社より資料を入手されましたお客様におかれましては、下記の使用上の注意を一読いただいた上でご使用ください。 1. 本資料は非売品です。許可無く転売することや無断複製することを禁じます。 2. 本資料は予告なく変更することがあります。 3. 本資料の作成には万全を期していますが、万一ご不明な点や誤り、記載漏れなどお気づきの点がありましたら、本資料を入手されました下記代理店までご一報いただければ幸いです。 株式会社マクニカ ホームページ: https://www.macnica.co.jp 4. 本資料で取り扱っている回路、技術、プログラムに関して運用した結果の影響については、責任を負いかねますのであらかじめご了承ください。 5. 本資料は製品を利用する際の補助的な資料です。製品をご使用になる際は、各メーカ発行の英語版の資料もあわせてご利用ください。 © 2021 Macnica, Inc