トラブルシューティング ②：軽負荷時に二次側MOSFETが共振動作によりONしてしまう場合

前回、トラブル①として「二次側MOSFETがすぐにOFFしてしまう場合」を取り上げ対策を示しまた。そして、同時にこの対策の注意点があることも示しました。今回は、この注意点に対する対処を説明します。

トラブル②：軽負荷時に二次側MOSFETが共振動作によりONしてしまう場合

以下の回路図は前回示したものと同じもので、二次側MOSFETの誤OFFを防ぐための対策①-1として、フェライトビーズの追加とフィルタ用抵抗R1の調整（増加）を示したものです。しかしながら、この対策においてR1の値が大きすぎる場合、軽負荷時に二次側MOSFETが誤ってONしてしまう場合があります。そのメカニズムを右下の図を使って説明します。

• 1：OFFタイミングを決定するR1の抵抗値が大きいためDRAIN端子電圧の検出が遅れ、V_GS2がLowにならない。
• 2：V_GS2がLowになるまで、I_FET2が逆流状態になる。
• 3：逆流したI_FET2が蓄積して二次側MOSFETがOFFするため、V_DS2の共振振幅が大きくなる。
• 4：V_DS2が再度負電圧となりV_GS2がHighになってしまう（誤って二次側MOSFETがONしてしまう）。
• 5：2同様にI_FET2は逆流した電流が流れ、3、4、5を繰り返す。

対策

このトラブル②に関しては、対策が4つほどあります。しかしながら、トラブル①の対策に対してこのトラブル②が生じているのと同様に、各対策にはトレードオフとなる注意事項があります。対策が4つあることから、最初に対策と注意事項をまとめました。

※トラブル②に対する対策という意味で「対策②-n」という番号を使用。

対策②-1：DRAIN 端子接続抵抗R1を小さくする

フィルタ用抵抗R1の値を小さくすることで、V_DS2の共振振幅が低くなり、誤って二次側MOSFETがONする動作を防ぐことができます。トラブル①の対策としてR1の値を大きくする方法を挙げましたが、R1を大きくしすぎた場合、もしくは、最初の選択値が大きすぎた場合には、R1の値を見直して小さくする方向で調整を行います。

※注意事項：R1を小さくしすぎるとノイズフィルタ効果も小さくなるため、DRAIN端子電圧に発生するノイズにより、トラブル①の「二次側MOSFETがすぐにOFFしてしまう」状態に逆戻りする可能性があります。対策が堂々巡りになる場合は、他の対策を試みることになります。

対策②-2：強制OFF時間が長い機種（IC）に変更する

二次側MOSFETがOFFしてから共振一周期（誤ONが発生する期間）より長い時間、二次側MOSFETを強制OFFすることで誤ON動作をマスクすることが可能です。

この設計事例で採用した電源ICのBM1R001xxFシリーズは「設計に使うIC」で説明したように、強制OFF時間（Compulsion OFF Time）が異なるピン互換シリーズです。強制OFF時間は、DRAIN端子に発生する共振波形で二次側MOSFETの誤ON、つまりトラブル②を防止するためのマスク時間で、同期整流化する回路の条件に基づいて強制OFF時間を選択できるように、BM1R00146F～BM1R00150Fの5機種が用意されています。

本事例では、強制OFF時間が2μ sec（Typ.）のBM1R00147Fを選択しましたが、対策として強制OFF時間が3.6μ sec（Typ.）とより長いBM1R00149Fを用いた例を示します。

※注意事項：強制OFF時間を長くしすぎると、重負荷時に強制OFF時間によって二次側MOSFETがONするタイミングが遅れてしまうことがあるため、重負荷時での動作確認が必要です。以下はあくまで例ですが、強制OFF時間が4.6μ secとこの設計では長すぎるBM1R00150Fを使った場合に生じるONタイミングの遅れと、マスキング効果とOFF時間が適正なBM1R00149Fを使った場合の波形です。

対策②-3：二次側MOSFETのドレイン－ソース間にスナバ回路を追加する

下図のように、二次側MOSFETのドレイン－ソース間に、RsnbとCsnbによるスナバ回路を追加することによってV_DS2の振幅を減衰させます。

※注意事項：共振動作が起こる範囲（無負荷～中負荷）では、スナバ回路の追加によって待機電力が増加し、効率も悪化するので、確認と検討が必要になります。

対策②-4：トランスの巻線比Ns / Npを小さくする

トランスの巻線比を変更することによってV_DS2の振幅を減衰させることができます。

※注意事項：波形図が示すように、一次側MOSFETのV_DS1が大きくなるため、一次側MOSFETのV_DS耐圧マージンが減ります。V_DS1が耐圧以上にならないようにトランス巻線比を考慮が必要です。