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低飽和タイプの保護部品について

μPC2400Aシリーズなどは低飽和タイプでPNPトランジスタのコレクタが出力です。しかし、データシートで出力電圧が入力電圧よりも下がった時の保護用ダイオード追加を推奨してます。
NPNのエミッタ出力の場合はE-B間の逆バイアスで薄いベース領域に空乏層が広がり壊れてしまう懸念がありダイオードの挿入は理解できますが、低飽和タイプの場合にはそのダイオードの必要な理由が理解できません。
  • kijoさん お疲れ様です。

    uPC2400Aのブロック図で説明します。
     負荷側のコンデンサでOut側にIN側より高い電圧が残った場合、出力トランジスタのコレクタからベースに電流が流れます。またベースからエミッタには逆電圧がかかり、数値は明記されていませんが、5V程度でブレークダウンが発生します。
     トランジスタのベースがブレークダウンするとトランジスタのhFEが徐々に低下し、通常動作時にレギュレータの発熱が大きくなりますます。
     おそらくこのようなことを考えて、出力側から入力側へダイオードを入れていると思われます。

     ルネサスさんの見解を聞きたいですね。

    rXS8UUjLvPHYU25k-0_A0009.jpg

  • こんなことも考えられますね。

    出力TRのコレクタからベースに電流が流れてしまうと、このTrはコレクタとエミッタが入れ替わったトランジスタとして動作します。HFEは小さいです。結果としてOUTからINに大電流が流れる可能性が発生します。これは、予測可能ですね。

    一番難しい問題と思うのは、等価回路が成立するのは設計上想定された動作状態であるときだということです。
    ディスクリートで組まれた回路であれば、電位が変わっても回路は変わりません。ところがICでは、例えばINがOUTより高いとしてPN接合の逆バイアスを使って絶縁を行います。このような接合を寄生ダイオードと呼んだりします。実際のICには等価回路にない通常は動作していないパーツが詰め込まれていると考えるべきなのです。
    OUTがINより高くなってこのような寄生ダイオードがONするような状況では他にも出来ている寄生トランジスタなどが動作してしまい、素子破損を含む予測できない結果を生じる可能性があります。このような場合の挙動は、製造ロットによっても変化します。つまり長いあいだ生産して問題が出ていなくても、ある日突然不具合がで始める可能性もあるのです。

    この予防がダイオードの追加の推奨ではないかと思います。

  • いろいろと参考になるご教授をありがとうございます。内容が教科書レベルでいまさら恥ずかしい限りです。

    私の場合はマイコンを含むロジック回路の電源なので5Vがほとんどです。BC間逆耐圧が5Vならば保護なしでOKです。しかし、データシートからは全電圧でダイオードを要求しているように見えます。また、ラテラルPNPならばBE間の逆耐圧はかなり高いはずです。バーチカルでもラテラル並みと予想します。5Vで降伏するとは思えません。

    P拡散抵抗からNエピ層へのパスならば発熱したPN接合の順方向電流をバイパスするのだから、よりVfの小さいショットキーダイオードにすべきと思います。しかし、データシート等にはこの注意書きはありません。PN接合のダイオードを挿入している回路をよく見ます。

    NPNのベースにより電位の低いパスは無いと思われるので、出力のPNPのベース電流は引ず、トランジスターがオンすることはないと思われます。

    やはり保護ダイオードが必要な理由が見つかりません。漢方薬的なダイオードはセットのコストアップとEMCの潜在的な原因になります。できれば無くしたい。
  • kijoさん お疲れ様です。

     5V出力の電源であれば、私も保護用のDiodeはつけなくても良いと思います。
     30年ほど前は、保護用のDiodeの記載はDataSheetには記載がありませんでしたの意で、数十万台製作した量産品で保護Diodeなしのものを作りましたが、不良は発生していません。
     最近の製品でも、顧客指定の回路には5V電源の場合は保護Diodeなしのものが結構あります。
     CQから出されている参考資料ですが、回路図には保護Diodeが記載されていますが、説明はほとんどありません。http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/34/34391/34391_onboard.pdf

     おそらく何らかの問題が発生して、この記載が追加されたものと思われます。正式なアナウンスは無理でしょう。

     Lupin05さんの説明にもありますが、保護用のDiodeをつけた方が無難と思います。
  • いろいろサイトを確認しましたが、わかり易いものがありました。

    複数電源の場合は各々にBの保護ダイオードを付けておく必要があります。Cは出力がゼロを超えて負まで振れる場合の保護回路です。インダクタンス負荷などの駆動回路で必要になります。
    http://jp.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=centre/eem_mrtech0809

    5V電源側のモータやコイルの誘導負荷をつけた場合は出力側に逆電力が発生しますので、必須です。
  • UPC2400Aを設計したもしくは、製品開発を引き継いだ人に聞くのが一番良いと思う。
    出来ればの話ですが?
    昔、リニアICの設計の勉強をしていた時のことを思うと、聞かないと答えが出ないような気がする。
    ダイオードを追加しないといけない理由があるかも?
  • 質問の趣旨が、、変わっていませんか?

    英文のデータシートを見ますと、件のダイオードの注釈に次のようにあります。

    Need for VO>VIN

    これが、5Vのような低い電圧の場合まで適用されるのはおかしいと言われるのであれば、最初の質問と趣旨が変わっていますね。

    5Vから18Vまで種類があるなかで、大部分の品種に推奨されるダイオードが書かれていると考えれば、仮に一部例外があったにしても特に不都合ではないと思いますが、いかがでしょうか?


    5Vの場合も必要かどうかというのは、別の問題だと思います。
  • 次の条件で等価回路に加筆しました。

     DC/ACの2電源システムを
     DCで動作させる場合について
     DC電源は5V

    加筆したダイオードは前に書いた寄生ダイオードで、コンデンサは数千μFのAC入力用の平滑コンデンサです。

    このような寄生ダイオードが存在するなら、個人的には保護ダイオードは入れたくなりますね。寄生ダイオードは拡散抵抗も直列に入るし保護ダイオードはシリコンの接合ダイオードで間に合うと思われます。

    これ以上はの検討が必要な場合は、仕事でつかうなら、シリーズ使用書ではなく、個別仕様書や個別の納入仕様書をメーカーから入手することになると思います。それで確認できなければ、使用条件を明示して、商流を通じてメーカーに問い合わせをかけることになります。(私のやり方です。)

    gIgEY6oaptzGlAGR-0_A0010.jpg

  • ここまで来ると、Hヤマ様やnorimaki様の書き込みのとうりデザイナあるいはデータシート作成者に聞かないとわからない事とおもいます。

    私の通常の商流ではどこの半導体メーカでも汎用品のデータシート作成担当の営業技術あるいはデザイナにお会いすることはできません。ましてやフリーディスカッションなどあり得ません。また、この手の内容に関して営業様経由で内容を伝えることは大変困難です。ユニットサプライヤ様経由もコストダウン⇒プライスダウン⇒プロフィットダウンもあり口を閉ざしてしまいます。最終商品では1銭でも機能や品質を落とさずに安くしなければ中国やタイには勝てないので少し気になります。私は、調達などではなく技術でこの価格ダウンに貢献しなければなりません。

    この手の掲示板は通常お会いできない営業技術やデザイナに直接のご意見をいただける場所として期待してます。書き込み内容に矛盾があるようにも感じますが、技術的興味の範囲でとどめますのでよろしくお願いします。
  • 自分でやるしかなさそうですが、三端子レギュレータも逆電圧印加の実験レポートが欲しいですね。

    トランジスタに関しては逆トランジスタの試験報告がWeb上にあります。
    http://bbradio.web.infoseek.co.jp/rce/rce.html

    逆トランジスタは、いろいろなケースで発生することがあり、基本的なところは理解しておく必要があります。
  • kijoさんは、メーカースタッフのコメントがないと満足されないようなので、これ以上書いても無意味かもしれませんが、最後に一点だけ書いておきます。

    旧NECの文書に三端子レギュレータの使い方というのがあり、その19ページ(21/31)に出力―入力間の耐圧の記述があります。トランジスタの構造も書いてあります。

    http://www2.renesas.com/maps_download/pdf/G12702JJAV0UM00.pdf

    それによれば、耐圧は「出力トランジスタのベースエミッタ電圧で低電流の場合は約0.7Vです。」だそうです。


    誤記を考えたくなるような低さですね。
  • ルネサス様の回答が必要ではなく一貫性があり矛盾が無い技術的説明があればOKです。残念ながら今までの皆様の書き込みは説明ができておりません。また、デザイナ以外に説明は困難とされるHヤマ様やnorimaki様のご意見に私も少し賛成気味です。

    耐圧0.7Vは以前にも書き込みましたが拡散抵抗でのエピとの分離を保つためと考えます。高温でビルトインVFは小さくなるので電流の流れているチップ上のVfは全く発熱していない保護ダイオードよりも小さくなり保護の意味がないように感じます。そこでVfが0.7Vの半分以下のショットキーを使うべきなのかと思ってます。出力とグランド間の逆転でも同様の事象が発生するので、ショットキーを指定して保護するように記載されてます。

    ICの場合は個別部品と異なり寄生素子の発生や拡散工程の流用が問題になります。NECといえどもアナログICプロセスを豊富には持たないと思われるので、アナログマスタMCHSのマニュアルを良く参考にしております。Lupin05様紹介の資料にはあるようなクロスセクションは残念ながら記載がありません。しかし、MCHSにはラテラルPNPとバーチカルPNPが存在することはわかります。ラテラルPNPの場合はNPNのベース拡散でコレクタとエミッタを形成します。エミッタとコレクタは同時に作られますが、エミッタをコレクタが囲まないとキャリアが素子分離層側にも広がりHFEが低下します。
    アナマスマニュアルではPNPトランジスタのエミッタ・コレクタの電位を逆転させるなと記述されてます。しかし、もしコレクタとエミッタを入れ替えても寄生PNPに一部の電流が流れHFEが大きく下がるだけで壊れることはないと思います。確かにサブに電流が流れるのでチップ全体の誤動作の可能性があります。未使用オペアンプ入力を電源やグランドに固定しカレントミラーの出力を無理やり止められたときに同様にサブへの電流が流れますが問題にしていないように思います。

    また、アナマスのマニュアルにバーチカルPNPの場合はLupin05さんが追加されたコレクタから最高電位に寄生ダイオードがあることが注意書きされているので、特別なP拡散とN拡散工程があるように予想してます。いずれにせよラテラルでもバーチカルでもベースエミッタ間耐圧は16.5Vで5Vよりはかなり大きな値になってます。たぶん接合の逆耐圧はもっと大きいと思います。

    低飽和三端子レギュレータの保護回路も結局はIC内のPNPトランジスタと寄生素子の逆方向での動作や耐圧の問題です。何かラテラルでもバーチカルでもCEを逆転してはいけない技術的理由があるはずです。長年にわたってさんざん教科書やインターネット、営業技術様、同僚などをあたってますが答えが得られません。

    余談:ブレッドボードラジオのホームページは結構楽しいですね。以前からチョコチョコとみてます。真空管ソケットなどオリジナリティのある工夫にも関心させられます。
  • Kijiさん。

    大変に勉強されていて私よりよく理解されているようで恐縮なのですが、書きこみ頂いた内容を拝見してちょっと理解できていないところがあります。

     出力PNPのベースエミッタ間耐圧が0.7V(拡散抵抗でのエピとの分離を保つため)であれば、そのあとで書かれている接合の耐圧が高いことに意味は無いように思うのです。素子としての耐圧は一番低い部分できまりますので。

    >いずれにせよラテラルでもバーチカルでも
    >ベースエミッタ間耐圧は16.5Vで5Vよりは
    >かなり大きな値になってます。
    >たぶん接合の逆耐圧はもっと大きいと思います。

    ショットキーを使わないと保護にならないのではとのご指摘については、この経路にベース・コレクタ間接合が直列に入ることを考えにいれると、VF=0.7Vのシリコンダイオードで間に合うのではないかというのが私の見解です。(考えが浅いかな?)



    余談:ブレッドボードのサイトは、早速拝見しましたが、私も好きになりそうです。




  • 0.7V云々はNPNの話でPNPは違うのではないかというのが、Kijiさんの主張のようですね。
    誤解しているようですので、先の私の書き込みは忘れてください。

    ショットキダイオードについては、書いた通りでよいと思います。

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