AN185 - MPQ5850 : 36V、逆極性保護付きスマートダイオードコントローラ、AEC-Q100認定

アプリケーションノート

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概要

MPQ5850は、車載アプリケーション向けに設計された、逆極性保護機能を備えた36Vのスマートダイオードコントローラです。

このデバイスは、最大100kHzの交流電圧を整流できます。たとえば、MPQ5850は、故障した車載用オルタネータまたはDCスイッチング電源の交流電圧を整流できます。

スイッチングアプリケーション (Oリングなど) では、MPQ5850は負の電流が電源ユニットまたはバッテリーを通って逆流するのを防ぎます。

MPQ5850は、パワーダイオードまたは調整されていないPチャネルMOSFET整流器ソリューションを、安定化NチャネルMOSFETに置き換えることができます。これらのいずれかをMPQ5850に置き換えると、電力損失と温度が低下します。

はじめに

MPQ5850は外付けNチャネルMOSFETを駆動し、順方向電圧降下が20mVのアクティブダイオードに変換します。AN185は、LV124 AC整流、ISOパルス、電圧源 (Oリングなど) の並列接続など、この例を紹介します。

MPQ5850アプリケーション

MPQ5850アプリケーションは次のとおりです。

車載用システム保護、逆極性
車載用システム、LV124およびISOパルス
車載用先進運転支援システム (ADAS)、カメラ
デジタルクラスタおよびヘッドユニットを含む車載用インフォテインメントシステム
バッテリー駆動システム
Oリング

EVQ5850-J-00A 評価ボード

EVQ5850-J-00Aは、MPQ5850の機能を実証するために設計された評価ボードです。評価ボード上で多数の回路をテストできます。EVBレイアウトにより、入力と出力でEMCフィルタをテストすることもできます。

評価ボードのレイアウト

図1は、さまざまなMOSFETパッケージ用に用意されたTVSダイオード、オプションのEMC 入力フィルタ、およびオプションのEMC出力フィルタを備えた評価ボードを示しています。

図1 : EVQ5850-J-00A (4層PCB)

基本的な車載測定

図2は、LV124およびISOパルス測定に使用される代表的なアプリケーション回路を示しています。この回路は幅広いアプリケーションに適しています。

図2 : MPQ5850 LV124およびISOパルス測定用車載テストアプリケーション ^{(1) (2)}

注意 :
1) C1、C3、D1、およびLC_OUTは 図2の一覧にある値とは異なる場合があります。最小のC1は10nFです。C1が大きいほど、電源電圧 (V_SOURCE) の安定性が向上します。アプリケーションの電磁両立性要件を満たすために、C1を選択します。
2) C3コンデンサはオプションです。C3は、V_SOURCEとドレイン電圧 (V_DRAIN) 間の電磁両立性過渡電流を除去します。MPQ5850は、内部でV_DRAINによって供給されます。C3は4.7µFを下回る可能性があります。

LV124測定

LV124は、ドイツの自動車メーカーが共同で確立した品質・信頼性試験規格で、12Vの電気システム用の車載用電気部品に適用されています。

LV124の測定は、Ametek200Qシリーズ電圧降下シミュレータ (VDS 200Q) とインピーダンス (Z) 付きの180cmハーネスを使用して行われます。各電源ラインは、インダクタンス (L) と抵抗 (R) 用のインピーダンスLCRメータで測定されたインピーダンス (Z) で構成されます。インピーダンス (Z) は、式 (1) で計算できます。

$$Z = L(µH) + R(mΩ)$$

ここで、Lは1.1µH、Rは17.5mΩ、ハーネスの長さは180cmです。

ISO7637-2パルス測定

ISO7637-2規格は、部品の伝導電気的過渡現象が、部品が取り付けられている (12Vまたは24V電気システムを備えた) 乗用車および商用車に適合することを保証するために、特定のテスト方法と手順を定義しています。

パルス測定は、Ametek200Nシリーズ超小型シミュレータ (UCS200N)、200Nシリーズ・ロードダンプジェネレータ (LD200N)、インピーダンス (Z) 付きの50cmハーネス、および細い実験用ケーブルを使用して行われます。インピーダンス (Z) は式 (1) で計算できます。ここで、Lは0.5µH、Rは15mΩ、ハーネスの長さは50cmです。

必要なホールドアップ時間に対して、オプションのLC_OUTフィルタを選択します。必要なパルス強度のD1を選択します。

オプションのLC_OUT未使用

C4コンデンサは220µF以上が必要ですが、C4は470µF以上であることが推奨されます。

制御モード

MPQ5850には、モードAとモードBの2つの制御モードがあります。MOSFETのソースからドレインへの電圧 (V_{SOURCE_DRAIN}) は式 (2) で計算できます。

$$V_{SOURCE\_DRAIN} = I_{DRAIN} \times R_{(DS)ON}$$

ここで、I_DRAINはドレイン電流で、R_(DS)ONオンはオン抵抗です。

モードAで、V_{SOURCE_DRAIN}は 調整されており (20mV)、MOSFEはアナログ範囲内で動作します。R_(DS)ONは、最小R_(DS)ONよりも高い値に設定されています。MPQ5850制御ループは、 一定の20mV V_{SOURCE_DRAIN}になるようにR_(DS)ONを調整します。

モードBで、V_{SOURCE_DRAIN}は調整されておらず (>20mV)、ゲート・ソース間電圧 (V_{GATE_SOURCE}) はMOSFETを完全にオンにします。R_(DS)ONは最小のR_(DS)ONに設定されます。MPQ5850はV_{GATE_SOURCE}を最大電圧 (12V) に駆動します。

MPQ5850は、モードAとモードBの間で自動的に移行します。

定格電流が低い場合、MPQ5850はモードAで動作します。定格電流が高い場合、デバイスはモードBで動作します。

必要なR_DS(ON)と電力損失に応じて、MOSFETを選択します。MPQ5850は、最も一般的なサイズのNチャネルMOSFETを駆動できます。これには、標準およびロジックレベルMOSFETの両方が含まれます。

モードA (V_{SOURCE_DRAIN}調整あり)

図3は、モードAでの測定を示しています。V_{GATE_SOURCE}は9.935Vで、最大V_{GATE_SOURCE} (12V) を下回っています。MOSFETは最小R_DS(ON)に達していません。V_{SOURCE_DRAIN}はデジタルマルチメータを使用して測定されます。

図3 : モードA (V_{SOURCE_DRAIN} = 20mV、ILOAD = 7A)

モードB (V_{SOUCE_DRAIN}調整なし)

図4は、モードBでの測定を示しています。V_{GATE_SOURCE}は12.21Vで、最大V_{GATE_SOURCE} (12V) を超えています。MOSFETは最小R_DS(ON)に達しています。V_{SOURCE_DRAIN}はデジタルマルチメータを使用して測定されます。

図4 : モードB (V_{SOURCE_DRAIN} = 54mV、I_LOAD = 12A)

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