重要チェックポイント：MOSFETのVDSとIDS、出力整流ダイオードの耐圧

前項までは、絶縁型フライバックコンバータの机上の設計から始まり、試作をして評価に入り、設計目標、つまり出力電圧や効率という、電源としての仕様を満たしているかどうかの評価の話をしてきました。ここからは、仕様以外に確認しておくべき重要チェックポイントについて説明をして行きます。以下に予定の項目を記しておきます。

最初に、通常の仕様の評価と、これから説明するチェックポイントの違いを説明しておきます。以下の表は、例題として使っている回路の設計目標で、何度かでてきているものです。

MOSFETのドレイン電圧と電流

右の図は、例題に使っているMOSFET内蔵の電源IC、BM2P014の出力段の内部ブロックと、フライバックコンバータ構成時の外付け回路の一部です。

内蔵のMOSFETは、ICのDRAIN端子にドレインが、SOURCE端子にソースがつながっています。このMOSFETはトランスの1次側をスイッチして2次側にエネルギーを伝達する役目をしており、電源としての出力を生成する重要な機能を担っています。

当然のことながら、ここでのスイッチング動作や波形がおかしければ正常な出力は得られません。

以下に、このMOSFET（IC)のV_DSとI_DSを示します。

左は、起動時の波形で、右は定常動作での波形です。起動時は、入力電圧が動作電圧に達するとスイッチング動作が始まり、V_DSは基本的にV_IN＋VORとGND電位のスイッチ波形を示します。I_DSはそれに連動します。この波形は、おおよそ良好な例です。その理由としては、起動後特に乱れがなく定常動作に移行していることと、スイッチングに関連して発生しているスパイク出てはいますが、突飛なものは見られず、MOSFETの定格(650V）以内であることが挙げられます。

右の定常時の波形は時間軸を拡大してあり、スイッチにともなうV_DSとI_DSの関係がわかります。ここでは、各波形が回路構成から想定できるものであること、異常なスパイクやリンギング、果ては発振などが生じていないことを確認します。（回路動作や波形の詳細は、「絶縁型フライバックコンバータの基本」を参照ください。）

基本的に、V_DSとI_DSがスパイクやリンギングを含めて定格を超えていないことを確認します。条件として、入力電圧、負荷電流、温度に関して、上限と下限での測定マトリクスを組みます。これで、各条件に対する特性の変動傾向を観察でき、それを回路動作と部品の特性から裏付けまでを行うと、以後のノウハウとなります。

出力整流ダイオードの耐圧

実際に観察される波形や電圧、電流は、まったくの計算値通りで、教科書にあるような理想的なものとは異なります。特に波形については、寄生容量やインダクタンスなど外乱要因があり、測定方法の影響も受けます。観察しているものが良いのか悪いのかは経験がないと判断が難しいと思います。その際に役に立つのは、メーカーが提供している評価ボードです。多少回路は違っても、基本的には理想に近い動作状態にあるので、それと自身のものを比較するのは現実的なよい方法だと思います。