フの字型電流制限とマイナス電圧による起動不良

LDOレギュレータが正常に起動しない原因のひとつに、**フの字型電流制限とマイナス電圧の組み合わせ**による起動不良があります。回路設計上は問題がなくても、入力電圧の立ち上がり条件によって発生することがあるため注意が必要です。 ## **1. フの字型電流制限とは** LDOの電流制限には大きく2種類あります。 * **定電流型（フラット型）**：出力電流が制限値に達すると、それ以上電流が増えないよう一定値に制限する * **フの字型**：出力電流が制限値に達した後、出力電圧の低下に伴って電流制限値も低下する フの字型は、出力電圧が低いほど電流制限値が小さくなる特性をもっています。これにより出力短絡時のICの発熱・破損を防ぎ、**ICの保護性能を高める**ことができます。 ## **2. 出力電圧がさらに低下すると（マイナス電圧での挙動）** フの字型電流制限の特性上、出力電圧が低下するほど電流供給能力が低下します。出力端子にマイナス電圧が印加された状態で起動する場合、LDOは「出力電圧 = マイナス電圧」の状態から動作を開始します。 この状態では以下のような悪循環が発生します。 1. 出力電圧がマイナス → フの字型電流制限が動作し電流供給能力が極端に低下 2. さらに電流制限が低下し、電流制限が0Aになる 3. 電流制限0Aのため、ドライバFETから電流供給しない状態で釣り合う 4. ドライバFETからの電流供給が無く、出力電圧が上昇しない 5. 電流制限がかかり続ける 6. LDOが起動できない状態を維持する ## **3. マイナス電圧が発生するシナリオ** 通常のLDOは入力・出力ともにプラス電圧での動作を前提としています。しかし以下のような条件では、出力端子にマイナス電圧（負電圧）が印加されることがあります。 * **正負電源構成** プラス電源とマイナス電源を組み合わせたシステム（オペアンプ等の両電源回路）では、マイナス電源がLDOの出力端子に影響を与えることがあります。特に起動シーケンスによってはマイナス側が先に立ち上がり、LDO出力端子にマイナス電圧が印加される場合があります * **センサーなどによる引き抜き** 後段のセンサーや回路が、LDOの出力端子から電流を引き抜く（シンク電流）ことで出力端子がマイナスになる場合があります * **電池抜き・チャタリング・シーケンスの問題** 電池を抜いた際の残留電荷の放電経路やコネクタのチャタリング、複数電源のシーケンスのタイミングによって出力端子が一時的にマイナスになることがあります ## **4. 対策** フの字型電流制限によるマイナス電圧起動不良への対策は以下のとおりです。 * **電源シーケンスの見直し** 複数電源構成の場合、LDOが先に起動してから後段電源が起動するようシーケンスを設定する * **出力コンデンサの放電回路追加** 電源オフ時に出力コンデンサを適切に放電させ、マイナス電圧が蓄積しないようにする * **SBD（ショットキーバリアダイオード）の追加** GND-出力端子にSBDを逆流防止用として挿入し、出力端子に一定以下のマイナス電圧が印加されないようにする * **別方式またはマイナス電圧起動対策済みのICへの変更** 定電流型電流制限のLDOへの変更、またはフの字型であってもマイナス電圧領域での起動不良対策を実施したICを選定することで対策できる場合があります。ICのデータシートや電流制限特性を確認してください ## **5. DC/DCコンバータでも同様の現象が発生する** フの字型の電流制限を持つDC/DCコンバータでも、同様のマイナス電圧起動不良が発生する場合があるので、注意が必要です。 ## **まとめ** 1. フの字型電流制限は出力電圧の低下に伴い電流制限値も低下する特性をもつ 2. 出力端子にマイナス電圧が印加された状態で起動すると、電流不足により起動不良が発生する 3. 正負電源構成・センサーの引き抜き・電池抜きやシーケンス問題がマイナス電圧の主な原因 4. 電源シーケンスの見直し・放電回路の追加等が有効な対策 5. フの字型電流制限でもマイナス電圧起動対策製品が存在する