起動時のオーバーシュートのメカニズムと対策：入力電圧の立ち上がりが遅い場合

電源ICの起動時に出力電圧が設定電圧を超えてオーバーシュートする現象が発生することがあります。 オーバーシュートの原因はいくつかありますが、本記事では**入力電圧（VIN）の立ち上がりが遅い場合**のメカニズムと対策について解説します。 ## 1. オーバーシュートが発生するメカニズム 入力電圧（VIN）の立ち上がりが遅い状況で、EN端子をVIN端子に接続（直結）している場合、以下のメカニズムでオーバーシュートが発生します。 ### フェーズ1：起動開始（VIN不足の状態） 1. VINが0Vからゆっくり上昇し、ICの動作開始電圧に到達。 2. ICがソフトスタートを開始するが、VINが低いため目標電圧（VOUT）まで到達できない。 3. フィードバック制御が「出力不足」を検出し、出力を上げようとするDC/DCならDutyを最大へ、LDOならドライバのゲート電圧を上昇させる）。 ### フェーズ2：VINの上昇と制御の飽和 4. VINが上昇し、出力電圧が設定値付近まで到達し始める。 5. しかし、IC内部の制御回路は「まだ出力が足りない」と判断した状態（Duty最大等）を維持している。 ### フェーズ3：オーバーシュート発生 6. VINが十分に供給された瞬間、最大Dutyのままエネルギーが一気に供給される。 7. その結果、設定電圧を超えて出力が跳ね上がる（オーバーシュートが発生）。 ※なお、フィードバックループの応答速度はICによって異なるため、過渡応答特性の良い製品ほどオーバーシュートが出にくい傾向があります。 ## 2. 対策 VINが十分に立ち上がってから電源ICを起動させることが基本的な対策です。 システム側でCE/EN端子を制御できない場合は、以下の手法が有効です。 * **RCディレイ回路でCE/EN端子の起動を遅らせる** CE/EN端子にRCディレイ回路を挿入し、VINが十分に立ち上がった後に電源ICを起動させます。回路が簡単ですが、VINの立ち上がり時間が変動する場合は遅延時間の調整が必要です。 * **ソフトスタート時間を長くする** 外付けのソフトスタート設定機能がある場合、VINの立ち上がり時間より十分に長い時間設定にすることで、VINが低い期間にソフトスタート期間を完了させないようにします。 * **電圧検出器で起動タイミングを制御する** 電圧検出IC（ボルテージディテクタ）でVINを監視し、VINがある電圧に達した後にCE/EN端子をアサートします。VINの立ち上がり時間が変動する場合でも確実に制御可能です。 * **出力容量（CL）を大きくする** CLを大きくすることで、オーバーシュート時に電荷を吸収し電圧上昇を抑制できます。 ただし、CLが大きすぎると起動時間が長くなるだけでなく、位相余裕が悪化して発振等の不安定動作を招く恐れがあります。。 ## まとめ 1. EN端子をVINに接続している場合、VINの立ち上がりが遅いとオーバーシュートが発生しやすい 2. VINが低い間に制御量が飽和し、VINが十分に上昇した瞬間に過剰なエネルギーが供給される 3. 基本的な対策は「VINが十分に立ち上がってからICを起動させる」こと 4. RCディレイ回路、電圧検出器、ソフトスタート調整、CL増量が有効な対策手法となる