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» 2022年07月08日 10時00分 公開

突入電流の検討方法Q&Aで学ぶマイコン講座(72)(1/3 ページ)

素朴な疑問から技術トラブルなどマイコンユーザーのあらゆる悩みに対し、マイコンメーカーのエンジニアが回答していく連載「Q&Aで学ぶマイコン講座」。今回は、初〜中級者から多く寄せられる質問です。

[STマイクロエレクトロニクス,EDN Japan]

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 素朴な疑問から技術トラブルなどマイコンユーザーのあらゆる悩みに対し、マイコンメーカーのエンジニアが回答していく連載「Q&Aで学ぶマイコン講座」。

 今回は、初〜中級者から多く寄せられる質問です。

 「Q&Aで学ぶマイコン講座(31)マイコン周辺回路設計テクニック――電源編」で、マイコンの電源を入れた直後に一瞬だけ電流が増加する「突入電流」について説明されています。この記事では、実際に発生する突入電流の事例が紹介されていますが、理論的にどのように計算し、対策を検討すればよいかまでは解説されていません。突入電流の事前検討は、どのように行えばよいでしょうか?計算方法を教えてください。

 「Q&Aで学ぶマイコン講座(31)マイコン周辺回路設計テクニック――電源編」で示した回路(図1(a)に再掲載)を例にして解説します。回路を構成する部品は、電源、シャント抵抗、デカップリングコンデンサー(100nF×5+10μF)、そしてマイコンです。この回路で電気的特性に影響を与える素子に着目し、等価回路(図1(b))を作成します。ここでは、マイコンの持つ電気的特性、配線の持つ寄生容量(コンデンサー成分)および抵抗成分は、突入電流に与える影響が小さいと見なして無視しました。

図1:突入電流の考え方[クリックで拡大]

 等価回路(図1(b))では、スイッチをONすると、電圧源(電圧:E)が電源の出力インピーダンスの抵抗成分Rp、シャント抵抗Rlおよび配線の持つインダクタンス(コイル成分)Lを介して、デカップリングコンデンサーC(100nF×5+10μF)を充電することになります。この場合、図1(c)で示した(1)式が成り立つので、この微分方程式を解いて電流iを求めれば、突入電流を求めることができます。しかし、微分方程式を解くのは大変です。そこで、回路シミュレーターを使って、電流iの変化を計算します。回路シミュレーターを使うと、手間が少なく正確な電流iの変化を計算できます。回路シミュレーターを持っていない場合は、Webサイトから無償でダウンロードできるものもいくつかあります。使い方もそれほど難しくはありません。

 図2に回路シミュレーションの結果例を示します。シミュレーション結果と実際の観測波形を比べると、完全に一致はしませんが、突入電流のピーク値や電流の減少傾向はほぼ一致しています。

図2:回路シミュレーション結果と実際の観測波形[クリックで拡大]

 このように、等価回路を作って回路シミュレーターで電流の変化を計算すると、突入電流の値が計算でき、その変化も可視化することができます。

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