AN004E/D DC電源電圧保護回路に関する半導体の考察

(1)

AN004E/D

DCにするの

では、

DC の /

で

されるセンスおよび

SCR

クローバ・

デバイスにするについてします。

はじめに

では、の DC でする

ドル#のマイクロプロセッサやメモリ・チップはなかなかつかりません。

,-.のにやがない/

0は、1が2したり、システムの6や7 6にって、なるのバスにツールをとしたりすると、9:り;ながとえる<

=があります。

>?、コンピュータ・メーカやEFメーカは、Gを !するために

(OVP)

および

/ (OUVP)

にわずかな"HIを#

うことにJKしています。

オン・セミコンダクターは「クローバ」センス

O$を%Pしています。このシステムは、

&QをRSし、を'Tく「クローバ」すなわち ()させて、を

UV*に+V,にするか、あるいはヒューズまたはブレーカを-[します。このO$を./にする\に、0の

3

つの

1]をR2する^ があります。

1.

なぜ

OVP

をするか？メモリを45しシステムの_6=を`.させる。

2.

どこで

OVP

をするか？

− /

が]7となる/a

− システムがされている/a

−

スイッチモード・システムが89されている/a

3.

どのように

OVP

をするか？、

OVP

アプリケーションでは :;のセンスが

されています。

これらは0の

3 :;にe;できます。

a)

ツェナ

b)

ディスクリート

c) MC1723 (OVP

jkでのlmn

)

ツェナ・センス

にしてするoも<な=は、ツェ

ナ・ダイオードをしてSpをRSすることです

(Figure 1)

。ツェナはアバランシェ&Qにrると

SCR

をトリガします。

この:のには、0のような]7があります。

1.

tのツェナ・ダイオードを%Pするuv、

>w?xがない。

2. @yAをBCできない。

3.

DでznするRSyに、トリガ+E ち.がりyFが{|eになり

SCR

_6=が }。

Power supply output line

Common

R_SC

SCR crowbar Level sensing

Zener diode

Figure 1.

ディスクリートのセンス

G~なゲート・ドライブと?x<なH#

トリップポイントをできるO$を

Figure 2

にI します。このには、ツェナ,J

(Z1)

、コンパレータ

(Q1

、

Q2)

、バンドギャップ

(Q3

、

Q4)

、ポテンショメータ

(R1)

、トリップポイント、およびSp

(Q5

、

R2

、

R3

、

D1)

がまれます。

このO$はツェナ・センスの]7をしますが、0のようなくのKLももたらします。

1.

の1が^

(

は

12 ) 2.

コストがMにNい。

3.

この=はOにPノイズ=がNいわけではなく、GなトリップがQじることがい。

APPLICATION NOTE

www.onsemi.jp

(2)

Z1

Figure 2.

Q1

Q4 Q3

Q2

Q5

R1

R3 R2

D1

Figure 3.

− +

MC1723センス

より<な=は、

MC1723 レギュレータで SCR

クローバをRすることです。

1L が;

に

Sされます (Figure 3

T )

。

なKLは0のとおりです。

1. Pノイズ=がない。

2.

orpUは

9.5 V

なので、よりNいでのに,mされるかVを

WしてVう。

SCR

の

DC での SCR

クローバのは、X>にわたりY*なストレスからZ[

をするための\*な=でした。このO$をし

G~

に

]することが、

Eによる

LSI

のo^の_`にって、ますますa になってきています。

Figure 4

、

5

をTすると、クローバ

SCR

はアクティブになるとSpb

C

OUTからの;きな+サージにされることがeかります。このサージ+は

Figure 6

にcされていますが、

di/dt

、dピーク・

サージ、

I

²

t

の

3

つののいずれかによって、

SCR

の2やnをQじる<=があります。これらの 2 とアプリケーションの =とのeのために、メーカによる

SCR

の¡ が¢fかつN

£なものになっています。したがって、89gは、

_6=がNく¤¥*な

OVP

が<な

SCR

や

'を、に,づいてhmする^ があります。

ただし、

SCR

の

di/dt

およびサージpに¦iを§えるをcすることで、このEがjnされます。

SCR

のゲートk¨がlされてすると、その k¨のkXyFは,であり、Mにさいk

¨から©々にª;していきます。アノード+は、

このゲートk¨をじて+れるので、Nいアノード+が«Dに

(di/dt) れた/0は､ゲートk¨に MにNい+¬#がYQする<=があります。

これによって、のa;#に®じて、

SCR

の¯y

n°やo`ブロッキングpのpやかなn

をもたらす<=があります。

Figure 4.

V_IN V_OUT

DC Power Supply

C_OUT OV

Sense

Figure 5.

V_IN V_OUT

DC Power Supply

C_OUT OV

Sense Reset

ÏÏÏÏÏÏÏÏÏ

Figure 6.

I

t dI

dt

1 pk

Surge Due to Output Capacitor

Current Limited Supply Output

(3)

Figure 7.

Output Cap ESR ESL

R L L_L

R_L

C

_OUTは、のSpb、Z[のデカップリング

b、のrpフィルタb

(Figure 4

の/0

)

でj kされます。

SCR

がl´にµできる

di/dt

wは、そのjkとゲート・ドライブ_¶のO=によって¦iされます。

センタゲートファイア

SCR

は、コーナゲートファイア・タイプよりも

di/dt pがNく、ND (< 1 m s)

のE ち.がりyF_¶で

SCR

ゲートをqくオーバドライブ

(I

_GTの

3

〜

5

·

)

して､

di/dt pをo;,にNめます｡

ゲート+が

I

_GTの

5

·、Eち.がりyFが

1 m s

¸s と¹mした/0、mº

50 Arms

¸sの»tV¼

SCR

の½J*なo;wは、

200 A/ m s

です。これを#った

/0、

di/dt

の]7が¾uとして¿することがeか

りますが、

Figure 7

にIすように、

SCR

とvÀにインダクタンスを"Hすることによって、+wÁの

di/dt

もSすることができます。もちろん、これに

よって

DC

バスを«x}させるpが}

し、yDなx}と

di/dt

のFでトレードオフを#

う^ があります。

サージピーク+やサージのÂzyFがÃな/0、デバイス{による¯yn°がQじます。

SCR

のサージpはダイ|}に~Äします。バスをy

Dにx}させるために、サージ+を (Figure 7

のよ

うにvÀÅÆを"Hして

)

システムにG0する l´レベルにまでSできない/0は、N+

SCR

をする^ があります。これにより、

SCR

のÈ É+pが

DC でめられるm&Qyの + をえる/0があります。

プロテクタ： MC3423

コスト、#Ê

=のニーズをs

たすために、あるいはÌ?O$のKLをÍしたクローバ

を]するために、オン・セミコンダクタ

ーは

MC3423

とそのバージョンの

MC3523

を-Y しました。

このはクローバ

SCR

の

di/dt pをo;,Îき

Sすために、

400 mA/ m s

のEち.がりy

Fで

o;

300 mA

のSp+をWするように89されてい

ます。また、0のなOXをÏえています。

• ^4.5

〜

36 V

ので

•

<z、H# のトリップ・ポイント

•

ノイズのいÐでÑÒなトリップをSするための､\に?x<なoÂzyF

(0.5 m s

〜

1.0 ms)

•

リモート・アクティベーションrp

•

アクティベーションISp

•

Sp()を

V

CC

≤ 10 V

にしてブロック&

MC3423

のブロックを

Figure 8

にIします。このデバイスはlmした

2.6 V

,J、

2

のコンパレータ、N+Spでjkされています。

このSpは、ISpトランジスタとÓに、ピン

3

への

2.6 V

をえる、またはリモート・アクテ

ィベーションrp

(

ピン

5)

への

TTL/5 V CMOS

“H”

レベルによってアクティブになります。

− +

V_CC

V_sense1

V_REF 2.6 V X

+

− I_source

+

− 2

7 V_EE 3 V_sense2 5 Remote 6 Indicator

4

8

Current Source

Output

(4)

oÔのコンパレータは、lmしたyFÕを-Ö するように89されており、

2

のコンパレータはクローバL+とレベルI_¶の×をアクティブにします。

'

OVP

の,jkを

Figure 9

にIします｡この

では、&QをRSするために、×のØ

アンプのRSrpがÙいにÚzされています｡

これによって<なo(のÛÜÕがÝられます。

MC3423

がトリガし、クローバ

SCR

、

Q1

にゲート

・ドライブをWするトリップの>wは、

R1

と

R2

の%Pによってhまります｡これらのwは

(1)

でめることができます。

Vtrip+VREF

ǒ

¹⁾^R1_R2

Ǔ

^]^{2.6 V}

ǒ

¹⁾^R1_R2

Ǔ

^{(eq. 1)}

ドリフトをo,にÞえるには、

R2 ≤ k Wとなりま

す。

Figure 10

に

(R2 = 2.7 k W )

、

R1

トリップのw

(min

、

typ

、

max)

をIします。

スイッチ

S1 (Figure 9)

は、

SCR

クローバをリセットするのにできます。

S1

がない/0は、

SCR

がÚ

zされているをシャットダウンしてクローバを

リセットする^ があります。+V,されていないをする/0、ヒューズまたはブレーカ

F1

をして、

SCR

やZ[をしなければなりません。

Figure 9.

Power

Supply MC3423

1 8 R1

R2

(+ Sense Lead)

To Load F1

2 3 4 7 5

(− Sense Lead) S1

+

− R_G

Q1

Figure 10.

0 20 30

R1, Resistance (kΩ)

0

V_T, Trip Voltage (V)

5.0 30

10

10 15 20 25

Max

Min R2 = 2.7 k Typ

ゲート+V,ÅÆ

R

Gのowを

Figure 11

にIします。この

R

Gのwをすると、

SCR

の

Q1

には

MC3423

にàáを§えることなく、<なo;のゲ

ート+が+れます。よりいSp+がされる/0は、

R

Gのwをâやすことができます。

プログラミング + < 36 V

くの/0、

MC3423

はノイズのいÐでされます。はZ[に¦iを§えないノイズによる

OVP

のトリップを !するために､

MC3423

はプログラム<なÕをÏえています。この

を]するには、 Figure 12

のjkをします。このjkでは、ピン

3

から

V

_EEにコンデンサが Úzされます。このコンデンサのwは

OVP

をトリップするのに^ な&QのoÂzyFをhm します。

C

のwは

Figure 13

からeかります。は

0のようにします。 V

_CCが

R1

と

R2

で8mされるトリップ・ポイントよりNく.ãすると、Ø+

(

ピン

4)

がピン

3

にÚzされているコンデンサ

C

の äを-Öします。これがRこる\に&Qがなくなった/0、コンデンサはäレートの

^ 10

· のD#で[され、0の&QがRこるまで、

タイミングがリセットされます。

Figure 11.

10 20 30 35

VCC, Supply Voltage (V)

0

R_G, Gate Current Limiting Resistor (Ω)

10 80

25

15

20 30 40 50 60 70

R_G(min) = 0 if V_CC < 11 V

Figure 12.

Power

Supply MC3423

1

8 R1

R2 2

5 7

+V_CC

R_G

4 3

C 6

R3 V₁₀ Indication

Out

V_O V_C

R3 ≥ V_trip 10 mA 2N6504 or equivalent

(5)

Figure 13.

0.0001 0.001 0.1 1.0

Capacitance (μF)

0.001

t_d, Delay Time (ms)

0.01 10

0.01

0.1 1.0

/0によっては、

Figure 12

のトリップ・イミュニティをÂしながら、Nい&QがYQしたときに、の¯yクローバがRこることがå まれます。

36 V < V < 800 V

Figure 14

は、ツェナ・ダイオード

1N4740 (10 V)

と

~のセンス・リードに 10 m F (15 V)

コンデンサをした、

36 V

をえるにするのための æ*なアプリケーションです。

R

Sのwは0のç

(2)

をして9できます。

RS+(VS*10)

25 kW (eq. 2)

V

トリップはç

(1)

で§えられます。

0のとおり SCR (Q1)

を%Pすれば、o;

800 V

まですることができます。

• ^VS ≤ 50 V: 2N6504

またはJ1

• ^VS ≤ 100 V: 2N6505

またはJ1

• ^VS ≤ 200 V: 2N6506

またはJ1

• ^VS ≤ 400 V: 2N6507

またはJ1

• ^VS ≤ 600 V: 2N6508

またはJ1

• ^VS ≤ 800 V: 2N6509

またはJ1

このjk

(Figure 14)

では､½JÛÜÕは

1.0 m s

です。よりNDなが^

な/0は､ピン 3

をピン

2

にÚzし､ピン

4

はフロート&Qにしておくことができます。これにより､トリップwにする

T

_C がわずかにâHしますが、ÛÜÕは5

0.5 m s

に(

されます。

その.の

アクティベーション34

MC3423

によって、

OVP

アクティベーションの

Iとしてする"HSpがされます。このS

pはオープン・コレクタのトランジスタで、

OVP

がアクティブになるとèします

｡ Figure 12 ､ 15

のように、

SCR

クローバが

V

を

4.5 V

u}にÎき

できます。このフリップフロップのSpは、

OVP

トリップyにを!またはシャットダウンします

。これにより、クローバ

SCR

のヒートシンクがp èまたはÍされます。

Figure 14.

Power

Supply MC3423

1

8 2 3 4 R_S

(+ Sense Lead)

7 5

(− Sense Lead)

+

− 1N4740 +

10 V 10 μF 15 V

R1

R2

Q1

V_S To Load

td

Figure 15.

V_CC

V_C

V_O V_trip

V_REF 0

0

0 V_IO

Figure 13 (C

のw

)

と

Figure 15

をすると、

td

は0 のようになります。

td+ VREF

Isource C](12.103)@C (eq. 3) リモート・アクティベーション64

MC3423

のもう

1

つのOëはリモート・アクティベ

ーションrp

(

ピン

5)

です。この

CMOS/TTL

Ùìrp

のが

0.8 V

u}にÂされると、

MC3423

は~

にします。ただし、

2.0 V

をえるに.ãすると、

OVP

Spは&Qが¿するかíかにe

なくアクティブになります。ピン

5

にはØプルアップ+があることにKしてください。この

をすると、システムGyにシステム

のîEったo0シャットダウンをkできます。

さらに、

Figure 16

にIすように、

1

のトランジスタ・インバータをって、\の

IC

のISpをïの

(6)

tの

MC3423

をアクティブにすることができます。

このでは、

1

の

MC3423

のISp

(

ピン

6)

をして、

2

にeする

MC3423

をアクティブにします。

Q1

は|eなmºをÂつðKのÁ

PNP

です。

Figure 16.

1 Power

Supply

#1

+

−

Power Supply

#2

+

− 1

5 6

7 7

R1 10 k

Q1

1 k

×のZのSpリードがÙいにÚzされる

(

すなわち、×とも~

)

ことにKしてください。

~リードがÓ (2

つのZ

)

の/0、

Q1

のエミッ

タが

1

の~リードにするので、

Q1

にG~なドライブをWするように

R1

のサイズをzñする^

があります。

ヒューズについて

.の

Figure 4

、5をTすると、の

Sp+がV,されていない/0はヒューズが^

なことがeかります。このヒューズは

SCR Gを

!するためではなく、を !することが*で

す！

SCR

をするために、ヒューズの

I

²

t

mºは

SCR

よりもくなければならず、それでいての Sp+にPえÝるだけのNいz+mºをÏえている^ があります。

さらに、からの

Nい()+をG~にòで

きなければなりません。このようなヒューズはM

にN£であり、rÊできない/0もあります。

および+とは

MC3424

と

MC3425

、およびそれらのH#U

®シリーズ

MC3524

と

MC3525

の

2 :;のが- Yされています。 MC3423

とJ 、これらのは

にとしてすることを*としていました。,*に

MC3424

と

MC3425

も「クローバ

・センシングO$」をしており、ブロック

(Figures 17 ､ 18)

は

MC3423

のようです。

Figure 17. MC3424/MC3524 Equivalent Circuit +

−

+

− 0.9 V_REF

− + 1.4 V

2.5 V +

−

+

−

− +

+

− 1.4 V

+

+ +

CHANNEL ONE

+

−

CHANNEL TWO

+

− ENABLE

V_REF

V_EE

DRIVE 1 INDICATION OUT 1

DRIVE 2 INDICATION OUT 2

REMOTE

ACTIVATION 1 DELAY 1 DELAY 2 V_EE

REMOTE ACTIVATION 2

(7)

Figure 18. MC3425/MC3525 Equivalent Circuit +

− OVER

VOLTAGE SENSE

V_CC

DRIVE

+

− UNDER

VOLTAGE SENSE

2.5 V +

− + + +

ENABLE V_EE DELAY

INDICATION OUT

Figure 17 (MC3424)

をると、ó=をNめるためにグランド

(V

_EE

)

から

V

_CC

+

までのコモンモードU

をÂつ、コミットされていない

2

チャネルのõ rpがあります。このはvでプログラム<

なヒステリシスをÏえています。しかし、Spは

にバンドギャップ,J

(2.5 V

、

10 mA)

のために、Mにlmしています

(T

_C

< 0.01%/ ° C)

。

2

つのEしたドライブSpは、

200

〜

400 mA/ m s

のスルーレートで

300 mA

をWできます。

2

つのインジケータSpは

300 mA

をシンクできます。イネーブルrp

(CMOS

、

TTL

、

DTL

Ùì

)

は、チャネル

1

のrpöに®じてチャネル

2

または×のチャネルをV¼します。

÷チャネルは、ゲインøきまたはユニティ・ゲインのループで<であり、Õピンでlmn されます。

Figure 18 (MC3425)

に、£ºの

OUVP

バージョン

(14

ピンの

MC3424

ではなく

8

ピンのデュアルインライン

)

をIします。

æ*アプリケーションを

Figure 19

にIします｡

^ なトリップにzいて、ÅÆ

RS

および

RB

の wは、0のç

[ (1)

T

]

にÌって%Pされます。

Vtrip+VREF

ǒ

¹⁾^RS_RB

Ǔ

⁺^{2.6 V}

ǒ

¹⁾^RS_RB

Ǔ

^{(eq. 4)}

のoドリフトを !するために、

RB

wは5

10 k αとし、また RE

と

CD

は0で9されます。

RE+ T

C_ELn

ǒ

_VS^VS_*_VE

Ǔ

^{(eq. 5)}

CD+Is Td

V_REF+200mA Td

2.5 V (eq. 6)

Power Supply

V_CC RS1

RR1

To Load F1

+

− R_G

OVER DRIVE UNDER ENABLE

IND.

V_EE DELAY RS2

RR2

Crowbar Over Voltage

Indicate Under Voltage R1

V_S

C_D C1

Q1 Q2

R

(8)

¦iをúけやすいZ[をからするためにクローバを

することはごく

\*であり、したところこれらのクローバの89は

*<なjEのようにûえます。

• Z[はどの#の;きさのをどれだけのü F (

エネルギー

)

úけることができるか？

•

クローバのý®がすぎてZ[をしなかったり、にDすぎてÑÒなトリガをRこすことが

•

あるか？クローバ・サイリスタ

(SCR)

はどのくらいのエネルギーをþうことができるか､またヒューズが

ブレーカを-くまでn°されないか？

•

ヒューズは、サージ+をむの+レベルとクローバの()&Qを~しくtできるか？

すべてのユーザがこのような]7への®をめられおり、ではu.の1]に¡できるよう

をみました。

ON SemiconductorびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというをうSemiconducto r Components Industries, LLC しくはそののび/またはのにおけるです。ON Semiconducto rは、、、トレードシークレット()とのに!する"を# します。ON Semiconductorの$%/ の&'!(リストについては、*+のリンクからご-いただけます。www.onsemi.com/si te/pdf/Patent−Marking.pdf. ON Semiconductorは./なしで、0123の$%の45を 6うことがあります。ON Semic onductorは、いかなる7の8での$%の&9:について#;しておらず、また、お<=の$%において>?の@'や'からAじたBC、

に、DE、FE、GHなIJなどKLのIJに!して、いかなるBCもMうことはできません。お<=は、ON SemiconductorによってNOされたサポートやアプリケーションSTのUVにかかわらず、すべてのWX、YZ、[\:の]^あるいは_の`aをbむ、ON Semiconductor$%を'したお<=の$%とアプリケーションについてK LのBCをMうものとします。ON Semiconductorデータシートやd=1にeされるfg:のある「_」パラメータは、アプリケーションによってはkなることもあり、lm の:gもnFのopにより4qするfg:があります。「_」パラメータをbむすべてのrパラメータは、ご'になるアプリケーションに@じて、お<=のstuvw においてxyz;されるようお{い|します。ON Semiconductorは、そのやそのの"の+、いかなるライセンスも}しません。ON Semiconductor$%は、A~

や、いかなるFDA (%%)クラス3の、FDAがしないにおいてKもしくはのものとyされる、あるいは、へのを!(

としたにおける]%などへの'をしたはされておらず、また、これらを'!(としておりません。お<=が、このようなされたものではない、fされていないアプリケーション'にON Semiconductor$%をまたは'した9、たとえ、ON Semiconduct orがその%のまたは$にしてp があったと¡¢されたとしても、そのようなせぬ'、また£fの'に¤した¥¦§から、DE、¨はFEにAじるすべてのクレーム、ª'、IJ、oª、および«¬®などを、

お<=のBCにおいて¯°をお{いいたします。また、ON Semicon ductorとその±²、³²、、¤ 、´µ¶に!して、いかなるIJも·えないものとします。

ON Semiconductorは¸' ¹§/º»¼½¸'¡です。この¾®は&'されるあらゆるWの!(となっており、いかなる¿WによってもÀÁすることはできません。

PUBLICATION ORDERING INFORMATION

N. American Technical Support: 800−282−9855 Toll Free USA/Canada

Europe, Middle East and Africa Technical Support:

Phone: 421 33 790 2910 Japan Customer Focus Center

Phone: 81−3−5817−1050 LITERATURE FULFILLMENT:

Literature Distribution Center for ON Semiconductor 19521 E. 32nd Pkwy, Aurora, Colorado 80011 USA

Phone: 303−675−2175 or 800−344−3860 Toll Free USA/Canada Fax: 303−675−2176 or 800−344−3867 Toll Free USA/Canada Email: [email protected]

ON Semiconductor Website: www.onsemi.com Order Literature: http://www.onsemi.com/orderlit For additional information, please contact your local Sales Representative

AN004E/D DC電源電圧保護回路に関する 半導体の考察

AN004E/D

DCにする の

DC の /

SCR

では、の DC でする

=があります。

(OVP)

/ (OUVP)

O$を%Pしています。このシステムは、

&QをRSし、を'Tく「クローバ」すなわち ()させて、を

3

1]をR2する^ があります。

1.

OVP

2.

OVP

− /

− システムが されている/a

−

3.

OVP

OVP

されています。

3 :;にe;できます。

a)

b)

c) MC1723 (OVP

)

にしてするoも<な=は、ツェ

(Figure 1)

SCR

1.

>w?xがない。

2. @yAをBCできない。

3.

SCR

G~なゲート・ドライブと?x<なH#

Figure 2

(Z1)

(Q1

Q2)

(Q3

Q4)

(R1)

(Q5

R2

R3

D1)

1.

(

12

) 2.

3.

APPLICATION NOTE

MC1723 レギュレータで SCR

1L が;

Sされます (Figure 3

T )

1. Pノイズ=がない。

2.

9.5 V

WしてVう。

SCR

DC での SCR

G~

]することが、

LSI

Figure 4

5

SCR

C

Figure 6

di/dt

I

t

3

SCR

SCR

OVP

AN004E/D DC電源電圧保護回路に関する半導体の考察

DCにするの

− システムがされている/a

G~なゲート・ドライブと?x<なH#

1L が;

'を、に,づいてhmする^ があります。

(di/dt) れた/0は､ゲートk¨に MにNい+¬#がYQする<=があります。

n°やo`ブロッキングpのpやかなn

DC でめられるm&Qyの + をえる/0があります。

を]するために、オン・セミコンダクタ

• ^4.5