ロードスイッチ

ロードスイッチの突入電流について

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突入電流が流れる理由

ロードスイッチの突入電流
出力電圧VOUTがゼロに近い時(すなわち負荷の容量COUTに蓄えられている電荷がほぼゼロの時)に、ロードスイッチQ1をオンすると、突入電流が流れる可能性があります。負荷の容量を充電するために突入電流が流れます。

この突入電流のピーク値IPEAKは入力電圧VIN、MOSFETのオン抵抗RDS(ON) 、負荷の出力容量にある等価直列抵抗RESR、出力電圧VOUTによって決まります。
突入電流の計算方法

突入電流のピーク値IPEAKは以下の式によって決定します。


$$ I_{PEAK}=(\frac{V_{IN}-V_{OUT}}{R_{DS(ON)}+R_{ESR}})$$

よって、入力電圧VINが高いほど、オン抵抗RDS(ON) 、等価直列抵抗RESR、出力電圧VOUTが小さいほど突入電流IPEAKが大きくなるのです。

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突入電流が大きい場合の問題点

★問題点1:部品を破壊する可能性がある
ロードスイッチに用いられているトランジスタの定格電流を超えたり、安全動作領域(SOA)を超えたりする可能性がある可能性があります。また、負荷側の機器を誤動作させたり破壊させたりする可能性もあります。

★問題点2:基板や束線を破壊する可能性がある
基板や束線も電流定格が決まっています。この電流定格を超える場合、基板や束線を破壊する可能性があります。突入電流を想定して設計することもできますが、この場合、基板のパターンが太くなったり、束線が太くなったりします。また、より耐久性の高いコネクタを使用しなければならなくなり、サイズとコストが増加してしまいます。逆を言えば、突入電流を減らすことができれば、小型、低コストで回路を設計することができます。

★問題点3:保護がかかってしまう場合がある
入力電圧源や負荷に過電流保護などがある場合には保護がかかってしまい、停止する可能性があります。

★問題点4:突入電流によって入力電圧が低下する可能性がある
一般的に入力電圧源にはコンデンサが接続されています。この入力電圧源にあるコンデンサを充電する電流量よりも、突入電流の方が大きい場合、入力電圧の電圧が低下してしまいます。

これを防止するためには、MOSFETのオン抵抗を徐々に下げることが必要です。MOSFETのゲートとソースの間にある抵抗と並列にコンデンサを追加し、このコンデンサによってゆっくりとゲートソース間電圧を下げることで、オン抵抗をゆっくり下げることが可能になります。その結果、突入電流を防止することができます。

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