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自動車の電源変動とサージ電圧
2023/10/14 12:44
- 自動車の電源変動とサージ電圧について知りたいです。
- 自動車の電子機器を製作しており、電源のクランプ保護回路に問題があります。
- 自動車の電源に起因した不具合が発生してしまいました。
自動車の電源変動とサージ電圧
2005/04/27 14:32
普通乗用車を標準として考えていますが、自動車の電源電圧変動とサージ電圧（電流）の状況、実測データ等をお持ちの方、又はこの方面に精通されえいる方がいらっしゃいましたら、ご回答をいただけますでしょうか。
自動車に搭載する電子機器を製作しています。
自動車からの電源が入ってくるところに、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２Ｖから５Ｖ）があり、直列抵抗（４７オーム）とチェナーダイオード（２７Ｖ用）でクランプする保護回路を入れているのですが、ＤＣ／ＤＣコンの先にあるＩＣが焼損する事故がありました。自動車の発電機は２０Ｖ以上の電圧は発生しないと聞きましたが、３０Ｖ以上の電圧が一瞬でしょうが、印可されたとしか思えないのです。このようなことが起こる可能性はありますか。
（１）自動車の電源のサージについて、教えてください。
（２）自動車搭載電子機器電源部の保護回路アイデアをご教授ください。
質問者が選んだベストアンサー
(1) 車載機器が影響を受けるノイズ
a. イグニッションノイズ：立ち上がりが速く、エネルギーが小さい
b. 電源リップル：エンジン回転に同期して、オルタネータから発生
c. 負荷変動によるサージ：電圧は低いが、エネルギーは大きい
d. ESD：車載装置で最も深刻
e. その他
aはオーディオ機器のノイズ源となることが多く、本件のようなICの焼損の原因とは考え難いです。bも関係なさそうですね。
cの事例として、インパルスノイズシミュレータにてノーマルモード2000V×1μsに耐えた装置が、数十Vのサージで壊れたことがあります。パルス幅が数msと桁違いに長いため、電源部の電力破壊でした。しかし、電源二次側には異常なく、本件の故障現象とは違います。#5さんのご指摘や、一次側からの回り込みが考えられます。
dは電源周辺とは関係ありませんが、これが最も怪しいと思います。ESDで素直に壊れた場合は焼損はありませんが、リーク故障の場合は大電流による焼損があります。破壊まで進行しなくても、ラッチアップで大電流が流れると、最終的には同じように故障します。厄介なのは半殺し状態で、すぐに故障現象が現れずに何食わぬ顔で正常動作する場合です。故障時点が特定できないことがあります。
私の感覚では本件の原因は、
a－5％ b－10％ c－25％ dー50％ e－10％
という感じです。
(2) 対策
> 電圧がかかっても大丈夫な回路のモデルかなにか。ご存じありませんか。
> 教えて頂けますか。
まず原因を特定しないと、適切な回路を選択できないと思います。サージ、電流の侵入経路、故障モード（少なくとも、電圧、電流、電力のいずれであるかは推定しておきたいところです）により、有効な手段が違います。
故障したICを製造元に返却し、故障解析を依頼されては如何でしょうか。故障モードから原因を推定して、実験で検証して対策を考える、これが正道だと思います。
私は急ぐときには自分で開封することもありますが、ESDの疑いがある場合は、必ず外部に依頼します。前述のように、一見過電流破壊に見えるものがあり、判別が自信を持てないためです。
cの事例では、保護用定電圧ダイオードと入力抵抗の電力定格が大きいものに変更して、解決できました。しかし、常にこの方法が有効とは考えていません。
dの場合、放電経路を設けるような回路での対策もありますが、実装方法や帯電防止材料と組み合わせることなども併せて検討する方が効果的です。
アドバイス以上のことは、述べられないご質問だと思います。
ご丁重な返信をありがとうございました。
原因が解れば7～8割は終わったようなもの、と常々考えていますが、遅いのと速いのが両方で悪さをしていたのだと、調べるのも大変だったでしょう。
もう一息、頑張って下さい。
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その他の回答 （6件中 1～5件目)
自動車のサージは短時間のものでしょう、ＤＣ／ＤＣコンの入力に積分回路でも入れれば、改善されると思われます。
車体側 － Ｒ ┳ ＤＣ／ＤＣコン
┃
コンデンサー
┃
ＧＮＤ
自動車のサージは他にもあります、（ＤＣ／ＤＣコンの先にあるＩＣが焼損）このＩＣは外部に接続されていませんか？？
あれば、誘導なども考えられます、サージですので、短時間で５０Ｖとか
それ以上の電圧がかかっても大丈夫なような、回路構成にされては？？
上記の回路でいいのでは？？
Ｒをコイルに変えればもっと効果的ですが、コストとスペースの兼ね合いですね。
私は気になっているのは、ツェナーとＤＣ／ＤＣコンが無事で、ＩＣが損傷している場合がある点です。
>>外部に、電流はほとんど流れませんが、こちらの電子機器からオープンコレクタで出力している端子が、１本あります。
この出力はダイオードで、電源にクリップしていませんか？？
もしされていれば、その先の負荷はＨＩインピーダンスでも誘導で振られて
電源電圧を引き上げてしまう事もあります。
お礼
2005/04/28 18:14
ご回答を、ありがとうございます。
外部に、電流はほとんど流れませんが、こちらの電子機器からオープンコレクタで出力している端子が、１本あります。
しかし、焼損したＩＣからの出力ではありません。
あのー、しつこいようですが、、、。
電圧がかかっても大丈夫な回路のモデルかなにか。ご存じありませんか。
教えて頂けますか。
サージアブソーバ（サージキラーとかいろいろ言いますね）を
入れるのがよろしいかと。
お礼
2005/05/06 04:24
ありがとうございます。
実験してみます。
そんな例もあった、という程度の話ですが。 車載エアコンのスイッチングリレーで発生したサージで電気回路を破壊されました。 原因を探ろうと、いくつかの車両でサージを実測したのですが、正確な数字を失念してしまいました。30、40Ｖなどという数値ではなく、遥かに高かったです。 電気回路設計の担当者にサージキラーを作ってもらったのですが、専門外のため中身は知りません（た、頼りない・・・）
誤解を与える表現をしてしまい、申し訳ありません。
クルマ側の電装系とは直接関係ない外部機器です。 電源のみ、バッテリーから直接取っていたのです。 クルマ側でもサージ対策してあるはずですよね・・・と思ったのですが（だってこれでは河豚が自分の毒で死ぬような気が）、このようなサージの回り込みは往々にして起こりうる、と説明を受けました。
何しろ電気は専門外で、明快な回答できず申し訳ないです。破壊といってもどの素子がどのように壊れたのか、不明です。
お礼
2005/04/28 09:05
ご回答をいただきまして、ありがとうございます。
３０Ｖ程度の耐圧では、壊れてしまう場合があると云うことが解っただけでも
ありがたいことです。
しつこいようですが、、、。
「車載エアコンのスイッチングリレーで発生したサージで、電気回路を破壊」
とありますが、この「電気回路」は車載エアコンの電気回路でしょうか。それとも自動車に搭載されていた、ほかの何かの電子機器回路でしょうか。
「車載エアコン」だけが壊れたのか。それとも他の車載電子機器にもトラブルが起こったのか。ご回答をお願いできますでしょうか。
よろしくお願いいたします。
ＲＳ４８５の通信回路でですが､通信ＩＣ（受信）の入力にツェナーダイオードを保護として乗せた時に同様にＩＣが燃えたことがありました｡
やはり､高い電圧のかかる要因が見つからなかったです｡
この時､ツェナーダイオードは導通破壊されておりました｡
もしくはＩＣは無事でツェナーダイオードは導通破壊の場合もありましたが､逆はありませんでした｡
今回ツェナーダイオードは無事だったのですか？
故障の有無によって電圧の高さがだいたい判定できると思いますが｡
お礼
2005/04/28 09:35
ご回答を、ありがとうございます。
私どもの状況は、ツェナーダイオ－ドとＩＣの間にＤＣ／ＤＣコンが入っているので、少し複雑な組み合わせになりますが、。 大別すると２例です。
（１）ツェナー破壊。ＤＣ／ＤＣコン破壊。ＩＣ破壊。
（２）ツェナー無事。ＤＣ／ＤＣコン無事。ＩＣ破壊。
故障の事例がたくさんあるわけではない（大トラブルにはなっていない）のですが、技術者としては、また起こる可能性をつぶしたいのです。
ＤＣ／ＤＣコンは３７Ｖ耐圧。ツェナーは２７Ｖ耐圧。
２７Ｖ以下のサージ電圧がＤＣ／ＤＣコンを通り抜ける。ということであれば、ＤＣ／ＤＣコン・メーカーに質問すべきですね。
ありがとうございました。
ＤＣ／ＤＣコンバータの入力にチェナーダイオードで保護回路が入っているんですよね？？
このＤＣ／ＤＣコンバータの最大入力電圧は、２７Ｖより高いですよね？？
>>ＤＣ／ＤＣコンの先にあるＩＣが焼損
この時、チェナーダイオードなりＤＣ／ＤＣコンバータは無事だったのですか？？
保護回路が正常動作すれば、３０Ｖでも問題ないはずですね、であるならば問題（ＤＣ／ＤＣコンの先にあるＩＣが焼損）は、電源では無いのでは？？
自動車の発電機は、レギュレターが故障すると２０Ｖ以上発生します
これはバッテリーが正常でも起こりえます、実測体験済み！
レギュレターが故障すると、発電量が最大になる事がある、これによりバッテリーの過充電、この状態が長時間続くと電圧の上昇が確認されました。
お礼
2005/04/28 09:48
ご回答を、ありがとうございます。
ツェナーは２７Ｖ耐圧。ＤＣ／ＤＣコンは３７Ｖ耐圧。その先にあるＩＣが焼損しました。ツェナーも、ＤＣ／ＤＣコンも焼損した場合もあります。
（１）自動車のトラブルで、電圧が上昇するときは、何ボルトくらいまで上昇するのでしょうか。
（２）サージというのは、どのような電圧波形なのでしょうか。
どのくらいの時間、高電圧がかかるのでしょうか。
自動車のサージに関するモデルが、どこかにありませんでしょうか。ご存知ありませんか。
お礼
2005/05/06 04:21
ご回答をありがとうございます。
自動車バッテーリーからの電源に、msオーダーのサージが印可されたらしいことは、ほぼ間違いないと思います。これから、実証試験をやります。
アマチュア無線の電波（今回の実験は１４４ＭＨｚ帯と４３０ＭＨｚ帯のみ。出力は数Ｗ）でＦＰＧＡが誤動作することも、確かめました。
これも怖い状態で、車の電源を電磁波が伝わっていたずらします。コンデンサ系のフィルタでは何を使っても止まりませんでしたが、インダクタ系の広帯域フィルタで解決できました。しかし、サージがこのインダクタ系のフィルタで止まるかは、これから実験します。
焼けたICは海外製で、テクセルという代理店を通しての、詳細な回答はえられず、やけ切れているので保護回路を入れろと云ったような回答でした。＜ヒドイ＞