SiC-SBDとSiC-MOSFETで5v安定化電源

# 概要

SiC-SBDとSiC-MOSFETで5vのフィードバック型安定化電源を作ります。
一応、オーディオ向け電源ということになります。
[NanoPi-NEOとMPDとLCDとI2S-DACとTDA7297で音楽再生サーバ(完全体)](https://qiita.com/blue-7/items/07ad5661607799053d44)とかの電源として利用可能です。

# それぞれの特徴

## SiC-SBD

- 逆回復時間(Revere recovery time)が短い(音に効く)
- 順方向電圧(Vf)は大きめ(電圧ドロップが大きい)
- ピーク順方向サージ電流は小さめ(トランス強力でコンデンサ容量多くすると、爆発したりする)
- 値段が高い (普通の整流用ダイオードは5円とかだけど、これは240円～)

参考:
http://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/sic/s-sic/03-s-sic/4656

代表例：
Infineon IDH04G65C6 (第６世代)
Infineon IDH03G65C5 (第５世代)
[Rohm SCS106AGC](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06319/)


## SiC-MOSFET

- 入力容量Cissが小さく高速動作可能(音に効く)
- Vgs がかなり高い
- Vds もちょっと高い
- 値段が高い (普通のFETは30円～とかだけど、これは800円～)

代表例：
[Cree C3M0280090D](https://jp.rs-online.com/web/p/mosfet-transistors/9158842/)
[Rohm SCT2450KE](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09159/)


※MOSFETの最新素材として、[GaN](https://jp.rs-online.com/web/p/mosfet-transistors/8829834/)もあります。

# 実装

## 回路図

SiC-MOSFETのVgsが高めなので、倍電圧回路組んで駆動用に回します。

<img width="853" alt="20180224_175906.PNG" src="https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/772e8206-86f1-5077-04f9-78c867a40fd7.png">

## BOM (Bill Of Material)

一例です。
出力電圧調整は、特性のバラつきを利用して、J1とD1を目標電圧に近くなるように選別し調整することになります。
J1=2SK369vの場合、D1は、4.2vや4.1vのほうが良いかもしれません。

|Symbol|Description|パーツ型番例|値段|
|:--|:--|:--|--:|
|D1|ツェナーダイオード 4.3v|[Vishay TZX4V3C-TR](http://jp.rs-online.com/web/p/zener-diodes/8185073/)|¥4.19 x1|
|D2,D3,D4,D5,D5,D6|SiC-SBDダイオード|[Infineon IDH03G65C5](https://jp.rs-online.com/web/p/rectifier-schottky-diodes/8922122/)|¥252 x6|
|J1|J-FET 7~10mA程度|2SK246BLなど|¥30 x1|
|Q1|NPN 小電力トランジスタ|[2N2222A CANタイプ](https://www.digikey.jp/product-detail/ja/stmicroelectronics/2N2222A/497-2598-ND/603623)|¥260 x1|
|M1|SiC-MOSFET|[Cree C3M0280090D](https://jp.rs-online.com/web/p/mosfet-transistors/9158842/)|¥476 x1|
|C7|ツェナー用|[0.1uF 630v X7R](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-10149/)|¥20 x1|
|C6|反応速度調整用。発振しない容量で。～0.1uF|-|
|C1,C2|平滑用|[LXJ 8200uF 16v](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05733/)|¥50 x2|
|C4,C5|平滑用|[LXJ 2200uF 35v](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05752/)|¥50 x2|
|C3|平滑用|[MUSE KZ 220uF 50v](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04616/)|¥60 x1|
|C11,C13|デカップリング用|[4.7uF 25v X7S](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-09481/)|¥20 x2|
|C9,C10,C12,C8|デカップリング用 |[0.1uF 630v X7R](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-10149/)|¥20 x4|
|R1|電圧検出用|[1kΩ](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03375/)|¥3 x1|
|-|基板|[Ｃタイプ 72x47.5mm](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00517/)|¥60 x1|
|-|SiC-MOSFET用|[ターミナルブロック　３ピン](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01307/)|¥30 x1|
|-|電源ライン用|[ターミナルブロック　２ピン](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-01306/)|¥20 x2|
|-|J1,C6乗せ換え用|[ピンソケット](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gC-03138/)|¥50 x1|

## 基盤レイアウト例

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/66c091be-322b-8330-db32-b3402ed9e468.png)

## 完成図

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/7f4d36f2-a08b-c9f6-6686-c0f4a5bafc88.png)

# 測定

トランスは、[115v → 9v 25VA](https://jp.rs-online.com/web/p/toroidal-transformers/6719075/)を使用。
出力素子はMOSFETであれば、SiCである必要がないので、手持ちの2SK3163もついでに計測。

## C6の容量と電圧波形

100mA → 200mA の負荷変動時の波形。
変動負荷は、2SK2232をオシロのプローブ調整用矩形出力使って駆動。
Ch1は出力。
Ch2は変動負荷用の2SK2232のゲート電圧。

### なし

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/e05c1003-9235-5ddb-2d67-113ad187284c.png)

### 2700 pF

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/60f13494-deee-cab5-2bca-ff6ce0376013.png)

### 0.1 uF

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/c8aff95b-7b3b-7dcb-4386-c629cd16df7d.png)

### 1000uF
ついでに実施。スケール変わっています。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/f3aaefb7-11f0-aa87-6a88-ec0a23fb95a5.png)

ここまで容量を大きくすると、ノンフィードバック電源の特性になってきます。

## 出力デバイス変更時の挙動

### 固定負荷

C6は無し で計測。

|Load|20Ω (250mA)|10Ω (500mA)|5Ω (1000mA)|
|:--|--:|--:|--:|
|Cree C3M0280090D|5.064 v|5.048 v|5.022 v|
|Rohm SCT2450KE|5.060 v|5.038 v|4.944 v|
|Renesas 2SK3163|5.056 v|5.045 v|5.020 v|

結構いいんじゃないでしょうか？

### 動的負荷変動

50Ω(100mA) → 25Ω(200mA)の負荷変動時の波形。
変動負荷は2SK2232のゲートをオシロのプローブ調整用矩形出力へ接続して実施。
Vccと2SK2232のDrainに50Ωを繋げば、オシロの矩形High期間が25Ω相当になる。

#### Cree C3M0280090D

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/7180c3de-449c-e1ea-9243-c9ff4e7df0e9.png)

#### Rohm SCT2450KE

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/95cdc0b4-c61b-f429-2faa-a66159ed8340.png)

#### Renesas 2SK3163

![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/2894bb32-29a7-688d-039d-12d924a121c0.png)


#### [NJM7805](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08678/) (比較用)

※垂直スケール 10mv/divです
※水平スケール 8us/divです
![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/09777617-e54c-9446-e81c-bb0bcbc13077.png)

#### [LM350](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00159/)(比較用)

※水平スケール 8us/divです
![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/01fa60dc-6bb7-112b-99e1-761a231dacd0.png)

#### [LM338](http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00158/)(比較用)

※水平スケール 8us/divです
![image.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/187531/987260dd-041c-a82c-4552-56b7ee64dd3c.png)


# おわりに

- 100v 使うので安全確保の上、自己責任にてお願いします。
- ループ回路があるため、発振する場合があります。必ず測定の上ご利用ください。
- 過電流保護回路等ありませんので、理解した上でご利用ください。
- 特に、フィードバック系の故障・接触不良・はんだ不良等は、入力電圧がそのまま出る場合がありますので、覚悟してください。

# おまけ

素子変えつつ計測していたら、いろいろ大変なことがありました。

- 出力をショートさせていて、SiC-SBDのハンダがメルトダウン。それでも壊れなかったSiC-SBDすごいですね。
- 2N2222A x1 昇天。電源入れたまま素子交換したら死にました。このとき出力10v出ました。
- Zenarダイオード x2 昇天。電源入れたまま素子交換したら死にました。故障モードは、OpenとShortの2パターンありました。Openの場合は、10v出ました。
- 倍電圧回路の出力は、24vくらいになるので触るとピリピリします。

やるときは電源切ってやろう！みんなも気を付けて！