LP2020A+については、オーバーシュート対策でSBD(ショットキーバリアダイオード）を追加する改造をしている例があります。今回はそれを追加する意味があるのか少し考えてみました。 ２/２８赤字追記
■１）SBD(ショットキーバリアダイオード）
通常のダイオードは、ｐ、ｎ両方の半導体を接合して作ります。従って、ポテンシャル図のｐｎ接合のバンドの曲がり分のエネルギー障壁がありますので、順方向の電位差Vfが比較的高く～０．７V程度あります。SBDはドイツのヴァルター・ショットキー博士の研究を元にして開発されたものでモリブデン（DC/DCコンバータ回路向き）、チタン（バッテリ駆動回路向き）、プラチナ（車載機器向き）、クロム、金、アルミ等のバリアメタルとｎ型（またはｐ型）の半導体の接合を用いたダイオードで、エネルギーバンドの曲がり分の障壁が片側・約半分になりますので、Vf～０．３Vと低くなり、逆方向電流Irも大きくなる。高速スイッチング用に良く用いられますが熱暴走しやすいというデメリットがあります。
■２）TA2020のデータシートからの情報
TA2020のデータシートでは、オーバーシュート・アンダーシュート対策は以下のように書いています。
”同様に、ショットキーダイオードD1、D2、D3、D4は、VDDとショットキーダイオードに対するオーバーシュートを最小限に抑えます。ダイオードD702、D703、D704、D728は、電源グランドに対するアンダーシュートを最小限に抑えます。 最大限に効果的には、これらのダイオードは出力ピンの近くに配置し、それぞれのVDDに戻す必要があります。またはPGNDピン。 ダイオードD1、D2、D3、D4は、VDD> 13.5Vのアプリケーションにのみ必要です。電圧オーバーシュートは、次のような高電流スイッチングイベント中の出力インダクタのフライバックによっても発生する可能性があります。出力を短絡するか、高レベルで低インピーダンスを駆動する。 これらのコンデンサとダイオードが近くにない場合ピンに十分な大きさの部品に電気的過剰ストレスが発生する可能性があります。”
この図の上にある波が２ｍｓの矩形波を現状のLP2020A+の出力回路に入れた時の、純抵抗８Ωの両端に出る電位差波形です。下はその回路です。上の波形の赤〇で囲んだ波形が上に突き出ているのでオーバーシュート、青〇で囲んだ波形が下に付き下がっているのでアンダーシュートと呼んでいます。この図では、グランドに繋がっているSBD（D1,D2)のみありますのでLP2020A+ではアンダーシュート用SBDのみ付いていて、オーバーシュート用SBDは省略されています。
TA2020の説明では、Vddから吊っているSBDはVdd＞１３．５Vのアプリケーションにのみ必要ですと書いているので、ACアダプターのDC出力を見て、１３．５V以下ならVddから吊っているSBDはトライパス社の見解では不要となります。１３．５V以上で必要な理由は何なんでしょう。多分TA2020の回路のVdd周りに関することでしょうけど半導体の設計をやって人なら判るんでしょうね。
車載の場合バッテリーの電圧は新品でも１２．８VMaxですが、ダイナモから１５VMax位は出るので、”ミヤケDENKIのブログ”の三宅さん（以前メールで色々教えて頂いた）が書いているように車載では必須です。
■３）ACアダプターのDC出力の測定
これを測ってみました。先ずは、主音の６２０A用の５A版です。
１２．３４Vですので、Vdｄからのオーバーシュート用SBDは不要です。次は、低音（４３３１A)用の３Aのスイッチング電源です。
１２．１９Vですので、これもVdｄからのSBDは不要です。
■４）LT Spiceでのシミュレーション
これは以下。矩形波の周期は２ｍｓ。LP2020A+はBTL方式なので本来はもう一つのアンプ用に逆相の電圧源を下側のラインに付けて評価するのが正確なのですが、今回は簡易的に１電圧源仕様で評価しています。
真ん中が現状のLP2020A+の出力回路でグランド側のSBD（D1,D4)のみ付いています。左側は、Vdd側にもSBD（D2,D3）を付けたもので、右側はSBDが無い回路です。３条件で出力電圧値は相対値として変化しますが、オーバーシュートもアンダーシュートも同程度です。尚C3＝０．２２μFとしてしまいましたが、本当は０．４７μFです。単なるケアレスミスですが差を見るには充分です。LT Spiceでは差が無いように見えますが必要理由はTA2020側にあるんでしょうね。ここまでの所では改造は不要です。
しかし、当方は実証主義者ですので、改造はやってみようと思います。悪化したら外せば良いだけです。次回は改造後の評価をアップします。
■１）SBD(ショットキーバリアダイオード）
通常のダイオードは、ｐ、ｎ両方の半導体を接合して作ります。従って、ポテンシャル図のｐｎ接合のバンドの曲がり分のエネルギー障壁がありますので、順方向の電位差Vfが比較的高く～０．７V程度あります。SBDはドイツのヴァルター・ショットキー博士の研究を元にして開発されたものでモリブデン（DC/DCコンバータ回路向き）、チタン（バッテリ駆動回路向き）、プラチナ（車載機器向き）、クロム、金、アルミ等のバリアメタルとｎ型（またはｐ型）の半導体の接合を用いたダイオードで、エネルギーバンドの曲がり分の障壁が片側・約半分になりますので、Vf～０．３Vと低くなり、逆方向電流Irも大きくなる。高速スイッチング用に良く用いられますが熱暴走しやすいというデメリットがあります。
■２）TA2020のデータシートからの情報
TA2020のデータシートでは、オーバーシュート・アンダーシュート対策は以下のように書いています。
”同様に、ショットキーダイオードD1、D2、D3、D4は、VDDとショットキーダイオードに対するオーバーシュートを最小限に抑えます。ダイオードD702、D703、D704、D728は、電源グランドに対するアンダーシュートを最小限に抑えます。 最大限に効果的には、これらのダイオードは出力ピンの近くに配置し、それぞれのVDDに戻す必要があります。またはPGNDピン。 ダイオードD1、D2、D3、D4は、VDD> 13.5Vのアプリケーションにのみ必要です。電圧オーバーシュートは、次のような高電流スイッチングイベント中の出力インダクタのフライバックによっても発生する可能性があります。出力を短絡するか、高レベルで低インピーダンスを駆動する。 これらのコンデンサとダイオードが近くにない場合ピンに十分な大きさの部品に電気的過剰ストレスが発生する可能性があります。”
この図の上にある波が２ｍｓの矩形波を現状のLP2020A+の出力回路に入れた時の、純抵抗８Ωの両端に出る電位差波形です。下はその回路です。上の波形の赤〇で囲んだ波形が上に突き出ているのでオーバーシュート、青〇で囲んだ波形が下に付き下がっているのでアンダーシュートと呼んでいます。この図では、グランドに繋がっているSBD（D1,D2)のみありますのでLP2020A+ではアンダーシュート用SBDのみ付いていて、オーバーシュート用SBDは省略されています。
TA2020の説明では、Vddから吊っているSBDはVdd＞１３．５Vのアプリケーションにのみ必要ですと書いているので、ACアダプターのDC出力を見て、１３．５V以下ならVddから吊っているSBDはトライパス社の見解では不要となります。１３．５V以上で必要な理由は何なんでしょう。多分TA2020の回路のVdd周りに関することでしょうけど半導体の設計をやって人なら判るんでしょうね。
車載の場合バッテリーの電圧は新品でも１２．８VMaxですが、ダイナモから１５VMax位は出るので、”ミヤケDENKIのブログ”の三宅さん（以前メールで色々教えて頂いた）が書いているように車載では必須です。
■３）ACアダプターのDC出力の測定
これを測ってみました。先ずは、主音の６２０A用の５A版です。
１２．３４Vですので、Vdｄからのオーバーシュート用SBDは不要です。次は、低音（４３３１A)用の３Aのスイッチング電源です。
１２．１９Vですので、これもVdｄからのSBDは不要です。
■４）LT Spiceでのシミュレーション
これは以下。矩形波の周期は２ｍｓ。LP2020A+はBTL方式なので本来はもう一つのアンプ用に逆相の電圧源を下側のラインに付けて評価するのが正確なのですが、今回は簡易的に１電圧源仕様で評価しています。
真ん中が現状のLP2020A+の出力回路でグランド側のSBD（D1,D4)のみ付いています。左側は、Vdd側にもSBD（D2,D3）を付けたもので、右側はSBDが無い回路です。３条件で出力電圧値は相対値として変化しますが、オーバーシュートもアンダーシュートも同程度です。尚C3＝０．２２μFとしてしまいましたが、本当は０．４７μFです。単なるケアレスミスですが差を見るには充分です。LT Spiceでは差が無いように見えますが必要理由はTA2020側にあるんでしょうね。ここまでの所では改造は不要です。
しかし、当方は実証主義者ですので、改造はやってみようと思います。悪化したら外せば良いだけです。次回は改造後の評価をアップします。
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