三端子レギュレータの焼損について

質問

皆様のお知恵をお借りしたく、質問させていただきます。

三端子レギュレータが焼損してしまいました。
入力端子での焼損です。
このような場合の原因として考えられることとして、出力側での過電流で入力端子の焼損は考えられるのでしょうか？
もし、出力側の要因ではなく入力側だとしたら、どのような原因が考えられますでしょうか？

どうかよろしくお願いします。

回答No.8

esezou · ベストアンサー

jari221さん、こんにちは。

>フィルターの定格がmax10Vということですが、そこに常時12Vを加えて問題は無いのでしょうか

ダメですね。一般に電子部品は定格の５０％以下で設計するのです。

>フィルターは、接続機器のレギュレータの前段に入れるべきではないかと考えます。電源回路の出力の前段に入れてあるのは、意味がわかりません。

というか、３端子レギュレータの後段にこのようなローパスフィルタを入れる意味はありません。
３端子レギュレータは十分なラインレギュレーションを持っていますのでこのまま使うのがベターで、もっと高度なノイズ、リップル性能が必要なら、他の方法（３端子でないレギュレータ）を採用すべきです。

後から追加情報が次々出ますが、現時点で、
コイルのショートによる過電流による加熱による焼損と判断します。
ダメダメ＾３　設計ですね（笑）。

改善案：コイルのフィルタは取り去るか、電流電圧定格を見直す。
　　　　放熱板をつける。
　　　　パタンを太くする。

お礼

お返事が遅くなって申し訳ありません。

ローパスフィルタの意味は、やはりよくわかりません。
ただ、この基板に関してはその後変更が加えられ、フィルターの代わりに、チップフェライトビーズに置き換わってます。
やはり、他でも何か問題が発生していたのかもしれないですね。

いろいろ、ありがとうございました。
本当に助かりました。

回答No.7

esezou

jari221さん、今晩は。
現物を触らないでの判断は困難ですが、書かれた情報が全てだとすれば、
コイルが突入電流で部分短絡、３端子レギュレータの熱破壊、でしょうか。

実験されたように、通常ショートに対しては過電流保護または温度監視が働くので、
仮に放熱が不十分でも破壊モードに至る事は少ないです
（事例が無いわけではない）。

構成を十分理解してないのですが、機器は＋１２Vから±１２（±５）を発生しているということですか。

一般に３端子レギュレータの出力にコイル（ここではフィルタ）や、ＤＣＤＣコンバータを入れることは、
３端子レギュレータの位相条件を良く調べ、発振等のモードに至らないよう慎重な使い方が必要ですが、
質問者さんの事例で３端子レギュレータは発振（軽いものも含む）してませんか。

私も質問者さんの実験結果だけでは、なぜ故障に至ったか結論を出せません。

疑わしきは、
（フィルタ）コイルの定格不足
フィルタまたは後段の回路（DCDC？）と３端子レギュレータの（インピーダンスや位相）マッチングあるいはアイソレーション（？）不足。

この位置に（フィルタ）コイルを入れる意図は何でしょう？
３端子レギュレータの前か、ＤＣＤＣ（？）の後が良いのでは？

補足

esezouさん、お返事をありがとうございます。

すいません、回路についてもう一度まとめてみたいと思います。

　　　　　　　　電源基板

+21V━━レギュレータ━━+12V━━フィルタ━｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コネクタ━━ケーブル━━接続機器へ
-21V━━レギュレータ━━-12V━━フィルタ━｜

　　　　　　　　　接続機器

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜━━+12V━━レギュレータ━━+5V━━｜
電源回路から━ケーブル━コネクタ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　可変抵抗━出力
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜━━-12V━━レギュレータ━━-5V━━｜

　　　　　　フィルタの内部回路

input━━コイル━━コイル━━outpur
　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　コンデンサ
　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　GND

フィルタはMEM2012T25R0で定格電圧はmax10V、定格電流はmax150mAです。
焼損したのは電源基板の+21Vを+12Vni変換するレギュレータです。
昨日のその後の実験で、電源基板に+21Vが供給されている状態で、接続するとレギュレータの出力端子でmax1Aの突入電流が確認できました。
あと、+12とGNDをショートさせたときに、レギュレータの出力端子でmax5Aの突入電流が確認できました。

さらに、+12Vと-12Vをコネクタ部分でショートさせたところ、瞬間的なショートでは火花が飛ぶだけですが、ずっとショートさせていたら5秒ほどで音がして異臭がしましたので、確認したところ、+21Vから+12Vへ変換する問題となったレギュレータの入力端子部分で焼損が確認できました。
さらに+12V系のフィルターも入出力端子とGND間のインピーダンスが50Ω程度に低下していました。

フィルターの定格がmax10Vということですが、そこに常時12Vを加えて問題は無いのでしょうか？
さらにフィルターは、本来なら接続機器のレギュレータの前段に入れるべきではないかと考えます。
電源回路の出力の前段に入れてあるのは、意味がわかりません。

回答No.6

himara-hus

＃４です。
＞放熱に関しては、ファンなど特別対策をしているわけではありません。

　と言う書き方は、放熱対策など何も考えていないと言うことでしょうね。
　常時５Ｗ近くの熱と言うのは、かなりの放熱フィンに取り付けるか、ファンが必要です。フィンも取り付けていないとしたら、間違いなく温度上昇でチップが焼損しています。

　また、壊れたチップの特性を図っても何も分りません。分るのは壊れていることだけです。
　熱でショートするところも有れば、断線するところもあります。

補足

お返事ありがとうございます。

このレギュレータのついている基板は、リアパネルの端子基板ですから、比較的外部にある（といっても筐体に囲まれてますけど)ために、放熱処理をしてないようです。

下記の補足でも書きましたが、400mAの消費電力は+12Vと-12Vの2系統の電源が供給され、その合計が400ｍAであると思われます。

そうしますと、+12V系では200ｍAと考えるのは単純でしょうか？

あと、本日レギュレータを交換して、機器を接続してテストしてみました。
入出力端子とGNDが短絡したフィルターをそのままつけてテストしましたが、電圧は出力されませんでしたがレギュレータに異常はありませんでした。
レギュレータ内部の保護回路が働いたため、と思われます。

電流値等については、計測機器が手配できなかったためまだ測定できておりません。

回答No.5

esezou

jari221さん、こんにちは。
「消費電力４００ｍAの機械」
一般に消費電流＝定常電流（ＤＣ）と理解します。
一般論として、ピーク電流は、定常電流の２ないし３倍とります（インダクタを使わない場合）。
事実、手元にある機器は、定常時０．２Ａですが、起動時ピークで０．８Ａ流れます（インダクタ含む）。
機器を設計したら、ピーク電流を測るのは、基本中の基本、そのために（リミッタ付き）実験電源があるのです。

そうでなくとも、電源機器は定格いっぱいの設計をしてはなりません。
安全係数（ディレーティング）は、０．５以上とるべきです。
今回の場合、レギュレータの定格は、２Ａ以上が普通の設計でしょう。

追実験結果をお待ちしてます。

５Ｗ弱の電力に対する放熱はどのようにされていますか。
＃情報は全て出す

お礼

esezouさん、返答が遅くなって大変申し訳ありませんでした。
補足が、一回の回答につき1度しか使用できないことも知りませんでしたので、お礼欄を使用して今回調べたことをお知らせします。

まず、機器への電流を計測してみました。
　　+12V系の機器接続コネクタ部分でmax200ｍA(突入電流)、通常20mA
それから、焼損したレギュレータを交換して、そのレギュレータの電流を計測してみました。
　　レギュレータ出力端子部分でmax360mA(突入電流)、通常50mA

-12V系も機器内部の回路は-12V系と一緒ですからmax200mA、通常20mAと考えられます。
そうすると、最初に言った消費電力ですが、単位がmAなのはおかしな話で、誤植ではないか、と思われます。
これをmWと解釈すると、40mA×12V＝480mWで、大体、数値としては合いますね。

ですから、電源供給としては、余裕のある数値だと思います。

あと、補足で書いたフィルターの短絡ですが、これもそのフィルターをつけたままテストしましたが、レギュレータの保護回路が働いて、電流は流れませんでした。
ショートしたフィルターを正常なフィルターに戻すと、レギュレータは壊れておらず、上記の数値を出しました。

こうなると、なぜレギュレータが焼けてしまったのか、理由がわからなくなってしまいました。

補足

お返事ありがとうございます。

今日は、接続する機器が手配が出来ずに、接続試験が出来ませんでした。
試験は週明けの月曜日になります。
機器の回路図は手に入りましたので、調べてみました。

接続する機器は、電源として±12Vを使用しています。
その電源をレギュレータでそれぞれ±５Vに変換して使用してます。
その後の回路は
+5V　━━　可変抵抗　━━　-5V
　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　出力　
この回路が7個並列に接続されています。
回路自体は非常に単純な機械です。

前回の補足で消費電力が400mAということでしたが、電源が±の二系統ですから、+12V系統では概算で半分の200mAと計算するのは間違いでしょうか？

あと、ICの交換は行ってみたのですが、交換後に接続機器のコネクタ部分で出力電圧を測定したところ、出力がありませんでした。
調べたところ、レギュレータの出力と端子の間に、フィルターがあるのですが、そのフィルターの入出力端子とGND間でショートしていました。

＋21V　━━　レギュレータ　━━　フィルター　━━　+12V端子

フィルターを基板から外して入力と出力を短絡してテストしたところ、電圧は正常に出力されるようになりました。

フィルターの内部回路は以下のとおりです。

入力　━━━コイル━━━コイル━━━　出力
　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　コンデンサ
　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　GND

フィルターは、IC交換前から壊れていたのかは不明です。
フィルターの定格電圧は5Vdc,定格電流150mAdcです。
レギュレータの損傷とフィルターの損傷に因果関係はあると思いますが、どちらが先かを判断するのは、難しいでしょうか？

放熱に関しては下記のお答え頂いた方への補足内容に記入してあります。

回答No.4

himara-hus

＞ICはNJM78M12DL1Aで、+21Vを+12Vに変換するための回路で用いてます。
＞出力側にある機器を接続したところ、焦げ臭いにおいがしたので調べたところ、ICが焼損してました。
＞負荷ですが、消費電力４００ｍAの機械とオペアンプが15個です。
＞合計442ｍAですから、

　上記内容から、３端子レギュレータは、９Ｖ＊０．５＝４．５Ｗの
消費をしています。放熱が十分にされていないと焼損します。
　焦げ臭い臭いからまず間違いないでしょう。

＞入力端子付近の焼損で入力側の破壊と考えましたが、これは間違いでしょうか？

　これは、関係有りません。
　３端子レギュレータ内のチップで発熱しており、入力端子側が３端子の中では熱伝導が一番良くて、そのあたりの焼損が激しく見えるだけです。

補足

お返事、ありがとうございます。
放熱に関しては、ファンなど特別対策をしているわけではありません。
ただ、基板自体は特別熱のこもる場所ではありませんが、今回焼損したレギュレータを含めて、レギュレータが４こ並べて基板上に配置されています。

正常なレギュレータと今回焼損したレギュレータをテスターであたってみたところ
正常　INPUT-OUTPUT　14.13MΩ
　　　OUTPUT-GND　　5.4KΩ
　　　それ以外は、無限大（30MΩ以上）
損傷したIC（入力pinが折れてしまいましたのでICの焼けただけれた端子あたりで測定しました）
　　　INPUT-OUTPUT　470Ω
　　　INPUT-GND　　　15Ω
　　　OUTPUT-GND　　470KΩ
という値でした。

入力側の抵抗値が低くなっていることから、入力側の損傷と考えるのは短絡的でしょうか？

もし、判別の方法がありましたら、お教え願えますでしょうか。

よろしくお願いします。

回答No.3

esezou

jari221さん、こんにちは。

このレギュレータは定格０．５A出力で、１Aでリミッタが効くようです。
温度保護は入っていますが、放熱が十分でない場合、また出力過電流で瞬時に壊れることが全く無いわけではありません。
特に出力機器が負電源を持っていて、これにショートした場合など。
あるいはコイルなど誘導性の負荷の場合。
負荷がＳＷレギュレータなど。
＞入力端子付近
基板のパタンではないのですか？パッケージが焦げているのですか。

原因を切り分けるために、次のことを実効してください。
ＩＣを交換し再度行う、オペレーションミスでないことの確認。
リミッタ付き実験用電源にその負荷をつなぎ、突入電流等諸特性を観測する、負荷に問題がないか確認。
別の、同じ種類の電源をつなぎ再実験する、その基板固有の問題かどうか見分ける。

実効結果を報告し、再質問ください。

ここの掲示板は専門の方も多く見てますし情報は小出しにされない方が良い回答が得られると思います。

補足

お返事ありがとうございます。

まず焼損の場所ですが、わかりにくい書き方をして申し訳ありませんでした。
入力端子というのはレギュレータの入力端子のことです。
つまり、レギュレータの入力端子付近（端子、IC本体、その周辺の基板）が焼損してます。

ICの交換については、部品を手配してテストしてみます。
負荷ですが、消費電力４００ｍAの機械とオペアンプが15個です。
1回路あたりの最大消費電流が無負荷で2.8ｍAですから、計42ｍAです。
合計442ｍAですから、かなりmaxに近い値だと思います。

回答No.2

esezou

jari221さん、こんにちは。
「焼損」という意味が判りませんが。
入力側の破壊と判断した根拠は何でしょうか。
古典的なレギュレータＬＭ３０９の等価回路とデータシートを見てみました。
入力電圧の絶対最大定格３５Ｖを超えた位しか思いつきません。
入力側はＮＰＮのコレクタ、ＰＮＰのエミッタ、保護ダイオードが繋がっています。
壊すには過電圧と考えるのが妥当です。
サージ電圧かＡＣリップルでもあったのでしょう。
新しいレギュレータは出力側に電流、電圧、温度に対し保護回路が入っていますのでショート等で壊す方が難しい位です。
なおＩＣの不漁は０ではなく、実装不良もありえます。
結論：入力の破壊は過電圧。

補足

さっそくのお返事ありがとうございます。

焼損は写真を添付できれば一番いいのですが、入力端子付近が焦げてしまってます。（端子、IC本体の入力端子のあたり）

ICはNJM78M12DL1Aで、+21Vを+12Vに変換するための回路で用いてます。
出力側にある機器を接続したところ、焦げ臭いにおいがしたので調べたところ、ICが焼損してました。

入力端子付近の焼損で入力側の破壊と考えましたが、これは間違いでしょうか？

回答No.1

kobochan

自分だけしか解らない状況の質問には、誰も答えられない。
この状況では、回路が間違っている。　誤配線が正解としか答えようが無い。
本心で解決したければ、なぜ詳しく書けないのかな。
自分が逆の立場なら、どうしますか？