PV用DCDCコンバータ開発(33) シャントレギュレータTL431の不可解な動作の解明1

写真は大阪は福島の賀茂姫のお鍋です。寒いときには食べたくなりますが、単身赴任解消後はなかなか出向く機会もなく、残念。。。。

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今回の故障究明では、結果的にはたくさんの部品を壊してしまったのだが、きわめて珍しく、面白い症状に遭遇したので、記録に取っておかねばノウハウが蓄積できないと言う義務感から、気を取り直して、消えたレポートを再現した。

また、消えるといやなので、とりあえず、前半だけを以下に記す。ついでに、クイズになっておりますので、暇な方は、ぜひ故障の原因を考えてみましょう。

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消えたレポート

以前パワーFETのドライブ回路を紹介したが、太陽光パネルの起電圧が変化すると、ゲート電圧降下の幅が変化すると言う課題があった。ゲート/ソース間は絶対定格20V以内に抑えなければならないが、ソースにはmax85Vという電圧がかかるので、ドライブ回路の2SA1015や2SC1805の耐圧50Vを超えてしまう。さらに、ゲートは65V以下にしたらFETが壊れてしまうので、85V~65Vの間で制御しないとならない。

定電圧を作るシャントレギュレータでこの電圧を制御しようと考え、回路設計してみた。なかなか美しい回路になったぞ。。。さっそく検証。お・・・なかなか良い感じ。しばらく様子を見てみよう。。。。

ん・・・何かくさいぞ。一番電力負荷がかかる抵抗をさわるとちりちりになっている。一応2Wの酸化皮膜を使っているんだが。あれ?両端の電圧を測定すると、設計では18Vになるはずのに、なぜか、33Vもかかっている。これは、容量オーバー。あ。。。ブレッドボードに組んだ抵抗の足が、隣の抵抗の足と接触してる。危ない危ない。部品を離したら、正常に戻った。よしよし。

しばらくすると、突然液晶画面の表示が消えてしまった。。。。オーマイガッ!

この症状は、液晶パネルへの供給電圧が4Vを下回った時の症状。と言うことは、入力電圧が何らかの原因で下がってしまったことが想定される。

負荷には12Vバッテリを繋いで出力電圧を13.6Vに制御して充電していたのだが。。入力電圧を確認すると、55Vほどあるはずが、なぜか18V弱しか出ていない。これは、バッテリ電圧に引きずられて下がったと考えるのが妥当か。

あわててPVからのコードをはずして、回路を確認すると、がーん。。。パワーFETが内部短絡して完全にスルー状態になっている。あっちゃ~~。150円ロスト! まぁ、そんなこともあるわいな。

何が原因で壊れてしまったのか。入力電圧は55Vで利用しているパワーMOSFETは2SJ380という耐圧100Vの石。十分余裕はあるはずだし、ドライブ回路をオシロスコープで確認していたところ、-20V以内で制御出来ていたはず。理由が見あたらない。

こういう時は、ググって検索。すると、FETの破壊の原因に、ゲートにドライブトランジスタから直結している場合、まれに発振が起り、それによって、限界電圧を超えてしまう場合があると。う~~ん。これがくさい。対策としては、FETのゲートの手前に10~100Ωほどの抵抗をはさめばよいとある。設計変更して20Ωの抵抗を追加。シミュレーションで問題ないことを確認し、基板から壊れたFETをはずし新しいのを半田付けし、ドライブ回路に抵抗を追加。

さあて、これで大丈夫かな。

再度気を取り直して検証開始。お・・・良い感じ良い感じ。。。またひとつ、賢くなったぞ。鼻歌でも歌おうってもんだ♪♪♪

『カリッ・・・・・』

う・・・・いやな予感。。。。見ると、液晶パネルが消えている。さっきと同じ症状だ。ということは、FETは。。。。。あ~~~~~壊れてる。。。。(T_T) 300円ロスト~~~

振出しに戻って、原因を探らねばならなくなってしまった。

原因の究明は次回に持越しと言うことで、興味がある皆さんは考えてみてください。

ヒントはシャントレギュレータTL431。ちなみに、TL431自体は壊れていないです。

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