第9回「電源投入時の突入電流で発生する過電圧破壊」〜第3章 トラブル対策編 ゼロから学ぶDC/DCコンバータ基礎講座〜

電源の評価用基板で動作確認を行うとき、安定化電源から電源供給を開始したとたんに電源が壊れてしまったり、電源が組み込まれた製品でも電源の供給方法によっては製品が故障したりすることがあります。これは突入電流によって高電圧が発生し、半導体素子が過電圧破壊されるために起こります。発生原理を理解して予防措置を講じておくと、製品の不用意な故障を防止して信頼性を向上させることができます。ぜひ電源設計のトラブル回避に役立てて頂ければと思います。
本講座は、電源レジェンドの弥田秀昭氏を講師に招き、エンジニア向けに電源の知識をゼロから教えるDigi-Key日本オリジナルの動画シリーズ最終章「第3章 トラブル対策編」です。この第3章は全9回で構成されており、電源回路設計時に発生することの多いトラブルの原因とその対策方法について解説しています。
【DC/DCコンバータ基礎講座　第3章トラブル対策編】
　1. 降圧DC/DCコンバータの入力電流によるN次高調波ノイズ
　2. 降圧DC/DCコンバータで発生する高周波ノイズ
　3. 設計通りに立ち上がらないソフトスタート
　4. 同期整流の回生動作による過電圧破壊の発生
　5. 昇圧DC/DCコンバータで発生するトラブル
　6. 昇圧DC/DCコンバータの発振（右半平面のゼロ）
　7. 内部位相補償の電源ICの発振
　8. 負荷短絡試験時に発生するディバイス破壊の可能性
　9. 電源投入時の突入電流で発生する過電圧破壊　←←　いまココ
【第1章 原理編】と【第2章 実践編】はこちらから↓
• 【電源回路設計】〜第1章 原理編 ゼロから学...
• 【電源回路設計】～第2章 実践編 ゼロから学...
「Digi-Keyからのお知らせ」では、大好評のオンラインコミュニティフォーラム「TechForum」をご紹介します。エレクトロニクスに関する質問や知識を共有し、Digi-Keyのエンジニアやフォーラムのメンバーから問題解決のヒントや解決方法を入手できます。
- 日本語TechForumサイト : forum.digikey....
動画に関連したコンテンツも、是非ご覧ください。
- コンデンサ： forum.digikey....
- コンデンサのESR：forum.digikey....
- 突入電流：forum.digikey....
【関連Digi-Key日本語ウェブサイトページ】
- DC/DCコンバータ：
www.digikey.jp...
- コンデンサ：
www.digikey.jp...
- 固定インダクタ：
www.digikey.jp...
【講師】
弥田秀昭
1978年、半導体メーカーに入社、長年の電源回路設計の経験から電源レジェンドと呼ばれる。若手エンジニアなどに向けた電源設計セミナーにも積極的に取り組んでおり、累計の受講者はゆうに１万人を超える。長い設計経験で培った独自の解説方法は、「非常に分かりやすい」との高い評価を得ている。
▷チャプターリスト
0:00 オープニング
1:20 今回の内容
2:47 安定化電源による電源基板の評価時に発生するトラブル
4:12 セラミック・コンデンサへの突入電流
6:10 安定化電源の出力ON/OFFスイッチ
10:10 ACアダプタでのトランジェット高電圧発生
12:12 ESRの高いコンデンサによるQダンプ対策
15:55 まとめ
17:41 Digi-Keyからのお知らせ・エンディング
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[@digikey-japan]

質問いただきましたので回答致します。
Q：もう何十年も前から疑問に思い続けていた事ですが，
基板の電源入力コネクターの直近に挿入しているコンデンサーの容量値は22 µFとなっているのをちょくちょく見かけます．
今回もアルミ電解コンデンサー22 µFとして話をされています．
この22 µFという値の大きさに何か意味があるのでしょうか．
教えて頂けますと幸いです．
何十年も前からの疑問を晴らしたいです．
A：共振ダンパーとしてのコンデンサを考える場合、ある程度の容量とESRが必要となります。
必要な容量としては、突入電流を分流して電荷を蓄積する能力としては既存の入力コンデンサと同容量程度は確保する必要があります。入力コンデンサが22uFあるのに2.2μFを使用しても突入電流を分流するだけの電荷を蓄積できませんし、2.2μFレベルの電解コンデンサではESRが高すぎて位相をずらせるだけの電流が流れません。電流を流すだけなら入力コンデンサよりも大きくすれば良いのですが、合計容量が増加することに依り突入電流が大きくなってしまい、共振エネルギーの増大により電圧上昇が上昇してしまう可能性があります。さらにコンデンサのESRは容量が大きくなると低下してしまいますので、ESRの低下によりQ値を下げて共振電圧を低下させるという機能が低下してしまうことになりますのでむやみに容量を大きくしても効果がなくなります。
これらの事から共振ダンピング用の電解コンデンサとしては、容量は小さすぎず、大きすぎず、１Ω程度のESRを持つ、という事から既存の入力コンデンサの容量にもよりますが、低ESRではない普通の22μF程度の電解コンデンサが使われることが多くなります。

[@ちろりん_chirorin]

大変詳しく説明して頂きましてありがとうございます．
今後は，LTspiceで軽くシミュレーションしてみるのが安全のために良いと思いました．
それにしても共振ダンパーとしての入力コンデンサーの容量値は，
大は小を兼ねないと言うことが大変勉強になりました．
電源入力に置くコンデンサーは，共振ダンパー目的だけでは無いと思いますので
他の目的のことも考えないとイケナイのでしょうが，
共振ダンパー目的の容量値の選び方に関しては本ご説明で良く理解できたと思います．

[@hsasakiak]

セラミックコンデンサに直列に抵抗をつないでESRを上げるのかと思ったらESRの高いコンデンサを並列につなぐのですね。思いつきませんでした。

[@user-iv3un5lm5r]

いつかDCDCの位相保証について詳しく解説してもらいたいです。
電圧モード、電流モード分けてその違い。電流モードもピーク電流モードと平均電流モードとか……
補償のタイプ1〜3についての説明から、設計方法とか、実機での考慮すべき事項などなど………………

[@cheart0]

TVSダイオードを入れることで解決できますか？

[@ちろりん_chirorin]

もう何十年も前から疑問に思い続けていた事ですが，
基板の電源入力コネクターの直近に挿入しているコンデンサーの容量値は22 µFとなっているのをちょくちょく見かけます．
今回もアルミ電解コンデンサー22 µFとして話をされています．
この22 µFという値の大きさに何か意味があるのでしょうか．
教えて頂けますと幸いです．
何十年も前からの疑問を晴らしたいです．

[@digikey-japan]

ご質問ありがとうございます。全体でコメントさせていただきます。

[@user-bu8jg5ez8u]

H3ロケット2段目起動失敗の理由がこれだったらしい？