月: 2022年8月

電圧モードの自励発振式D級アンプの積分回路に使用するオペアンプをコンパレータ（シュミットトリガ）として動作させると、使用できないオペアンプもあるので設計上の考慮事項をまとめておきます。

こちらのリンクが参考になります。

オペアンプをコンパレータとして使用する際のヒント

オペアンプをコンパレータとして構成する場合の考慮事項：

1. 差動入力クランプ・ダイオード（背面結合ダイオード）の有無
2. 入力同相モード電圧
3. 伝播遅延
4. 過負荷回復時間
5. スルー・レート

例としてLT1213のデータシートから図表を引用します。

まず、等価回路図で差動入力クランプ・ダイオードがないことを確認します。-INがQ1のベースに、+INがQ2のベースに直結されていて、クランプダイオードがありません。

次に、入力同相モード電圧は、V+-1.5VからV-の範囲にすべきと記載があります。

過負荷回復時間に関しては、伝播遅延は17ns、オーバードライブ電圧に対するコンパレータの応答時間の変化も載っています。

アプリケーション波形としては、Vs=+-5Vにおいて、オーバードライブが+-50-10mVの矩形波の入力（緑）に対して、+-280mVの三角波（赤）を1.8V/usのスルーレートで出力して、無信号時は自励発振しています。

結論として、差動入力クランプ・ダイオードがないことの確認、入力同相モード電圧範囲、スルーレートに注意が必要となります。

また、高精度オペアンプはクランプダイオードを実装しているものが多いようです。

MOSFETの寄生発振条件をまとめておきます。

こちらのアプリケーションノートが参考になります。

パワーMOSFET 寄生発振、振動

例として次の2つのMOSFETを取り上げます。

IRF200B211

IRFP250N

まず、アプリケーションノートの図2.21を引用しておきます。

アプリケーションノートの式(12）が発振条件で、

gm >= (Cgs/Cds)/R3

となって、R3(ドレイン・ソース間等価抵抗)はRg(ゲート抵抗）に反比例となっています。

具体的な数値例を挙げておきます。

IRF200B21: gfs=13S, Ciss=790pF, Coss=62pF, Crss=21pF

gm=gfs=13, Cgs/Cds=(Ciss-Crss)/(Coss-Crss)=(790-62)/(62-21)=18.8

IRFP250N: gfs=17S, Ciss=2159p, Coss=315p, Crss=83p,

gm=17, Cgs/Cds=(2159-83)/(315-83)=8.95

となって、仮にR3=1Ωとした場合、IRF200B21は発振条件を満たしませんが、IRFP250Nは発振条件を満たすことがわかります。

実際のD級アンプの設計では、ゲート抵抗の値とデッドタイムは出力LPFのインダクタに依存するため、発振しない十分大きなゲート抵抗値でデッドタイムを決定する形になります。