自作プリント基板で電源作成！(4) - 半導体事業

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設計アナログ電源 Analog Devices

波形観察

効率を測定したところ、レビュー前基板（白基板）の一部で効率が急激に低下する現象が確認されました。

今回はその原因を考えていきます！

レビュー前基板（白基板）とレビュー後基板（黒基板）は基板パターンのみが異なります。

詳細は、「自作プリント基板で電源作成！(2)」に記載してあります。

まず初めに、白基板で効率が急激に落ちている36V-1.5A付近の波形を観察しました。

波形は、上から順に「出力ノードの電圧」「入力ノードの電圧」「スイッチングノードの電圧」です。スイッチングが途中で途切れていることがみてとれますね。これが効率低下の原因かもしれません。

スイッチング停止の仮説

スイッチング動作が突然停止する原因としては、以下の4つの可能性が考えられると思います。

　・過電流保護 (OCP)：負荷電流が許容範囲を超え、保護回路が作動してスイッチングが停止した。
　・過電圧保護 (OVP)：出力電圧が規定値を超え、過電圧保護が作動してスイッチングが停止した。
　・過熱保護 (OTP)：コンバーターが過度に発熱し、サーマルシャットダウンが作動した。
　・入力電圧低下 (UVLO)：入力電圧が規定の下限を下回り、スイッチングが停止した。

まず、OCP、OVP、UVLOについては、電圧や電流がいずれも制限に達していないことが確認できたため、これらの原因は排除しました。さらに、過電流保護 (OCP) が作動した際の波形と比較しても、特徴が一致しませんでした。

残る可能性は「サーマルシャットダウン」です。では、どのようにしてサーマルシャットダウンが原因だと断定できるでしょうか？

原因はサーマルシャットダウンなのか？

そもそも「サーマルシャットダウン」は、どのような時に発生するのでしょうか？

データシートによると、IC のジャンクション温度が 150℃ を超えた時に、保護機能としてサーマルシャットダウンがかかると書かれています。ということは、IC のジャンクション温度が 150℃ に達しないように冷却すれば、サーマルシャットダウンは防げるはずです！

さらに、冷却することでスイッチングが途切れる現象がなくなれば、サーマルシャットダウンによる問題だったと確認できます。この仮説を検証するためには、基板全体を冷やしながら波形を観察する必要があります。そこで役立つのが「恒温槽」です。恒温槽は、内部の温度を設定範囲内で一定に制御し、材料や製品の温度試験、特性評価、または保管などに使用される装置です。

恒温槽での測定

上記のように基板をケースに入れて、恒温槽内に設置しました。恒温槽内の温度をｰ10℃に設定して波形を測定しました。

室温環境下と波形を比べた結果が以下になります。

室温環境化は起動から10秒程度でスイッチングの停止が観測されましたが、-10℃環境下では起動から3分経過後も途切れることなくスイッチングされていますね！

これでサーマルシャットダウンが原因だと突き止めることができました！

次回は、2つの基板間で生じた効率の差について、さらに掘り下げて考察していきます。
どのような要因が影響しているのか、詳しく見ていきますのでお楽しみに！