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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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okaz
タイトル
PchFETを使用したスイッチについて
ポイント []
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アクセス1791
カテゴリーパワーマネジメント
キーワード PchFET   M1   R1   M2   寄生容量   Powered by Yahoo
投稿日時17/02/10 09:22
お世話になります。
現在、写真のようなFETスイッチを組んでいるのですが、電源ON時にPchFET(M1)が一瞬ONしてしまいます。D-S間の寄生容量に負荷へ電流が流れているかとも思い、同等の容量で実験しましたが、流れませんでした。添付ファイルのM2を取り外しても同症状です。実際にVgs波形を確認すると、電源立上り時にM1がONする電位差が発生してました。Vgs閾値 M1:2.6V、M2:0.8Vです。

一瞬ONしたあとには、C1とR6による遅延後、正常にONします。R1のサイズを変化させ、C2を追加したとき、M1の一瞬のONは比較的、抑えれます。原理的にこのような動作になるものでしょうか?
推測としてはM1 S→R1→G→Dの経路で電流が流れ、ONしている気がします(G→Dは寄生容量?)

よろしくお願いします。
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yoshi05 回答番号 8
タイトル
様子見?
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アクセス1412
投稿日時17/02/18 12:06
#よく外れる「勘」で書きます。
 
okazさんのご経験とかがわからないので・・
多分電気関係は専門ではなさそうで、何か思いがあってチャレンジしているのかと想像しております。

最初の書き込みで明示されていない、
 (AC?)電源側と、負荷側と、負荷の諸元と、やりたい事が何か、が重要で、
明示されている、FET-Sw?の回路や定数は・・どうでもいい・とまでな言いませんが・・瑣末なことである気がします。

※リカルドさんが書いているのはそういうこと・・ですよね。 

(私とは限らず、IKUZOさんとか、ここに書き込んでいる人たちに)目の前で実験風景を見せていただければ、2-3のご指摘をできると思います。
 
 
1点指摘すると、
「(突入電流によって)電圧が上がってDCDCの耐圧を超えた」
=> 定常値で 54vの回路が、10vの電圧上昇で耐圧を超えるというのは、設計に難がありそうです。再考をおすすめします。
  
いろいろと、失礼をお詫びいたします。

リカルド 回答番号 7
タイトル
何がやりたいのか分かりません
ポイント
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アクセス1531
投稿日時17/02/16 12:08
 最初の質問では、FETがオフなのに一瞬出力がオンになる。
このオンを止めたいと言う内容でした。
 
 突入電流を止めたいだけなら、一瞬のONは大した問題ではありません。
 コンデンサに充電するために過大な突入電流が流れ、FETが破損すると言うトラブルとも違うんですか?。
 
>突入電流により、ACDC出力電圧が大きな変動をし、後段DCDCの耐圧を超えるようなケースが発生しました
 
 「ACDC出力電圧」とは何処の部分?左の電源なら、「DC入力」と書かないと分からない。

 突入電流により電圧が低下すると言うのなら分かるけど、「耐圧を超える」とはどう言う事?

 バラック配線で余計なインダクタンスが発生したり、プローブの繋ぎ方が悪くてオーバーシュート波形を見ているだけじゃないの?

 コンデンサによる突入電流を防止するには、スイッチングする事です。

okaz 回答番号 6
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状況を追記します。
ポイント
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アクセス1559
投稿日時17/02/16 10:27
>yoshi05様、リカルド様
返信が大変遅くなり申し訳ございませんでした。風邪で倒れていました。。。
>実際にブレッドボードかユニバーサル基板で実験している。
→おっしゃるとおりでユニバーサル基板で実験しております。Vgsスレッショルド付近に大きな遅延をもたせないと、PchFETが緩やかにONしなかったためです。目的は、突入電流防止です。また誤記があり、赤がソース電圧となります。yoshi05様の推測が当たっています(状況が曖昧で申し訳ございませんでした。)

突入電流により、ACDC出力電圧が大きな変動をし、後段DCDCの耐圧を超えるようなケースが発生しました(ACDCが負荷変動に追従できていない)。その対策として、突入電流防止回路を組んでいるのですが、一瞬ONしてしまいます。それでも、未対策に比べれば、かなり改善されてはいるのですが、不安定な要素があるため、この一瞬ONを抑えたいと考えています。G-S間へのコンデンサ付加と抵抗値を小さくすることでかなり改善されるのですが、コンデンサをつけたことにより、ACDC電源の電圧変動が出力電圧+10Vぐらい上昇してしまいました。あと、G-S間の抵抗を小さくしたせいか、後段FETがONするタイミングで、PchFETがON-OFFを繰り返していしましました。ですので、総合的に、別視点の解決策が無いか模索しておりますが、決定的な案が無いのが実情です。
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yoshi05 回答番号 5
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状況整理 ^H^H 推測
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アクセス1701
投稿日時17/02/11 20:04
説明が少なめだとはいえ、
自分は波形も読めない素人なのか、と半日悩んだのですが、
リカルドさんも同じ疑問だったようで安心しました。
  
多分に推測・・・を交えて^H^H^H^H で
状況を記します。
 
- SPICEレベルで検証しているのかと思ったのですが、そうではなくて、
実際にブレッドボードかユニバーサル基板で実験している。

※ 学生実験でしょうか? 企業の実験室でしょうか?

- 回路図のC2が「0.022fE」と読めるのですが、これは 0.022μF が文字化けしたもの

※ そうすると 10fEも10uF。860k+10F だとかなり大きめの時定数ですね。

- 回路図に V1 = PWL(0 0 5m 54)とあります。
 これは、添付画像のように「5m秒で 0v から 54vまで直線的に立ち上がる電圧源」
 の意味なのですが、(実験でそうそう理想的な特性を再現できるわけもないので)実際に使った電源とは限らず、単にシミュレータに適当に指定したもの。
  

- 波形では 赤(マジェンタ):ソース、水色:ゲート、緑:ドレイン(50Ω)
 C2=0Fの方の図で、赤:ドレイン電圧とあるのは誤記。
※ だって、緑がソースだとゲート電圧の方が高いというのも、波形の形もありえない。

- 波形の図の時間軸上で中央の付近で「通電:ON」している。
 その際(C2=0Fだと)ピークで35A前後の電流が流れる。
 20A以上の時間でみて 15マイクロ秒くらいの間。

- その(ピーク電流の)際、おそらく緑色のドレイン=R3:50Ωの電圧は、大して増加していない。オームの法則を無視しているかのような・・
 
これらが当たっているとすると・・ですが、

PWL(0 0 5m 54) がミスリーディングで、実際は適当な電源に繋いでおいた状態からONした時の波形であるように思えます。
※ どのようにONしたのか不思議なのですが・・ドレイン側(ドレインーR3の間)にスイッチが有る!?
負荷側と電源側とに(それなりに大きな)コンデンサがあって、それらを充放電するように突入電流が流れている・・ように思えます。

以上の考察から、改めて・・
最初に添付していただいた(多分LT-SPICEに入力した)回路を、SPICEでシミュレートした波形
と、
実際に組んだ回路の、写真か、手書きでかまわないのでなるべく実態に即した図をお願いします。
 
あと、
実験で使った電源の出力=回路の入力側の、電源を(電源のSWで)Onした時の波形。
その際、
あれば・・数十~百Ωの大きな(大電力の)抵抗を負荷にしてみてください。100円ショップで40-100Wの白熱電球を調達してもいいです。
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リカルド 回答番号 4
タイトル
何処を測りましたか?
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アクセス1696
投稿日時17/02/11 11:07
>ソース電圧が上昇しました(54V→70Vぐらい)

 ソース電圧は電源電圧そのものだと思いますが、プローブをどのように接続して測ったのですか?

 ドレイン電圧は出力電圧ですね。電源投入前から電圧が出ているとは、どういう事ですか?

okaz 回答番号 3
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波形
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アクセス1753
投稿日時17/02/10 20:49
リカルド様
R1のショートはトライしていないのですが、R1を小さくすると、ONしにくい方向にいきます。またC2をつけると、電流はほぼ流れませんでした。そのかわり、ソース電圧が上昇しました(54V→70Vぐらい)

yoshi05様
波形を添付します。(波形2)
ドレイン周りの寄生容量によるものでは?(16/12/27)は確認しており、同等の内容でしたが、上にも書いたように、C2を付加すると、ソース電圧が上昇してしまい(波形1)、これも問題になりそうなので、解決策を含め投稿した次第です。
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yoshi05 回答番号 2
タイトル
波形
ポイント
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アクセス1771
投稿日時17/02/10 12:32
C2,R3の電圧波形など、
「一瞬」やそのときのドレイン電流がどの程度かわかるような波形を添付願えないでしょうか?
 
入力電圧がVgsにくらべて大きい気もするので、Qgs = 5nC, Qgd=2C で分割された電圧がゲートに発生するかな?と感じました。
立ち上がりは遅いみたいですから大丈夫かな・・?
(ついで:Qg = 18-30nC, @VDS = –30 V, VGS = –10 V)

 
hirocyan-sanさんの「ドレイン周りの寄生容量によるものでは?(16/12/27)」は
・・ご覧になっているみたいですね。

リカルド 回答番号 1
タイトル
R1をショートしたらどうなりますか
ポイント
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アクセス1762
投稿日時17/02/10 10:19
 M1のゲート/ドレイン間の静電容量でグランド側に引っ張られるのかも知れない。

 先ずR2を外し、R1をショートしたり抵抗値を低くしたりして症状がどうなるかで調べてみたらどうですか。
 低いゲート電圧でONになるのが特徴のFETであれば、そうではないFETに交換してみるとか。

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