ソフト・スタートの大部分で2次側が電源を制御するようにさせる方法

ADP1074のソフトスタートの1次側と2次側の

ハンドシェイクがうまくいかない場合は、

2次側の電源をチョークコイルから取るようにするとよいようです。

 

AN-1454にも回路図が出ているのですが誤りがあり、

UG-1115の回路図などを見るとよくわかります。

 

1次側の電流モードのオープンループ制御で、

3次巻線としてチョークコイルを利用し、

2次側を3.5V以上に短時間でプリチャージするということのようです。

 

同期整流用MOSFETのアバランシェ耐量

同期整流用のMOSFETはコイル(誘導性負荷)に対して、

スイッチングを行うため、

大きなスパイクが発生します。

 

そのため、ブレークダウン電圧を超える

スパイクに対する考察が必要になる場合があります。

 

その場合の指標が、アバランシェ耐量になりますが、

データシートの見方が複雑なので、

まとめておきます。

 

以下の資料が参考になります。

The Selection of MOSFETs for DC-DC-Converters

 

また、比較のために次の2つの耐圧300VのMOSFETのEASをあげておきます。

IRFB4137: EAS=400mJ

IPP410N30N: EAS=240mJ

SPICEモデルにもよりますが、

シミュレーションの過渡解析では、

ブレークダウン電圧を超えたあたりで、

スパイク電圧がクリップするような動作になるようです。

 

EASの範囲内のスパイクのエネルギーであれば、

最終的には、熱的破壊に至るかどうかが判断のポイントのようです。

 

また、MOSFETの構造がプレーナ型かトレンチ型かによっても、

EASが大きく異なるようです。

 

電源回路のソフトスタート

ADP1074のソフトスタートに関してまとめておきます。

以下の資料が参考になります。

ソフト・スタートとソフト・ストップの問題

13章電源回路のソフトスタートの話起動時のラッシュ電流

 

具体的な問題として、

ADP1074を用いた正負電源の起動時に

2次側の同期整流のドライバとしてLTC4446

2つ起動しようとすると、

負荷電流が増大してうまく起動しないようです。

そこで、SS1, SS2の容量をそれぞれ1uF, 2.2uFに増大させたところ、

SPICEシミューレーションでは、

150msほどで、出力が+-50Vになるまで、

同期整流を開始させずに、

ソフトスタートするようになりました。

このあたりは、実回路の挙動をみながら、

シミュレーションで確認してみるしかないようです。

 

なお、同期整流用のMOSFETの耐圧は300V必要なようです。

Infineonだと、このあたりでしょうか。

IRFB4137PBF

IPP410N30N

 

正負電源のラッチダウン

3端子レギュレータで正負電源を構成するときは、

ラッチダウン防止のためにSBDを保護回路として入れるように、

データシートに記述があるので認識していましたが、

同期整流で正負電源を構成するときも必要になるようです。

 

実際、フォワードコンバータによる正負電源の起動時に、

耐圧の異なる同期整流用のMOSFETが

フォワード用とフリーホイール用のいずれも、

正側だけ飛んでしまったので、

ラッチダウンと判断しています。

 

というわけで、正負電源のラッチダウンに関する資料をまとめておきます。

電源回路のトラブル事例と対策

三端子レギュレータについて

リニアレギュレータの逆電圧保護

アプリケーションノート YDSV500シリーズの原理と応用 非絶縁DC-DCコンバータ

ADP1074を用いた電源のパラメータ設計

ADP1074を用いてハイサイド・アクティブクランプ・

フォワードコンバータを設計する際のポイントをまとめておきます。

AN-1454 アプリケーション・ノートも参考にしてください。

 

LT Spiceの回路図はこちら。

電源起動時の過渡解析の結果

(緑:正側出力(+50V), 茶:SS1, シアン:(FB), 赤:(SS2), 黄土(Comp))

はこちら。

 

まず、ソフト・スタート手順の

1次側と2次側のハンドシェークの条件を満たすためには、

SS1とSS2のコンデンサの容量を調整する必要があります。

シミュレーションでは起動後29-30msの期間に、

SS1の電圧が600-800mVの間にあるように調整する必要があります。

また、SS1とSS2の電流レートが2倍程度異なるので、

容量比を2倍程度にすると、一様に電圧が上昇していきます。

 

なお、最終的には、SS2とFBの電圧が1.2Vを超えた時点で、

強制的に2次側に制御が移るとデータシートには、

記述があります。

一方で、ハンドシェーク後にSS1の電圧は0Vになるという記述が

データシートにはありますが、

SPICEモデルでは、5Vまで上昇し続けます。

 

次に、FBおよびCompによるエラーアンプのループ補償ですが、

ゲインを10dB(3倍)程度に設定しないと、

適切なレギュレーションが得られません。

なので、まず、FBの上側(出力電圧)の抵抗値を決めて、

Compの抵抗値をその3倍程度に設定します。

その後、スイッチング周波数に応じて

Compの容量値をスケールするように設定します。

 

続いて、スロープ補償ですが、

デッドビート(k=1)で設定すると、

Compが大きく振れて電流制限にかかるため、

ノーマル(k=0.5)で設定しています。

 

1次側のデッドタイムは、154nsに設定しないと、

ハイサイド・アクティブクランプのための

位相反転やハイサイドドライバの伝播遅延が大きいため、

PGATEがラッチしてしまうようです。

 

最大デューティ・サイクル(Dmax)は、十分大きく設定しないと、

起動時や高負荷時にヒカップモードに移行してしまうようです。

なので、巻線比は0.6ですが、Dmaxは90%に設定しています。

 

軽負荷モード(Mode)は、3つの状態が設定できるようです。

具体的には、

LLM(常時ボディダイオードによるダイオード整流)、

スレッショルド(軽負荷時は非同期整流、重負荷時は同期整流)、

CCM(常時同期整流)の3つになります。

 

なお、スレッショルドはCSの状態によるので、

ランプ補償の設定抵抗の影響を受けます。

 

最後に、同期整流用MOSFETの耐圧ですが、

フリーホイール・ドライバ側(SR2)は2次側のトランス出力電圧とサージ電圧ですが、

フォワード・ドライバ側(SR1)は1次側の電圧とサージ電圧になるようです。

なので、150V耐圧のIPP076N15N5, IPP075N15N3

などを選択しています。