効果的にクランプします。両端でより大きな電圧降下が生じます。高速消磁が実現されます。エネルギーが放散されると負荷電流はゼロに近づきます。ハイサイドのスイッチで高速消磁が行われる場合の等価回路システム設計者は、スイッチ(MOSFET)が、ターン・オフ動作の最中に放散される多くの電力を処理できるようにする必要があります。この要件を満たせない場合、ジャンクション温度の上昇によって熱ストレスが発生します。すると、スイッチが損傷してしまう可能性があります。産業分野の制御アプリケーションで一般的なマルチチャンネルのスイッチでは、この状況が更に悪化します。通常、ハイサイドのスイッチには過電流と過熱の検出機能が適用されます。アクティブ・クランプ・モード(つまり、高速消磁のモード)では、電流が負荷に蓄積されたエネルギーによって制御されます。そのため、このモードでは、電流または温度に対する保護は有効に働きません。熱的な問題が生じます。安全な消磁を実現するための新たなアーキテクチャが適用されています。機能は、高速消磁回路と連携して動作します。インダクタンスの値に制限がない状態で負荷を安全にターン・オフできるようになります。ターン・オフする際に線形モードで動作し、高速消磁の機能を使用してインダクタのエネルギーを放散します。その時点で、オンチップの温度センサーが制御ロジックに対して警告を発します。この動作により、消磁電流向けに低電圧(つまり低電力)の代替パスが提供されます。温度が下がり、安全な動作条件に戻ります。安全な消磁を行うための電流パス。産業用制御装置に求められる要件を定めた規格です。インダクタを想定しています。以下では、この負荷を前提として実施したテストの結果を示します。対象とするのは、ここまでに説明した様々な消磁方式を備える各種のハイサイド・スイッチ製品です。それらによって誘導性負荷をスイッチング(駆動)する場合の性能を検証/比較してみます。つのチャンネルだけを使用してテストを実施します。それを通して、フリー・ホイール・ダイオードを使用した低速消磁に対し、より高いクランプ電圧を用いる高速消磁の効果を実証することにします。誘導性負荷のスイッチングのテストに使用する回路。つのチャンネルだけを使用します。つの出力チャンネルで放散されるエネルギーは、以下に列挙する式によって導出できます。比べてはるかに長いと仮定します。インダクタに蓄積されたエネルギーが放散してスイッチが再度ターン・オンする前に、定常状態(オフの状態)に達することができるという意味です。表1は、テストの対象とする製品についてまとめたものです。評価用ボードをパラレル・モードで動作させます。接続を行い、フリー・ホイール・ダイオードによる方式を実現しました。示した各波形をご覧ください。4(緑)は誘導性負荷に流れる電流を表しています。未満に制限されています。ミリ秒を要しています。これは比較的低速だと言えます。続いて、高速消磁に対応する製品のテスト結果を示します。Technologiesの「ITS4880R」とSTMicroelectronics(STM)の「VNI8200XP」を取り上げました。方形波を使用しました。いずれも、チャンネル1(黄)は入力信号、チャンネル2(赤)は出力電圧、チャンネル4(緑)は誘導性負荷に流れる電流を表しています。いずれの結果も、左はクランプ電圧、右は消磁時間に注目したものです。結果を見ると、単純なフリー・ホイール・ダイオード方式と比べて高速な消磁が実現されていることがわかります。測定値についても、前掲の式を用いた計算結果と相関が取れています。20%高速な消磁が実現されています。つの出力チャンネルすべてを同時にスイッチングする形でテストを実施しました。方形波を使用しました。示したのがテスト用の回路です。チャンネルを同時に動作させるテスト用の回路。全チャンネルが誘導性負荷を同時にスイッチングします。電源を使用し、室温で実施しました。4(緑)は誘導性負荷を流れる電流を表しています。誘導性負荷をスイッチングしています。動作を開始して数秒後の結果です。その結果、入力がハイで出力がローの期間に過熱警告ピンがハイに駆動されます。同デバイスが過熱すると保護機能が作動します。数ミリ秒の冷却期間をおいた後、デバイスが再び動作します。テスト結果(その2)。つのチャンネルですべて同時に誘導性負荷をスイッチングしています。図14(a)の状態から更に数秒経過したときの結果です。14(b)は更に数秒経過した後の状態を表しています。インダクタの電流波形には、過熱保護の影響がより明確に現れています。消磁の時間が短くなることです(インダクタのエネルギーを完全に放出できない可能性があります)。インダクタを完全に充電するための時間が不足することです(ソレノイドやリレーが正しく動作しなくなる可能性があります)。4(緑)は誘導性負荷を流れる電流を表しています。誘導性負荷をスイッチングしています。機能の動作を確認できます。機能の動作が開始します。MAX14912の温度が下がると、ハイサイドの高速消磁の機能が復帰し、出力電圧がクランプ電圧として規定された負の値に戻ります。トータルの消磁時間は長くなりますが、インダクタに流れる電流はエネルギーが放散することに伴い滑らかに減少します。15(c)に示すように動作し続けます。ご覧のように、過剰な誘導性負荷による過熱の問題は発生しません。誘導性負荷をスイッチングしています。15(a)を一部拡大しています。誘導性負荷をスイッチングしています。15(a)、(b)の状態から更に時間が経過したときの結果です。これらのテストは、室温で実施しました。多くの産業用アプリケーションは、より温度の高い環境で稼働します。機能を備えていないデバイスの性能は更に悪化すると考えられます。設計技術者に対して重要なメリットをもたらす重要な機能を備えていることをご理解いただけたでしょう。高いクランプ電圧を使用します。そのため、誘導性負荷の消磁をより高速に実現できます。他のスイッチ製品は、スイッチング(駆動)できるインダクタンスの大きさに制限があります。機能を使用できるため、負荷となるインダクタンスの値には制限はありません。どのような値であっても、安全にスイッチングすることができます。パッケージとしてより小型のものを採用できています。100まとめ産業用のアプリケーションでは、誘導性負荷を安全にスイッチングする機能が非常に重要な意味を持ちます。本稿で紹介したように、この問題の解決策はいくつか存在します。フリー・ホイール・ダイオードは低速消磁に適しています。アクティブ・クランプを使用すれば高速消磁を実現できます。機能を採用した製品が最良の解決策となります。