電源ICこのトピックには18件の返信が含まれ、2人の参加者がいます。4 年、 9 ヶ月前に 
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LM3478MM_過負荷時について
デバイス型番：LM3478MMKM3478を使用した電源仕様としては、
入力電圧5.5V～13V
出力電圧 24V です。この電源の負荷を大きくしていくと添付①波形のような、異常発振動作がみられました。
原因は何だと考えられますでしょうか？下記ご参考ください。
・入力電圧が 13V より 5.5Vの方が異常発振が発生しやすい。
・Vin端子のセラコン容量を 大きくすると発生しにくくなる。(0.1uF → 2.2uFまで検討)
・添付②波形は異常発振が起きている際のVds発振波形と ICの Vin端子電圧です。波形は 青色が Vds , 水色が IC Vin電圧 です。
以上、よろしくお願いします。
追加補足になります。
過電流検出抵抗を大きくすると、異常発振しにくくなりました。
10mΩ → 22mΩまた、ISENのコンデンサ容量を大きくすると、異常発振しにくくなりました。
Isen端子のコンデンサ容量に推奨値があったら教えてください。以上、よろしくお願いします。
wdwune様
お問い合わせ頂きましてありがとう御座います。
直感的には
A) Vinの供給源の出力インピーダンスが大きく、スイッチング毎にVinが振られる
B) Qgの大きなFETを使用しており、Vin低下時にはCinの電荷が十分になく、スイッチング毎にVinが振られる
C) Vin低下時にはDutyが広がり、50%を超えるため、電流モード特有のサブハーモニック現象が起きている
の3つが考えられます。A,Bは凡そ似た内容であり、Cinを増設することで緩和することができます。
Cは電流モードという制御系固有の現象であり、Dutyが広がり過ぎないよう、作り込む必要が御座います。。
サブハーモニックに関しましてはデータシートp13、「7.3.2 Slope Compensation Ramp」を御参照ください。ご参考になれば幸で御座います。
Polnaref
入力電解コンデンサを 1500uF → 2000uFまで上げてみましたが
効果がみられませんでした。また、サブハーモニック現象について
データシートより算出した 値が 0.047 << 1 ということで十分マージンを持っていると思われるため、
サブハーモニック現象が原因ではないと思われます。
ちなみに定数としては Fs=120kHz , L=15uH , Rsen=10mΩ です。現在、Isen端子の容量 Csn=0.01uF 大きくすると改善がみられる状況です。
Csnの容量0.047uFを使用しようと思っているのですが、問題はありませんでしょうか？また、今回の内容も踏まえ原因は何が考えられるでしょうか？
以上、よろしくお願いします。
wdwune様
電流スロープ補償が足りていないものと思われます。
>> Isen端子の容量 Csn=0.01uF 大きくすると改善がみられる状況です。
Cを追加することで電流検出の経路にLPFが構成され、電流検出のスロープに対し余裕ができたものと考えます。
応答は遅くなりますが、帰還系としましては安定方向に向かったものと思われます。
確認手段としてはボード線図の測定が有効と存じます。>> Csnの容量0.047uFを使用しようと思っているのですが、問題はありませんでしょうか？
ICと致しましては、問題御座いません。ご参考になれば幸で御座います。
Polnaref
電流検出のスロープに対し余裕ができたというのはどういうことでしょうか？
また、容量が低い場合添付波形のように、FETの起動時、停止時にIsen端子電圧が急峻な変動を起こします。
これはどういったことによるものなのでしょうか？
(青色:Vgs / 水色:Isen端子電圧)ご回答いただけたらと思います。
以上、よろしくお願いします。
Attachments:
wdwune様
>> 電流検出のスロープに対し余裕ができたというのはどういうことでしょうか？
データシートp14に以下の記述が御座います。「For more flexibility, slope compensation can be increased by adding one external resistor, R SL , in the I SEN ‘s path. Figure 23 shows the setup. The externally generated slope compensation is then added to the internal slope compensation of the LM3478. When using external slope compensation, the formula for S e becomes:
It is a good design practice to only add as much slope compensation as needed to avoid sub-harmonic oscillation. Additional slope compensation minimizes the influence of the sensed current in the control loop. With very large slope compensation the control loop characteristics are similar to a voltage mode regulator which compares the error voltage to a saw tooth waveform rather than the inductor current.」
LM3478はリリースが2000年と古く、応答速度はそれほど早くありません。そのため、スイッチング毎に急峻な電流の変化があった場合、帰還系において追従できず、正常な動作ができなくなる可能性が御座います。そのため実際の電流波形よりやや緩慢な電流波形に加工することで、安定的な動作にすることができます。
副作用と致しましては、応答性が悪くなるため、出力電流の急峻な変化が発生した場合、出力電圧が振られ、収束するまで時間を要します。過電流発生からTripまでの時間が伸びます。
>> 容量が低い場合添付波形のように、FETの起動時、停止時にIsen端子電圧が急峻な変動を起こします。
Vinそのものが低下しているのではないでしょうか？
御確認頂きたく存じます。ご参考になれば幸で御座います。
Polnaref
ご回答ありがとうございます。
つまり、Isen端子容量を大きくしたことで、安定的な動作となったということでしょうか？
＞＞Vinそのものが低下しているのではないでしょうか？
添付①の波形にVin端子とIsen端子電圧を示します。Vin端子電圧は影響していないと考えます。また、Isen端子容量を大きくすると添付②の波形のように
Isen端子電圧に急峻な変化が起こらなくなります。この改善は、動作の安定性によるものなのでしょうか？
以上、よろしくお願いします。
(3枚目の画像は誤って添付してしまいました。無視して考えてください。)
wdwune様
申し訳ありません。「容量」を「Cin」と勘違いしておりました。
>> 容量が低い場合添付波形のように、FETの起動時、停止時にIsen端子電圧が急峻な変動を起こします。
FETのDrainから流入する電流波形と、電流検出抵抗で観測される電流波形は、寄生容量及び寄生インダクタンスにより、完全に一致することは御座いません。コンデンサの増設によりそれら寄生成分が吸収されたものと思われます。>> つまり、Isen端子容量を大きくしたことで、安定的な動作となったということでしょうか？
その御理解で結構です。
Lを上げることでも同様の結果となります。>> Isen端子電圧に急峻な変化が起こらなくなります。
>> この改善は、動作の安定性によるものなのでしょうか？
寄生容量からの放電や寄生インダクタンスによるサージ成分を増設したコンデンサが吸収したためと思われます。ご参考になれば幸で御座います。
Polnaref
ご回答ありがとうございました。
波形が乱れているのは寄生容量と寄生インダクタンスによるもの
ということなのですね。今回の異常発振の原因は
波形の乱れにより、Isen端子電圧にかかるノイズレベルが、ラッチ閾値を超え発生したものと考えられました。ありがとうございました。
すみません、1点確認なのですが
Vsl電圧(内部補償ランプ電圧) 以上のノイズが入ってきた際には
ブランクアウト時間を考えずICをリセットすると思っているのですが、間違っていますでしょうか？間違っていた場合、最小ON時間とブランクアウト時間はは形状でも一致するはずでしょうか？
以上、よろしくお願いします。
wdwune様
データシートp11、Fig20に記載されております様に、FETターンオンから325nsec間は、電流検出抵抗の電圧は無視されます。
ターンオン直後のサージは珍しいものではなく、その対策の為です。>> 間違っていた場合、最小ON時間とブランクアウト時間はは形状でも一致するはずでしょうか？
最小ON時間とブランクアウト時間はイコールとなります。ご参考になれば幸で御座います。
Polnaref
ご回答ありがとうございます。
そうした場合、添付波形(青色:Vgs/水色:Isen)のように異常発振している理由として
Isen端子電圧によるものではないと考えられるということになるのでしょうか？個人的には、異常発振の発生タイミングにおいて電圧が Vsen + Vsl(typ.92mV)を超えているため
これが影響していると思っておりました。。。これらを踏まえ、原因は何だと考えられるでしょうか？
以上、よろしくお願いします。
wdwune様
データシート「7.3.4 Short-Circuit Protection」に
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When the voltage across the sense resistor measured on the I SEN pin exceeds 343 mV, short circuit current limit protection gets activated.
A comparator inside the LM3478 reduces the switching frequency by a factor of 5 and maintains this condition until the short is removed.
In normal operation the sensed current will trigger the power MOSFET to turn off.
During the blanking interval the PWM comparator will not react to an over current so that this additional 343 mV current limit threshold is implemented to protect the device in a short circuit or severe overload condition.
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と記載されております通り、Isenピンの電圧が343mVになった際に、強制的に「過電流」と判定いたします。>> 原因は何だと考えられるでしょうか？
右半平面のゼロかもしれません。
LとCoutを大きくし、fswを下げることで上記症状が緩和した場合、その可能性が大きいと思われます。Polnaref
ご回答ありがとうございます。
ショート保護においてブランクアウト時間を無視できるということでしょうか？
原因として、右半面のゼロというのはどういうことでしょうか？
詳しく教えていただけたらと思います。以上、よろしくお願いします。
