PV用DCDCコンバータ開発(85) DCDCコンバータモジュール異常

アップコンバータのFETゲートドライブ及びPICマイコンの電源のために、太陽光パネル発電24~30Vから15Vを作るためにDCDCコンバータタイプの三端子レギュレータ(MINMAX M78AR15-0.5)を利用している。一般的な三端子レギュレータを利用しても良いのだが、リニア式だと無駄な電力消費が増えてしまうため、できるだけロスを少なくするため、少々高価だがこのモジュールを採用した。

アップコンバータのうちの1台で、不可解な現象が発生。正常に動作してしばらく経つと、PWM信号は正常なのに出力電圧が入力電圧からスルー(つまりはアップコンバートされない)になってしまう現象。1台でのみだが、再現性がある。ただ、正常に起動させた後、どのくらいの時間でこの現象が発生するかは不確定。概ね30分程度動作させていると発生するようだ。

現状の原因を追い掛けてみると、M78AR15-0.5の出力電圧が、なぜか4.2Vと下がっていることを発見。正常なら15V出てくれないといけないところが4.2Vでは、FETのゲートをキックするには少々非力なようだ。この出力からPICマイコン用の5V電源を高効率三端子レギュレータS-812C50AY-B-Gで作成しているのだが、十分な入力を与えられていないため、この出力も4.0Vと下がっている。ただ、PICマイコン自体は2.4Vあれば動作するので、何とかPWM信号は生成しているが、FETドライバIR4427PBFがゲートをキックできていないようだ。

はてさて、なんの原因でこうなってしまっているのか。M78AR15-0.5のデータシートを読む限りは、一般的な三端子レギュレータと同様に利用できると書いてあるので、入力側に1μF、出力側に0.1μFの積層セラミックコンを入れいている。

入力電圧は・・・・あっ!

太陽光パネルの発電を最大限にするために、MPPT機能をPICマイコンで制御しているのだが、太陽の光量は時間と共に変化する。それに追従するために、定期的に太陽光パネルの開放電圧を測定し、ターゲット電圧を再設定している。その処理の際に、入力電圧が急激に変化する現象が起きてしまう。入力電圧が急激に変化することで、M78AR15-0.5が誤動作を起こしていると考えることができるのではないか。

そこで、入力電圧の変化をなまらせるために、LC回路を追加し以下のようにしてみた。

HRM-DCDC-UP-0001_2次試作

これによって、M78AR15-0.5の誤動作の現象は何とか収まったようだ。ふ~~~

・・・・・・

と、安心したのも束の間。再び不具合が発生してしまった。以前よりは、頻度は減ったような気がするが。そこで、M78AR15-0.5の入力側のコンデンサを10μFに増量してみたのだが、現象は変わらず。

次に、出力側に33μFのOS-CONを追加したが変わらず。何となく気になっていた、出力側で、FETゲートドライブICのそばに配置している100μFのOS-CONをニチコンのオーディオ用UMW1E101MDDに変更してみた。それまでのOS-CONは、中国から輸入したSMDタイプのもので、底のプラスチック台をはずして足を伸ばしてスルーホールに挿して利用していた。足の表面が経年変化してはんだが少々乗りづらくなっていたのだ。

s-RIMG0007左が元のOS-CONで右がニチコンMWシリーズ

この交換をしてみたところ、不具合は解消された模様だ。とりあえず、2時間以上は症状が出ていない。しかし、安心は禁物。もうしばらく、エージングを続けて様子を見ようと思う。

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