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動作周波数を調整可能な高電圧同期整流式電流モード降圧コントローラ
LT3845A 動作周波数を調整可能な 高電圧同期整流式 電流モード降圧コントローラ 特長 概要 高電圧動作:最大60V ■ 最大600kHzまで同期可能 ■ 調整可能な固定周波数:100kHz∼500kHz ■ 出力電圧:最大36V ■ 電流制限時の安定動作 ■ 適応型の非オーバーラップ回路により、 スイッチのシュートスルーを防止 ■ 不連続動作用の逆インダクタ電流禁止機能により、 軽負荷時の効率が向上 ■ プログラム可能なソフトスタート ■ 無負荷時の消費電流:120μA ■ シャットダウン時の消費電流:10μA ■ レギュレーション精度:1% ■ 標準ゲートNチャネル・パワーMOSFET ■ 逆過電流保護 ■ 熱特性が改善された16ピンTSSOPパッケージ LT®3845Aは、 中電力から高電力までの高効率電源に使用さ れる高電圧、 同期整流式、電流モード・コントローラです。 この デバイスは4V∼60Vの広い入力電圧範囲(最小起動電圧は 7.5V) で動作します。 内蔵のレギュレータはVINから直接デバイ スに電力を供給することによってバイアス要件を簡素化します。 ■ LT3845Aは、 消費電流を120μAに低減して軽負荷時に高効率 また、不 を維持するBurst Mode®動作機能を搭載しています。 連続動作をサポートする逆インダクタ電流禁止機能により、 軽負荷時の効率が向上します。 調整可能な固定動作周波数は外部クロックに同期可能なの で、 ノイズに敏感なアプリケーションに対応できます。 さらに、 大型NチャネルMOSFETをドライブできるゲート・ドライバ、高 精度の低電圧ロックアウト機能、10μAのシャットダウン電流、 短絡保護、 プログラム可能なソフトスタートなどを特長として います。 アプリケーション LT3845Aは熱特性が改善された16ピンTSSOPパッケージで 供給されます。 2Vおよび42Vの車載機器および重機 ■ 48Vテレコム電源 ■ アビオニクスおよび産業用制御システム ■ 配電コントローラ ■ L、LT、LTC、LTM、Burst Mode、Linear TechnologyおよびLinearのロゴはリニアテクノロジー 社の登録商標です。その他すべての商標の所有権は、それぞれの所有者に帰属します。 5481178、6611131、6304066、6498466、6580258を含む米国特許により保護されています。 標準的応用例 48Vから12V/75Wの高電圧降圧レギュレータ 0.1µF 2.2µF 100V 1M 47µF 63V VIN 1500pF 20k 100pF 143k 2200pF 49.9k 100 BOOST Si7370DP TG SHDN LT3845A CSS SW BURST_EN VCC VFB BG VC PGND SYNC SENSE+ fSET SENSE– SGND BAS521 15µH Si7370DP 0.008Ω B160 VOUT 12V 75W 33µF ×3 7 VIN = 48V 95 6 90 5 85 4 80 3 2 75 POWER LOSS (W) 82.5k 16.2k 効率および電力損失と 負荷電流 EFFICIENCY(%) VIN 20V TO 55V LOSS 1 70 1µF 65 0.1 1N4148 3845A TA01a 1 LOAD CURENT (A) 10 0 3845A TA01b 3845afa 1 LT3845A ピン配置 絶対最大定格 (Note 1) 入力電源電圧(VIN)............................................................ 65V 昇圧電源電圧(BOOST)..................................................... 80V スイッチの電圧(SW) (Note 8)................................ 65V~−2V 昇圧電圧差(BOOSTからSW)............................................ 24V バイアス電源電圧(VCC).................................................... 24V SENSE+、SENSE−の電圧 .................................................... 40V 差動検出電圧(SENSE+からSENSE−)...................... −1V~1V BURST_ENの電圧 ............................................................... 24V SYNC、VC、VFB、CSS、SHDNの電圧 ......................................... 5V SHDNピンの電流 ............................................................... 1mA 動作接合部温度範囲(Note 2) LT3845AE(Note 3)........................................ −40℃~125℃ LT3845AI ....................................................... −40℃~125℃ LT3845AMP ................................................... −55℃~125℃ 保存温度........................................................... −65℃~150℃ リード温度(半田付け、10秒)..........................................300℃ TOP VIEW VIN 1 16 BOOST SHDN 2 15 TG 14 SW CSS 3 BURST_EN 4 VFB 5 VC 6 11 PGND SYNC 7 10 SENSE+ fSET 8 9 17 13 VCC 12 BG SENSE– FE PACKAGE 16-LEAD PLASTIC TSSOP TJMAX = 125°C, θJA = 40°C/W, θJC = 10°C/W EXPOSED PAD (PIN 17) IS SGND, MUST BE SOLDERED TO PCB 発注情報 鉛フリー仕様 テープアンドリール 製品マーキング* パッケージ 温度範囲 LT3845AEFE#PBF LT3845AEFE#TRPBF 3845AFE 16-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C LT3845AIFE#PBF LT3845AIFE#TRPBF 3845AFE 16-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C LT3845AMPFE#PBF LT3845AMPFE#TRPBF 3845AFE 16-Lead Plastic TSSOP –55°C to 125°C さらに広い動作温度範囲で規定されるデバイスについては、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。 *温度グレードは出荷時のコンテナのラベルで識別されます。 非標準の鉛ベース仕様の製品の詳細については、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。 鉛フリー仕様の製品マーキングの詳細については、http://www.linear-tech.co.jp/leadfree/ をご覧ください。 テープアンドリールの仕様の詳細については、http://www.linear-tech.co.jp/tapeandreel/ をご覧ください。 3845afa 2 LT3845A 電気的特性 ●は全動作温度範囲での規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VIN = 20V、VCC = BOOST = BURST_EN = 10V、 SHDN = 2V、 RSET = 49.9kΩ、 SENSE = SENSE+ = 10V、 SGND = PGND = SW = SYNC = 0V。 PARAMETER CONDITIONS VIN Operating Voltage Range (Note 4) VIN Minimum Start Voltage VIN UVLO Threshold (Falling) VIN UVLO Threshold Hysteresis l l l VIN Supply Current VIN Burst Mode Current VIN Shutdown Current VCC > 9V VBURST_EN = 0V, VFB = 1.35V VSHDN = 0V BOOST Operating Voltage Range BOOST Operating Voltage Range (Note 5) BOOST UVLO Threshold (Rising) BOOST UVLO Threshold Hysteresis VBOOST – VSW VBOOST – VSW VBOOST – VSW BOOST Supply Current (Note 6) BOOST Burst Mode Current BOOST Shutdown Current VBURST_EN = 0V VSHDN = 0V VCC Operating Voltage Range (Note 5) VCC Output Voltage VCC UVLO Threshold (Rising) VCC UVLO Threshold Hysteresis Over Full Line and Load Range VCC Supply Current (Note 6) VCC Burst Mode Current VCC Shutdown Current VCC Current Limit VBURST_EN = 0V VSHDN = 0V Error Amp Reference Voltage Measured at VFB Pin VFB Pin Input Current VFB = 1.231V SHDN Enable Threshold (Rising) SHDN Threshold Hysteresis Sense Pins Common Mode Range Current Limit Sense Voltage Reverse Protect Sense Voltage Reverse Current Inhibit Offset Input Current (ISENSE+ + ISENSE–) MIN VSENSE+ – VSENSE– VSENSE+ – VSENSE–, VBURST_EN = VCC VBURST_EN = 0V or VBURST_EN = VFB 4 3.6 l l 5 400 MAX 60 7.5 4 15 75 20 1.4 0.1 0.1 l l mA µA µA mA µA µA mA 1.238 1.245 1.224 1.215 1.231 l 1.3 1.35 120 l l 0 90 25 100 –100 10 500 External Sync Frequency Range l 100 SYNC Input Resistance 300 nA V mV 36 115 V mV mV mV µA µA µA 330 kHz 100 kHz kHz 600 kHz 40 1.4 l Soft-Start Capacitor Control Current kΩ 2 2 l 270 340 V V 1.4 800 –20 –300 l l V V V mV 3.7 –40 Minimum Programmable Frequency Maximum Programmable Frequency µA µA µA 3 100 20 –150 l 270 V V V mV V V V mV l l VSENSE(CM) = 0V VSENSE(CM) = 2V VSENSE(CM) > 4V UNITS 20 8.3 8 6.25 500 l Error Amp Transconductance 3.8 670 20 20 9 l Operating Frequency SYNC Voltage Threshold TYP V µA 410 µS Error Amp DC Voltage Gain 62 dB Error Amp Sink/Source Current ±30 µA 3845afa 3 LT3845A 電気的特性 ●は全動作温度範囲での規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VIN = 20V、VCC = BOOST = BURST_EN = 10V、 SHDN = 2V、 RSET = 49.9kΩ、 SENSE = SENSE+ = 10V、 SGND = PGND = SW = SYNC = 0V。 PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS TG, BG Drive On Voltage (Note 7) TG, BG Drive Off Voltage CLOAD = 3300pF CLOAD = 3300pF 9.8 0.1 V V TG, BG Drive Rise/Fall Time 10% to 90% or 90% to 10%, CLOAD = 3300pF 50 ns Minimum TG Off Time l 350 650 ns Minimum TG On Time l 250 400 ns Gate Drive Nonoverlap Time TG Fall to BG Rise BG Fall to TG Rise Note 1:絶対最大定格に記載された値を超えるストレスはデバイスに永続的損傷を与える可 能性がある。長期にわたって絶対最大定格条件に曝すと、 デバイスの信頼性と寿命に悪影響 を与える可能性がある。 Note 2:LT3845Aには短時間の過負荷状態の間デバイスを保護するための過温度保護機能が 200 150 ns ns Note 4:起動スレッショルド (7.5V) より低いVINは、VCCが外部から6.5Vより上にドライブされて いるときだけサポートされる。 Note 5:動作範囲はMOSFETの絶対最大VGSによって支配される。 備わっている。過温度保護機能がアクティブなとき接合部温度は125℃を超える。規定された デバイスの信頼性を損なうおそれがある。 最大動作接合部温度を超えた動作が継続すると、 Note 6:電源電流の規格値にはスイッチ・ドライブ電流は含まれない。 実際の電源電流はそれ より大きくなる。 Note 3:LTC3845AEは0℃~125℃の接合部温度で性能仕様に適合することが保証されている。 Note 7:ゲート・ドライブ出力のON電圧のDC測定値は標準8.6Vである。 内部ダイナミック・ブー トストラップ動作により、標準スイッチング動作時の標準ゲートON電圧は9.8Vになる。標準動 作ゲートON電圧はテストされないが、設計によって保証されている。 −40℃~125℃の動作接合部温度範囲での仕様は、設計、特性評価および統計学的なプロセ ス・コントロールとの相関で確認されている。LTC3845AIは−40℃~125℃の動作接合部温度 範囲で動作することが保証されている。LT3845AMPは−55℃~125℃の温度範囲で全数テスト されて仕様が保証されている。 Note 8:SWピンの−2Vの絶対最大値は過渡状態である。 それは設計によって保証されており、 テストされない。 3845afa 4 LT3845A 標準的性能特性 シャットダウン・スレッショルド (立ち上がり) と温度 シャットダウン・スレッショルド (立ち下がり) と温度 1.37 1.36 1.35 1.34 1.33 1.32 –50 –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 100 125 8.2 1.25 8.1 1.23 1.22 1.20 –50 –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 100 9 200 ICC CURRENT LIMIT (mA) VCC (V) 6 5 4 15 20 25 ICC(LOAD) (mA) 30 35 3 40 100 4 5 8 7 6 9 10 11 50 –50 12 –25 6.4 20 6.3 15 6.1 125 10 3845A G07 0 0 2 4 125 350 TA = 25°C 5 100 100 誤差アンプの トランスコンダクタンスと温度 ERROR AMP TRANSCONDUCTANCE (µS) 25 6.2 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 3845A G06 ICCとVCC (SHDN = 0V) ICC (µA) VCC UVLO THRESHOLD, RISING (V) 125 3845A G05 6.5 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 150 75 3845A G04 6.0 –50 –25 175 VIN (V) VCCのUVLOスレッショルド (立ち上がり) と温度 125 225 ICC = 20mA TA = 25°C 7.90 10 100 ICC電流制限と温度 7 5 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 3845A G03 VCCとVIN 8.00 VCC (V) 7.5 –50 –25 125 3845A G02 TA = 25°C 0 7.8 7.6 8 7.85 7.9 7.7 1.21 VCCとICC(LOAD) 7.95 ICC = 20mA 8.0 1.24 3845A G01 8.05 VCCと温度 1.26 VCC (V) SHUTDOWN THRESHOLD, FALLING (V) SHUTDOWN THRESHOLD, RISING (V) 1.38 6 8 10 12 14 16 18 20 VCC (V) 3845A G08 345 340 335 330 325 320 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 100 125 3845A G09 3845afa 5 LT3845A 標準的性能特性 I SENSE++SENSE) とVSENSE(CM) ( 動作周波数と温度 TA = 25°C 400 200 0 –200 –400 306 OPERATING FREQUENCY (kHz) I(SENSE+ + SENSE–) (µA) 600 誤差アンプのリファレンスと温度 1.234 308 1.233 ERROR AMP REFERENCE (V) 800 304 302 300 298 296 294 290 –50 –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 100 3845A G10 1.230 1.229 125 1.227 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 4.54 VIN UVLO THRESHOLD, RISING (V) 104 102 100 98 96 94 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 100 125 4.52 4.50 4.48 4.46 4.44 4.42 4.40 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 100 125 3845A G14 3845A G13 電流センス・スレッショルドと デューティ・サイクル VINのUVLOスレッショルド (立ち下がり) と温度 100 3.86 90 VIN UVLO THRESHOLD, FALLING (V) CURRENT SENSE THRESHOLD (mV) 125 VINのUVLOスレッショルド (立ち上がり) と温度 106 3.84 80 70 3.82 60 50 3.80 40 30 3.78 20 10 0 100 3845A G12 3845A G11 最大電流センス・スレッショルドと 温度 CURRENT SENSE THRESHOLD (mV) 1.231 1.228 292 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 VSENSE(CM) (V) 1.232 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 DUTY CYCLE (%) 3845A G16 3.76 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 100 125 3845A G15 3845afa 6 LT3845A ピン機能 BG:BGピンはボトムNチャネルMOSFETのゲート・ドライブで す。非常に高速の高電流がこのピンからドライブされますの で、短く幅が広い (標準0.02インチ幅)PCBトレースを使ってパ ワーMOSFETのゲートに接続し、 インダクタンスを最小に抑え ます。 ギュレータ回路の高電流グランド・リファレンスです。 このピン はV CCデカップリング・コンデンサの負端子に直接接続しま す。 グランドのPCBレイアウトに役立つヒントに関しては 「アプ リケーション情報」 のセクションを参照してください。 BOOST:BOOSTピンはブートストラップされたゲート・ドライブ SENSE:SENSEピンは電流検出アンプの負入力で、 降圧ア の電源で、SWピンを基準にした低ESRセラミック昇圧コンデ ンサに外部で接続します。BOOSTコンデンサ (CBOOST) の推 奨値は、上側MOSFETの全ゲート容量の少なくとも50倍です。 ほとんどのアプリケーションでは、0.1µFが適当です。 このピン に現れる最大電圧はVIN+VCC (グランド基準) です。 PGND:PGNDピンは内部の下側スイッチ・ドライバとV CCレ プリケーションではセンス抵抗のVOUT側に接続します。 SENSE+:SENSE+ピンは電流検出アンプの正入力で、 降圧ア プリケーションではセンス抵抗のインダクタ側に接続します。 SGND:SGNDピンは低ノイズのグランド・リファレンスです。 出 BURST_EN:Burst Mode動作イネーブル・ピン。 このピンは逆電 力コンデンサのV OUT側に接続します。高電流をこのSGND 流抑止モードの動作も制御します。 このピンの電圧が0.5Vよ の接続から遠ざけておくため、PCBを注意してレイアウトする り下のとき、Burst Mode動作と逆電流抑止機能がイネーブル 必要があります。 グランドのPCBレイアウトに役立つヒントに関 されます。 このピンの電圧が0.5Vより上のとき、Burst Mode動 しては 「アプリケーション情報」 のセクションを参照してくださ 作はディスエーブルされますが、逆電流抑止機能は維持され い。 ます。 この動作モードでは (BURST_EN = VFB)、1mAの最小 負荷が必要です。 このピンの電圧が2.5Vより上のとき、逆電流 SHDN:SHDNピンの精密なデバイス・イネーブル・スレッショル 抑止はディスエーブルされます。Burst Mode動作と逆電流抑 ドは1.35V(立ち上がり) で、120mVのヒステリシスがあります。 止をイネーブルするには一般にこのピンをグランドに短絡し、 低電圧ロックアウト (UVLO)回路を実装するのに使います。 Burst Mode動作はディスエーブルするが逆電流抑止はイネー UVLO機能の実装については、 「アプリケーション情報」 のセ ブルするにはV FBに短絡し、両方の機能ともディスエーブルす クションを参照してください。SHDNピンをトランジスタのVBE るにはVCCピンに接続します。 「アプリケーション情報」 のセク (0.7V) より下に引き下げると、低電流シャットダウン・モード ションを参照してください。 に入り、全ての内部回路がディスエーブルされ、VINの消費電 流は約9µAに減少します。 このピンの標準的入力バイアス電 CSS:このソフトスタート・ピンは電源のソフトスタート機能をプ 流は < 10nAで、 このピンは内部で6Vにクランプされています。 ログラムするのに使います。次式を使って、与えられた出力電 この機能を使わない場合、値の大きな抵抗を通してこのピン 圧スルーレートに対応するCSSを計算します。 をVINに接続することができます。 CSS = 2µA(tSS/1.231V) ソフトスタート機能を使わない場合はこのピンを接続しないま まにしておきます。 fSET:fSETピンは外部抵抗 (RSET) を使って発振器の周波数を プログラムします。外部同期のクロック信号を与えるときでもこ の抵抗は必要です。抵抗の値の選択の詳細に関しては、 「アプ リケーション情報」 のセクションを参照してください。 SW:VBOOST電源のリファレンスおよびブートストラップされた スイッチの電流リターン。 SYNC:SYNCピンは内部発振器の同期のための外部クロック 入力です。 内部発振器の周波数が外部クロックの周波数より 10%∼25%下になるようにR SETを設定します。使用しない場 合、SYNCピンはSGNDに接続します。詳細については、 この データシートの 「アプリケーション情報」 のセクションの 「発振 器の同期」 を参照してください。PDIPパッケージではSYNCピ ンは使用できません。 3845afa 7 LT3845A ピン機能 TG:TGピンはトップNチャネルMOSFETのためのブートスト ラップされたゲート・ドライブです。非常に高速の高電流がこ のピンからドライブされますので、短く幅が広い (標準0.02イン チ幅)PCBトレースを使ってパワーMOSFETのゲートに接続 し、 インダクタンスを最小に抑えます。 V C:VCピンは誤差アンプの出力であり、 その電圧は発振器サ イクル毎の最大(ピーク) スイッチ電流に対応します。誤差ア ンプは一般に、VCピンからSGNDにRC回路を接続することに より、積分器として構成されます。 この回路はコンバータの安 定化制限ループの支配的ポールを生じます。特定の積分器 特性を構成して過渡応答を最適化することができます。Burst Mode動作がイネーブルされているとき (ピン4の説明を参照)、 V Cピンの内部低インピーダンス・クランプがバースト・スレッ ショルドより100mV下に設定されますので、 ピン電圧の負方 向への変化が制限されます。 したがって、 このピンを低イン ピーダンスのソースで低く引き下げることはできません。VCピ ンを外部から操作する必要がある場合、1kΩの直列抵抗を通 して行ってください。 VCC:VCCピンは内部バイアス電源のデカップリング・ノードで す。1µF以上の低ESRセラミック・コンデンサを使ってこのノー ドをPGNDにデカップリングします。 デバイスのほとんどの内部 機能はこのバイアス電源から給電されます。VCCからBOOST ピンに接続された外部ダイオードは、 メイン・パワー・スイッチ のオフ時間の間にブートストラップ・コンデンサを充電します。 レギュレータ電源のVOUT出力など、外部DC電圧源からVCC ピンをバック・ドライブすると、全体の効率が向上し、 デバイス 内部の電力消費が減少します。 シャットダウン・モードでは、 こ のピンはピン電圧が0Vに放電するまで20µAをシンクします。 V FB:この出力電圧帰還ピン (V FB) は抵抗分割器を介して電 源の出力電圧に外部で接続します。VFBピンは内部で誤差ア ンプの反転入力に接続されています。安定化状態では、V FB は1.231Vです。 VIN:VINピンは主電源ピンです。 このピンの近くに配置した低 ESRのコンデンサ (少なくとも0.1μF) を使ってSGNDにデカッ プリングします。 露出パッド (SGND ) ( TSSOPパッケージのみ) :露出リードフ レームは内部でSGNDピンに接続されています。電気的接続 と最適熱性能を与えるため、露出パッドをPCBのグランドに半 田付けします。 3845afa 8 R1 R2 CIN CSS CC2 CC1 RC RB RA CSS VC VFB BURST_EN SHDN VIN + – 100mV ERROR AMP – gm 1V 0.5V + FEEDBACK REFERENCE 1.231V 3.8V REG SOFT-START BURST DISABLE FAULT CONDITIONS: VIN UVLO VCC UVLO VSHDN UVLO 2µA VREF + 100mV CSS CLAMPED TO VREF + VBE – + VREF 8V REG – + – + VIN + – – + – + – + VIN UVLO (<4V) Burst Mode OPERATION INTERNAL SUPPLY RAIL VCC UVLO (<6V) – CURRENT SENSE COMPARATOR Q R DRIVE CONTROL NOL SWITCH LOGIC DRIVE CONTROL S BST UVLO + 110mV R S 10mV – REVERSE CURRENT INHIBIT SLOPE COMP GENERATOR OSCILLATOR Q + DRIVER DRIVER BOOSTED SWITCH DRIVER SENSE– SENSE+ SGND fSET SYNC PGND BG VCC SW TG BOOST RSET CVCC CBOOST M2 L1 D2 (OPTIONAL) D1 M1 RSENSE 3845A FD VOUT COUT LT3845A ブロック図 3845afa 9 LT3845A アプリケーション情報 概要 LT3845Aは高入力電圧範囲の同期整流式降圧DC/DCコン バータ・コントローラICで、 プログラム可能な固定周波数の 電流モード・アーキテクチャを採用しており、外部Nチャネル MOSFETスイッチを使います。 LT3845Aはバッテリ駆動アプリケーション向けの高効率低負 荷動作が可能です。Burst Mode動作により、無負荷状態の全 平均入力消費電流は120µAに減少します。低電流シャットダ ウン・モードにすることもでき、消費電流は10µAに減少します。 必要に応じてBurst Mode動作をディスエーブルすることもでき ます。 逆電流抑止機能により、非同期動作によって軽負荷時の効率 を上げることができます。 この機能は、 インダクタ電流がゼロに 近づくと同期スイッチをディスエーブルします。全時間同期動 作を望むなら、 この機能をディスエーブルすることができます。 デバイスの内部回路の大部分が内部リニア・レギュレータに よってバイアスされます。 このレギュレータの出力はV CCピン なので、 内部レギュレータをバイパスすることができます。関連 した内部回路はコンバータの出力から給電することができる ので、 コンバータ全体の効率が向上します。外部から得られる 電源を使用すると、VINからVCCに接続されている内部レギュ レータに関連したデバイス内の電力消費もなくなります。 動作原理(ブロック図参照) LT3845AはVFBピンを介してコンバータの出力電圧を検出し ます。 このピンの電圧と内部1.231Vリファレンスの差が増幅さ れてVCピンに誤差電圧を発生し、 その誤差電圧が電流セン ス・コンパレータのスレッショルドとして使われます。 通常動作時、LT3845Aの内部発振器はプログラムされた周 波数で動作します。各発振器サイクルの開始時にスイッチ・ド ライブがイネーブルされます。 スイッチ・ドライブは、検出され たスイッチ電流がV Cから得られた電流センス・コンパレータ のスレッショルドを超えてスイッチ・ドライバをディスエーブル するまで、 イネーブルされた状態に留まります。発振器の1サイ クル内に電流コンパレータのスレッショルドに達しない場合、 スイッチ・ドライバはサイクルの最後に350ns( 標準) の間ディ スエーブルされます。 この最小オフ時間の動作モードにより、 BOOSTブートストラップ電源の回復が保証されます。 電源条件 LT3845AはVINピンから動作電圧を発生する内部リニア・レ ギュレータを使ってバイアスされます。LT3845Aの実際上すべ ての回路がこの内部リニア・レギュレータの出力 (VCC) を介し てバイアスされます。 このピンは低ESRの1µFコンデンサを使っ てPGNDにデカップリングします。 VCCレギュレータは、VINピンに十分な電圧が与えられていれ ば、8Vの出力を発生します。V CCレギュレータのドロップアウ トは約1Vで、 ドロップアウト・スレッショルドより低い電圧では VINピンに追従します。 LT3845Aの起動条件はV IN > 7.5Vです。 これにより、内蔵レ ギュレータには、VCCピンがそのUVLOスレッショルドより上に なるのに十分な空き高が与えられます。VCCレギュレータは電 流をソースすることができるだけですから、VCCピンをその8V の安定化電圧より上に強制すると、外部で得られる電力をデ バイスに使うことが可能で、 デバイス内の電力消費が最小に 抑えられます。 内蔵レギュレータを起動に使ってから、 コンバー タの出力からVCCの電力を得ると変換効率が最大になります ので、一般にはそうします。外部ソースによってVCCが6.5Vより 上に保たれると、LT3845AはVINが4Vに下がっても動作を継 続することができます。 LT3845AはVCC電源から3mAの消費電流で動作します。 この 電流は通常動作時の実際のV CC 消費電流のごく一部です。 追加の電流は昇圧されたスイッチと同期スイッチの両方の MOSFETのスイッチング電流から生じ、一般にVCC電源から 得られます。 3845afa 10 LT3845A アプリケーション情報 LT3845Aはリニア・レギュレータを使ってV CCを発生します ので、高いV IN 電圧では電力消費が問題になることがありま す。 ゲート・ドライブ電流は一般にMOSFETの1個当り5mA∼ 15mAなので、 ゲート・ドライブ電流はかなりの電力消費を生 じることがあります。可能なときは常に外部ソースからV CCと VBOOSTの電力を得ることを推奨します。 内蔵V CCレギュレータは、MOSFETの合計ゲート電荷が 180nCまでのあらゆる状態で、起動時のゲート・ドライブ電力 を供給します。 レギュレータの電力消費が250mWを超えない 限り、 レギュレータはLT3845Aを連続して動作させることがで きます。 レギュレータの電力消費は次のように計算されます。 PD(REG)=(VIN−8V)•(fSW • QG(TOTAL)+3mA) ここで、QG(TOTAL)はTGとBGの全MOSFETゲート電荷です。 VOUT VCC B0520 1µF 1µF LT3845A Si1555DL BG 3倍電圧チャージポンプ B0520 B0520 VCC 1µF B0520 1µF VOUT 1µF Si1555DL Si1555DL LT3845A 3845A AI01 BG TG SW LT3845A VCC • N VOUT • BG 3845A AI04 これらの条件を超えるアプリケーションでは、起動後、VCCは 外部ソースから得る必要があります。短時間のV IN過渡の間 であれば、 レギュレータの最大連続電力消費を超えてもかま いません。 出力電圧が9V∼20Vの範囲のLT3845Aコンバータのアプリ ケーションでは、 コンバータの出力からのバックフィーディン 出力からこれらの電源ピンにダ グVCCとVBOOSTは大きくなく、 イオードを接続して実現することができます。20Vを超える出 力電圧からこれらの電源を得るには、帰還電圧を下げるため 追加のレギュレーションが必要になります。9Vより低い出力で は、帰還電圧を8VのVCC安定化出力より上に上げるため、昇 圧機能が必要になります。昇圧機能を実現するのに低電力昇 圧スイッチャが時々使われますが、簡単なチャージポンプで多 くの場合この機能を実現できます。 倍電圧チャージポンプ B0520 インダクタ補助巻線 Burst Mode動作 LT3845Aは低電流Burst Mode機能を採用しており、無負荷お よび低負荷状態での効率を最大にします。Burst Mode動作は BURST_ENをSGNDに短絡するとイネーブルされます。Burst Mode動作は、BURST_ENピンをVFBまたはVCCのどちらかに 短絡するとディスエーブルされます。 V Cピンの電圧を介して検出された必要なスイッチ電流が最 大値の15%より小さいと、Burst Mode動作が作動し、 そのレベ ルのセンス電流がICの制御パスにラッチされます。出力負荷 3845afa 11 LT3845A アプリケーション情報 がこのラッチされた電流レベルより小さな電流しか必要としな いと、 コンバータは各スイッチ・サイクルのあいだ出力をわずか にオーバードライブします。 このオーバードライブ状態は内部 で検出され、VCピンの電圧は低下し続けるように強制されま す。VC電圧が15%の負荷レベルより150mV下に下がると、 ス イッチングがディスエーブルされ、LT3845Aはほとんどの内部 回路をシャットダウンするので、合計消費電流は120µAに減 少します。 コンバータの出力が下がり始めると、VCピンの電圧 が上昇し始めます。VCピンの電圧が15%の負荷レベルに回復 すると、 デバイスは通常動作に戻り、 スイッチングが再開されま す。V Cピンの内部クランプはスイッチ・ディスエーブル・スレッ ショルドより100mV下に設定され、 ピン電圧の負方向への変 化が制限されますので、Burst Mode動作時のコンバータ出力 のリップルが最小に抑えられます。 Burst Mode動作時、V INピンの電流は20µAで、V CC 電流は 100µAに減少します。V CCに外部ドライブが与えられていな いと、 すべてのV CCバイアス電流はV INピンから来ますので、 合計VIN電流は120µAになります。 出力から得られるソースを 使ってV CCをドライブすると、VIN電流のVCC成分がコンバー タの降圧比だけ減少するので、 バースト電流をさらに減らすこ とができます。 逆電流抑止 LT3845Aは逆電流抑止機能を備えており、軽負荷状態の効 率を最大にします。 このモードの動作により、軽負荷での不連 続動作とパルス・スキップ・モードが可能になります。図1を参 照してください。 IL PULSE SKIP MODE この機能はBurst Mode動作でイネーブルされ、BURST_ENピ ンをVFBに短絡することによってBurst Mode動作がディスエー ブルされているときもイネーブルすることができます。 逆電流抑止がイネーブルされているとき、LT3845Aのセンス・ アンプはインダクタ電流がゼロに近づくのを検出してスイッ チ・サイクルの残りの部分で同期スイッチをディスエーブルしま す。 同期スイッチがディスエーブルされる前にインダクタ電流が 負になることが許されていると、 スイッチ・ノードが高いdv/dtで 正方向に誘導性の跳躍をすることがあります。LT3845Aはこ れを防ぐため、 センス入力に10mVの正のオフセットを組み込 んでいます。 逆電流抑止機能がイネーブルされていると、LT3845Aコン バータは軽負荷時に非同期コンバータに非常に似た動作を します。逆電流抑止により、 インダクタ・リップル電流に関連し た抵抗性損失が減少しますので、軽負荷状態の動作効率が 改善されます。 逆電流抑止モードで動作しているLT3845A DC/DCコンバー タの最小負荷条件は1mAです (BURST_EN = VFB)。 ほとんど のアプリケーションではLT3845Aの出力からLT3845Aに給電 しますので、 この条件はデバイスのバイアス電流によって満た されますが、 出力から電力を得ないアプリケーションでは、 コ ンバータの出力電圧プログラミング抵抗の1つ (R1) としてVFB からグランドに1.2kの抵抗を使うとこの条件が簡単に満たさ れます。Burst Mode動作(BURST_EN < 0.5V) または連続導 通モード (BURST_EN > 2.5V) では、最小負荷の制限はあり ません。 IL FORCED CONTINUOUS DECREASING LOAD CURRENT 3845A F01 図1. インダクタ電流とモード 3845afa 12 LT3845A アプリケーション情報 ソフトスタート 適応型非オーバーラップ (NOL) 出力段 ソフトスタート機能は電源の出力電圧の起動時のスルーレー FETドライバの出力段は適応型非オーバーラップ制御を実装 トを制御します。制御された出力電圧のランプにより、 出力電 しています。 この機能は、外部スイッチ素子の種類、 サイズ、動 圧のオーバーシュートが最小に抑えられ、VIN電源からの突 作条件に依存せずに、一定のデッドタイムを維持し、 シュート 入電流が減少し、電源のシーケンス制御が簡単になります。 スルー・スイッチ電流を防ぎます。 C SSピンからSGNDに接続されたコンデンサ (C SS) により、 ス ルーレートがプログラムされます。 このコンデンサは内部の 2個のスイッチ・ドライバがそれぞれNOL制御回路を備えて 2µAソースによって充電され、 ランプ電圧を発生します。 この おり、 この回路は他方のスイッチ・ドライバの出力ゲート・ドラ コンデンサの電圧は誤差アンプへの内部リファレンスをオー イブ信号をモニタします。NOL制御回路は、他方のスイッチ・ バーライドします。V FBピンの電圧がCSSピンの電圧を超える ゲートが完全に放電するまで、関連したスイッチ・ドライバの と、DC制御電圧(V C ) によって設定された電流スレッショル 「ターンオン」 コマンドを遮ります。 ドが減少し、 インダクタ電流が低下します。 これは次に出力電 圧のスルーレートを減少させるので、CSSピンの電圧ランプは シャットダウン V FBピンの電圧に追いつくことができます。内部100mVオフ LT3845AのSHDNピンには、バンドギャップで発生させた セットがC SSピン電圧を基準にしたV FBピンの電圧に加算さ 1.35Vのリファレンス・スレッショルドが使われています。 この れるので、起動時には、 ソフトスタート回路はVCピンの電圧を 高精度スレッショルドにより、 ロジック・レベルで制御されるア ゼロ・インダクタ電流に相当するDC制御電圧より下に放電し プリケーションと、電源シーケンシングのようなアナログでモ ます。 これにより、入力電源の突入電流が減少します。 ソフトス ニタするアプリケーションの両方にSHDNピンを使うことがで タート回路はCSSピンの電圧が内部リファレンスの1.231Vより きます。 200mV上まで充電されるとディスエーブルされます。 LT3845Aの動作状態は主にVCCレギュレータ・ピンのUVLO VIN UVLO、VCC UVLOまたはSHDN UVLOの生じている間、 回路によって制御されます。 デバイスがSHDNピンによってイ C SSピンの電圧は50µAの電流源で放電します。通常動作で ネーブルされると、V CCレギュレータだけがイネーブルされま は、CSSピンの電圧はVFBピンの電圧よりダイオード1個分上に す。VCCピンがUVLOスレッショルドに達するまでスイッチング クランプされます。 したがって、CSSコンデンサの値は、 どのくら はディスエーブルされたままです。UVLOスレッショルドに達す い長いフォールト・イベントがソフトスタートを再度トリガする るとデバイスの残りの部分がイネーブルされ、 スイッチングが かに関係します。上述のUVLO状態のどれかが生じると、CSS 開始されます。 ピンの電圧は50µAの電流源で放電します。CSSピンの電圧が アクティブ領域に入ってソフトスタート機能がイネーブルされ LT3845Aによって制御されるコンバータは電力転送デバイス る前に、 フォールトを乗り切るためのダイオード1個分の空き なので、入力電源の電圧が予想されるよりも低いと、 その電源 高があります。 のソース能力を超える電流が必要になり、 システムが低電圧 状態にロックすることがあります。入力電源起動保護は、VIN また、CSSピンの電圧はVFBピンの電圧よりダイオード1個分上 電源からグランドに抵抗分割器を使ってSHDNピンをイネー にクランプされていますので、短絡時にVFBピンの電圧が L ブルすることにより実現することができます。 その電源が適切 になるとCSSピンの電圧も L に引き下げられます。短絡が解 な電圧のとき分割器の出力が1.35Vになるように設定すると、 消すると、VFBピンの電圧が回復し始めます。VFBピンの電圧 入力電源が必要な電力を供給できるまでLT3845Aコンバー がゆっくりランプしているC SSピンの電圧を超えると、 ソフトス タが大きな電流を引き出すことを防ぎます。SHDNピンには タート回路が出力電圧のスルーレートの制御を受け継ぎ、短 120mVの入力ヒステリシスがあるので、入力電源がほとんど 絡からの回復時の出力電圧のオーバーシュートを減らします。 10%垂下するまではコンバータはディスエーブルされません。 3845afa 13 LT3845A アプリケーション情報 ⎛V ⎞ 100mV – 45mV ⎜ OUT ⎟ ⎝ VIN ⎠ IPEAK(MAX) = RSENSE 最大出力負荷電流(IOUT(MAX)) は、 ピーク・インダクタ電流か らピーク・トゥ・ピーク・リップル電流ΔIの半分を差し引いたも のです。 RSENSEの標準的値は0.005Ω∼0.05Ωです。 動作周波数 動作周波数の選択には、効率と部品サイズの間のトレードオ フが必要です。低周波数動作ではMOSFETのスイッチング損 失とゲート電荷損失が減少して効率が改善されます。 ただし、 低周波数動作では所定の量のリップル電流に対してインダク タンス値を大きくする必要がありますので、 インダクタのサイ ズが大きくなりコストが増加します。 リップル電流の増加が許 容される場合、同じ出力リップルを維持するには出力コンデ ンサを大きくする必要があるかもしれません。V INからV OUT への降圧比が大きなコンバータの場合、別の検討事項として LT3845Aの最小オン時間があります (「最小オン時間に関す る検討事項」 のセクションを参照)。動作周波数に関する最後 の検討事項として、 ノイズに敏感な通信システムでは、 スイッチ ング・ノイズを敏感な周波数帯から排除するのが多くの場合 望ましいといえます。LT3845Aには固定周波数アーキテクチャ が使われており、図2に示されているように、fSETピンからグラ ンドに接続した1本の抵抗を使って100kHz∼500kHzの範囲 でプログラムすることができます。f SETピンの公称電圧は1V で、 このピンから流れる電流は内部の発振器コンデンサを充 電するのに使われます。所定の動作周波数に対するRSETの値 は、図2または次式から選択することができます。 RSET(kΩ)= 8.4 • 104 • fSW(–1.31) 200 180 160 140 RSET (kΩ) RSENSEの選択 電流センス抵抗(RSENSE) は電源のインダクタ電流をモニタし ます (表紙の 「標準的応用例」 を参照)。 その値は必要な最大 出力負荷電流に基づいて選択します。LT3845Aの電流検 出アンプの最大電圧スレッショルドはデューティ・サイクルに よって変わります。最大ピーク電流は次式によって計算されま す。 120 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 FREQUENCY (kHz) 600 500 3845A F2 図2. タイミング抵抗(RSET) の値 一般的な動作周波数に対する抵抗の標準値を表1に示しま す。 表1.推奨1%標準値 RSET (kΩ) fSW (kHz) 191 100 118 150 80.6 200 63.4 250 49.9 300 40.2 350 33.2 400 27.4 450 23.2 500 3845afa 14 LT3845A アプリケーション情報 インダクタの選択 インダクタ選択の重要なパラメータは、最小インダクタンス値、 電圧時間積、飽和電流およびRMS電流です。 与えられたΔILに対し、 最小インダクタンス値は次のように計算 します。 L ≥ VOUT • VIN(MAX) – VOUT fSW • VIN(MAX) • ∆IL fSWはスイッチング周波数です。 Δ I L の値の標 準 的 範 囲は( 0 . 2 • I O U T( M A X ))∼( 0 . 5 • IOUT(MAX)) です。 ここで、IOUT(MAX)は電源の最大負荷電流 です。ΔIL = 0.3 • IOUT(MAX)を使うと、 インダクタの性能とイ ンダクタのサイズおよびコストの間に設計上の適当な妥協点 が得られます。ΔIL = 0.3 • IOUT(MAX)の値は、電源のDC出力 電流を基準にIOUT(MAX)の 15%のリップル電流を生じます。 ΔILの値が小さいほど、大きくてコストの高い磁気部品が必要 になります。ΔILの値が大きいほど、 ピーク電流が増加し、電源 の入力と出力にもっと大きなフィルタが必要になります。ΔILが 大き過ぎると、 スロープ補償回路の効果が失われ、50%を超 えるデューティ・サイクルでは電流モードの不安定性が生じま す。 スロープ補償の要件を満たすには、最小インダクタンス値 を次のように計算します。 L MIN > VOUT • 2DCMAX – 1 RSENSE • 8.33 • DCMAX fSW 磁気部品のベンダーは飽和電流とRMS電流のどちらか、 また は両方の仕様を定めています。 インダクタの飽和電流に基づ いてインダクタを選択するときは、 インダクタを流れるピーク電 を使います。 インダクタの飽和電流の 流(I OUT(MAX)+ΔIL/2) 仕様は、 (ゼロ電流で測定した) インダクタンスが規定された量 (標準は30%) だけ減少する電流です。 RMS電流定格に基づいてインダクタを選択するときは、 インダ クタを流れる平均電流(IOUT(MAX)) を使います。RMS電流の 仕様は、 デバイスが25℃の周囲温度で規定温度上昇(標準は 40℃) を示すRMS電流です。 設計に必要な最小インダクタ値、 電圧時間積、 飽和電流および RMS電流を計算した後、 標準品のインダクタを選択します。 アプ リケーション支援に関しては弊社にお問い合わせください。 インダクタの選択の詳細については、LTCの 「アプリケーション ノート44」 の 「インダクタの選択」 のセクションを参照してくださ い。 MOSFETの選択 外部のNチャネル標準レベル・パワーMOSFETの選択基準と しては、 オン抵抗(RDS(ON))、逆伝達容量(CRSS)、最大ドレイ ン-ソース電圧(VDSS)、全ゲート電荷(QG) および最大連続ド レイン電流があります。 最大の効率を得るには、R DS(ON)とC RSSを最小にします。低 RDS(ON)は導通損失を最小に抑え、低CRSSは遷移損失を最 小に抑えます。やっかいなのは、R DS(ON)とC RSSが逆相関の 関係にあることです。 トップMOSFETの選択では、遷移損失と 導通損失のバランスをとるのが賢明ですが、 ボトムMOSFET は導通損失に支配され、導通損失が短絡時または非常に低 いデューティ・サイクルで悪化します。 MOSFETの最大導通損失を計算します。 PCOND(TOP) =IOUT(MAX)2 • VOUT •RDS(ON) VIN PCOND(BOT) =IOUT(MAX)2 • VIN – VOUT •RDS(ON) VIN 3845afa 15 LT3845A アプリケーション情報 RDS(ON)は正の温度によって大きく変動することに注意してく ださい。MOSFETの製造元のデータシートには 「RDS(ON) と温 度」 の特性曲線が含まれています。 わることがあります。 このピンからグランドにキャッチ・ショット キー・ダイオードを接続すると、 この影響が除去されます。 この ダイオードの電流定格は一般に1Aで十分です。 主MOSFETの遷移損失はVIN2に比例し、高電圧アプリケー ション (VIN > 20V) ではかなり大きくなることがあります。最大 遷移損失を計算します。 内部V CCレギュレータは最大40mAまでソースする能力があ り、最大合計MOSFETゲート電荷(Q G) を35mA/f SWに制限 します。 「 Q GとV GS 」の仕様が一般にMOSFETのデータシー トに与えられています。VGSが8VのときのQGを使います。VCC が外部電源からバック・ドライブされる場合、MOSFETのド ライブ電流はLT3845Aの内部レギュレータから供給されず、 MOSFETのQGはデバイスによって制限されることはありませ ん。 ただし、起動時や短絡時など、VCCをバック・ドライブする 外部電源を利用できないとき、MOSFETのドライブ電流は内 部レギュレータによって供給されることに注意してください。 PTRAN(TOP)= k • VIN2 • IOUT(MAX)• CRSS • fSW ここで、kはゲート・ドライバ 電 流と逆 相 関する定 数で、 LT3845Aのアプリケーションではk = 2で近似されます。 MOSFETの合計最大消費電力は以下のとおりです。 PTOP(TOTAL)= PCOND(MAIN)+PTRAN(MAIN) PBOT(TOTAL)= PCOND(SYNC) 高い電源効率を達成するには、各スイッチの合計電力消費を 全出力電力の3%未満に保ちます。 また、熱解析をおこなって、 MOSFETの接合部温度を超えないようにします。 TJ = TA+P(TOTAL)• θJA ここで、θJAはパッケージの熱抵抗、TAは周囲温度です。計算 されたTJを最大規定接合部温度(標準150℃) より下に保ちま す。 VINが高くfSWが高いと遷移損失が支配的になることがあるこ とに注意してください。RDS(ON)が高く、CRSSが低いMOSFET が高い効率を与えることがあります。VDSSの規定電圧値が高 いMOSFETは通常RDS(ON)が高く、CRSSが低くなります。 MOSFETのV DSSの規定値は、MOSFETのドレインからソー スの最大電圧(これはVIN(MAX)にスイッチ・ノードのあらゆる リンギングを加えたもの) を超える値を選択します。 スイッチ・ ノードのリンギングは、適切なPCBレイアウトと (必要なら)RC スナバを使って大幅に減らすことができます。 アプリケーションによっては、寄生FET容量によって、 スイッチ・ ノードの負方向の過渡がLT3845Aのボトム・ゲート・ドライブ・ ピンに結合し、絶対最大定格を超える負電圧がそのピンに加 製造元の最大連続ドレイン電流の規定値が、 ピーク・スイッチ 電流(IOUT(MAX)+ΔIL/2) を超えるようにします。 電源起動時、 ゲート・ドライブのレベルはVCC電圧レギュレー タによって約8Vに設定されます。電源が起動すると、V CCは VOUTなどの補助電源によってバック・ドライブすることができ ます。製造元の最大VGSの規定値を超えないことが重要です。 標準レベルのスレッショルドのMOSFETのVGSの最大値は一 般に20Vです。 入力コンデンサの選択 入力電流は高速の立ち上がり時間と立ち下がり時間のパル スなので、降圧コンバータにはローカル入力バイパス・コンデ ンサが必要です。入力コンデンサの選択基準はバルク容量と RMS電流能力に基づいています。 バルク容量により電源の入 力リップル電圧が決まります。 コンデンサの過熱を防ぐには RMS電流能力を使います。 バルク容量は最大入力リップル電圧(ΔVIN) に基づいて計算 します。 CIN(BULK) = IOUT(MAX) • VOUT ∆VIN • fSW • VIN(MIN) 3845afa 16 LT3845A アプリケーション情報 ΔVINは一般にユーザーに受け入れられるレベルで選択され ます。 出発点として100mV∼200mVが良いでしょう。 アルミ電 解コンデンサは単位面積当りの容量が高いので、高電圧のバ ルク容量に適しています。 コンデンサのRMS電流は次のとおりです。 ICIN(RMS) =IOUT VOUT (VIN – VOUT ) (VIN )2 もし適用可能であれば最悪条件(VIN = 2VOUT) で計算しま す。 コンデンサのRMS電流定格は製造元によって規定されて おり、計算されたICIN(RMS)を超えるものにします。 セラミック・ コンデンサのESR(等価直列抵抗) は低いので、 セラミック・コ ンデンサは高電圧、高RMS電流の処理に適しています。 アル ミ電解コンデンサの製造元の規定するリップル電流定格は 2000時間の寿命時間に基づいていることに注意してください。 このため、 コンデンサをさらにディレーティングする、 つまり要 求条件よりも高い温度定格のコンデンサを選択することを推 奨します。 入力コンデンサの要件を満たす経済的手法として、 アルミ電 解コンデンサとセラミック・コンデンサを組み合わせます。 コン デンサの電圧定格はV IN(MAX)より大きくなければなりませ ん。 サイズまたは高さの設計条件を満たすため、複数のコンデ ンサを並列に接続することもできます。 コンデンサはMOSFET スイッチに近接させて配置し、短く幅の広いPCBトレースを 使って寄生インダクタンスを最小に抑えます。 出力コンデンサの選択 出力コンデンサ (COUT) は、設計の出力電圧リップル (ΔVOUT) と過渡負荷の要件に基づいて選択します。ΔV OUTはΔI Lと COUTのESRの関数です。 これは次式で計算されます。 ⎛ ⎞ 1 ∆VOUT = ∆IL • ⎜ESR+ ⎟ (8 • fSW • COUT ) ⎠ ⎝ ΔV OUTの設計要件を満たすのに必要な最大ESRは次式に よって計算することができます。 ESR(MAX)= (∆VOUT )(L)(fSW) ⎛ ⎞ V VOUT • ⎜1– OUT ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ VIN(MAX) ⎠ ワーストケースのΔVOUTは最も高い入力電圧で生じます。ESR の要件を満たすには、並列に接続した複数のコンデンサを使 います。ESRの要件を緩和するには、 オプションとしてインダク タンスを大きくします。ΔVOUTを極端に低くするには、電源の 出力にLCフィルタ段を追加することができます。 「アプリケー ションノート44」 には、追加の出力フィルタのサイズ設定に役 立つヒントがいくつか含まれています。 出力電圧のプログラミング 抵抗分割器は次式に従ってDC出力電圧を設定します。 ⎞ ⎛ V R2 = R1⎜ OUT – 1⎟ ⎝ 1.231V ⎠ 図3に示されているように、外部抵抗分割器はコンバータの出 力に接続します。帰還抵抗の許容誤差が出力電圧の誤差に 加わります。 例:VOUT = 12V;R1 = 10kΩ ⎞ ⎛ 12V R2 =10k ⎜ −1⎟ = 87.48kΩ −use 86.6k 1% ⎝ 1.231V ⎠ VFBピンには標準で25nAの入力バイアス電流が流れるので、 非常に大きな値の帰還抵抗を使うとコンバータの出力が所期 の値よりわずかに高くなることがあります。 バイアス電流による 出力誤差は次のように見積もることができます。 ΔVOUT(BIAS)= 25nA • R2 3845afa 17 LT3845A アプリケーション情報 L1 VOUT スタンバイ・モードの消費電流を低くする必要があれば、大き な値のRBを選択します。 COUT R2 電源のターンオフ電圧はターンオン電圧の9%下です。 この例 では、VSUPPLY(OFF)は13.2Vになります。 VFB PIN R1 3845A F03 図3. 出力電圧帰還分圧器 VSUPPLY RA SHDN PIN RB 3845A F04 図4.低電圧帰還分圧器 電源のUVLOとシャットダウン SHDNピンの精密電圧スレッショルドにはヒステリシスがあ り、電源の低電圧ロックアウト (UVLO) のスレッショルドとし て使うことができます。低電圧ロックアウトは、 ユーザーによっ てプログラムされた特定の電圧を電源入力電圧が超えるま で、LT3845Aをシャットダウン状態に保ちます。 ヒステリシス電 圧により、UVLOの誤ったトリップによるノイズを防ぎます。 抵抗は、 最初にRBを選択してから選択します。 ⎛V ⎞ SUPPLY(ON) RA = R B • ⎜ – 1⎟ ⎝ 1.35V ⎠ VSUPPLY(ON)は、低電圧ロックアウトがディスエーブルされて 電源がオンする入力電圧です。 例:RB = 49.9kΩ、VSUPPLY(ON)= 14.5V(15Vの最小入力電 圧に基づく) を選択します。 イネーブル機能に追加のヒステリシスが望ましい場合、外部 正帰還抵抗をLT3845Aのレギュレータの出力に接続すること ができます。 シャットダウン機能は、大きな値のプルアップ抵抗を使って SHDNピンをVINに接続することによりディスエーブルすること ができます。 このピンは6Vへの低インピーダンス・クランプを 備えていますので、SHDNピンはプルアップ抵抗(RPU) からの 電流をシンクします。 ISHDN = VIN – 6V RPU この構成はSHDNピンを6Vにクランプしますので、 このピンの 5Vの絶対最大電圧定格に違反します。 ただし、絶対最大入力 電流定格の1mAを超えない限り、 これは許容されます。SHDN ピンの入力電流は100μA未満にすることを推奨します。 この構 成には1MΩ以上のプルアップ抵抗が一般に使われます。 ソフトスタート 次のようなCSSコンデンサを使って望みのソフトスタート時間 (tSS) をプログラムします。 CSS = 2µA • t SS 1.231V C SSピンの電圧がそのアクティブ領域に入る前に、電源が VIN、VCCまたはVSHDN UVLOのフォールト状態を耐えること ができる時間(tFAULT) は、 およそ次式によって与えられます。 t FAULT = CSS • 0.65V 50µA ⎛ 14.5V ⎞ R A = 49.9k • ⎜ – 1⎟ ⎝ 1.35V ⎠ = 486.1k (499k resistor is selected)Ω 3845afa 18 LT3845A アプリケーション情報 発振器の同期 発振器は外部クロックに同期させることができます。RSET抵抗 は望みの同期周波数より少なくとも10%下に設定します。 振幅が2V以上、 パルス幅が1µs以上、立ち上がり時間が500ns 以下の方形波でSYNCピンをドライブすることを推奨します。 同期波形の立ち上がりエッジが内部発振器のコンデンサの 放電をトリガします。Nパッケージでは、SYNCピンを使用でき ません。 最小オン時間に関する検討事項(降圧モード) 最小オン時間tON(MIN)は、LT3845AがトップMOSFETをオン し、再度オフすることができる最小時間です。 これは内部タイミ ング遅延とトップMOSFETをオンするのに必要なゲート電荷 の量によって決まります。低デューティ・サイクルのアプリケー ションでは、 この最小オン時間のリミットに接近する可能性が ありますので、次の条件を満たすように注意が必要です。 t ON = VOUT >t VIN • fSW ON(MIN) ここで、tON(MIN)はワーストケースで400nsです。 デューティ・サイクルが最小オン時間で対応可能な値より低く なると、LT3845Aはサイクル・スキップを開始します。 出力は安 定化されますが、 リップル電流とリップル電圧が増加します。 低い周波数の動作を許容できれば、 同じ降圧比に対してオン 時間をtON(MIN)より上に増加させることができます。 レイアウトに関する検討事項 LT3845Aは一般に大きなスイッチング過渡が関係してくるDC/ DCコンバータのデザインに使われます。 デバイスに内蔵された スイッチ・ドライバは大きな容量をドライブするように設計され ており、 そのため、 それ自身大きな過渡電流を発生します。電 源のバイパス・コンデンサの位置に関しては、 デバイスが使う グランド・リファレンスが乱されるのを防ぐため、注意深く検討 する必要があります。 一般に、高電流経路と入力電源およびローカル・ドライブ電源 からの過渡電流はSGNDから絶縁する必要があります。誤差 アンプのリファレンスや電流センス回路などの敏感な回路は SGNDを基準にしています。 効果的な接地は、 グランド・プレーンを流れるスイッチ電流と 各バイパス・コンデンサのリターン電流経路を検討することに よって実現されます。V INバイパスのリターン、VCCバイパスの リターン、および同期FETのソースにはPGND電流が流れま す。SGNDはVOUTバイパス・コンデンサの負端子を起点とした LT3845Aの小信号リファレンスです。 細いトレースを使ってグランド経路を分離しようとしないでく ださい。 良いグランド・プレーンは常に重要ですが、PGNDを 基準にしたバイパス素子は、 これらのリターン経路内の過渡 電流がSGNDリファレンスを乱さないように、配置方向を定め る必要があります。 スイッチの導通時間の間隙に生じるデッドタイムの間、同期 FETのボディー・ダイオードがインダクタ電流を流します。 この ダイオードを反転させるには主スイッチから多量の電荷を与 える必要があります。 ボディー・ダイオードが反転する瞬間、電 流の不連続状態が生じ、寄生インダクタンスにより、 スイッチ・ ノードがこの不連続状態に応答して跳ね上がります。電流が 大きく、過度の寄生インダクタンスが存在すると、 きわめて高 速のdV/dtの立ち上がり時間が生じます。 この現象により、同 期FETボディー・ダイオードのなだれ降伏、 スイッチ・ノードの 大きな誘導性オーバーシュート、 および同期FETの寄生ター ンオンによるシュートスルー電流が生じることがあります。 この ノードの寄生インダクタンスを最小に抑えるレイアウトと部品 の配置方向はこれらの影響を減らすのに重要です。 コンバータ回路の波形にリンギングが現れると、 デバイスの動 作不良、過度のEMI、 または不安定動作を生じることがあり ます。多くの場合、原因となるデバイスの両端に直列RCネット ワークを使って、 リンギングの生じた波形を減衰させることが できます。LT3845Aのアプリケーションでは、 リンギングは一般 にスイッチ・ノードで生じ、同期FETの両端にスナバを配置す ることにより減少させることができます。 ただし、 スナバ・ネット ワークの使用は最後の手段と考えるべきです。効果的なレイ アウトでは、一般にリンギングとオーバーシュートを減らし、 こ のようなソリューションの必要性をなくします。 3845afa 19 LT3845A アプリケーション情報 効果的な接地手法はDC/DCコンバータのレイアウトを成功さ V CCとBOOSTのデカップリング・コンデンサはデバイスに近 せるのに不可欠です。電力経路の部品は、 グランド・プレーン 接させて配置します。 これらのコンデンサはMOSFETドライバ の電流経路が信号グランド領域を横切らないように方向を設 の高いピーク電流を供給します。小信号部品は高周波数のス 定します。信号グランドはTSSOPパッケージのLT3845Aデバイ イッチング・ノード (BOOST、SW、TG、V CCおよびBG)から離 スの裏面の露出パッドを基準にしています。SGNDはVOUTの して配置します。小信号ノードはLT3845Aの左側に配置され、 デカップリング・コンデンサの ()端子を基準にしており、 コン 高電流のスイッチング・ノードはデバイスの右側に配置されて バータの電圧帰還リファレンスとして使われます。電力グラン いるので、 レイアウトが簡単です。 これは、SGNDリファレンスの ド電流はPGNDピンを介してLT3845Aで制御され、 このグラン 撹乱を防ぐのにも役立ちます。 ドは (ローカルV CC電源とともに)高電流同期スイッチ・ドライ ブ部品の基準になります。PGND電圧とSGND電圧を相互に VFBピンは (SENSEピンなどの)他のノードとは独立に直接 一定に保つことが重要なので、 これらのグランドを細いトレー 帰還抵抗に接続します。帰還抵抗は出力コンデンサC OUTの スで分離することは推奨しません。同期FETがオンすると、 (+)端子と ()端子の間に接続します。帰還抵抗はLT3845A ゲート・ドライブのサージ電流がFETのソースからLT3845A に近接させて配置し、高インピーダンスのVFBノードの長さを のPGNDピンに戻ります。BOOST電源のリフレッシュ・サージ 最小にします。 電流もこの同じ経路を通って戻ります。同期FETは、 これらの PGNDリターン電流がSGNDリファレンスを乱さないように、 SENSEとSENSE+のトレースは一緒に配線し、 できるだけ短 配置方向を設定します。PGNDのリターン経路によって引き起 くします。 こされる問題は一般に重負荷状態で認められ、1回のスイッ チ・サイクルの間に発生する複数のスイッチ・パルスとして確認 LT3845AのTSSOPパッケージは、パッケージの裏側の露出 されます。 この現象はSGNDが撹乱されており、接地を改善す パッドを通してデバイスの熱を効率的に取り去るように設計さ る必要があることを示しています。 ただし、SGNDの撹乱は多 れています。露出パッドはPCBの銅フットプリントに半田付け くの場合、小さなコンデンサ (100pF∼200pF) を同期スイッチ します。 このフットプリントはできるだけ大きくして、 デバイスの FETのドレインからソースに追加することにより除去すること ケースから周囲の空気への熱抵抗を減らします。電力経路の ができます。 部品の配置については図5を参照してください。 VIN BOOST SW SGND REFERRED COMPONENTS + TG LT3845A VCC SGND PGND SW BG + スイッチMOSFETと入力コンデンサ(C IN )で形成される高 di/dtのループのトレースは長さを短く幅を広くして、誘導性リ ンギングによる高周波ノイズと電圧ストレスを最小に抑えま す。表面実装部品は部品のリードの寄生インダクタンスを下 げるため好まれます。主スイッチMOSFETのドレインをCINの (+) プレートに直接接続し、同期スイッチMOSFETのソース をC INの ()端子に直接接続します。 このコンデンサはスイッ チMOSFETにAC電流を供給します。 スイッチ経路の電流はス イッチFET、 スイッチングされるインダクタ、 および入力と出力の デカップリング・コンデンサを互いに近接させることによって制 御することができます。 3845A AI03 VOUT ISENSE 図5. 部品配置により電力経路とPGNDの電流を分離し、 SGNDリファレンスの撹乱を防止 3845afa 20 LT3845A 標準的応用例 60Vの過渡電圧に耐えられる、 9V∼16Vから3.3V/10AのDC/DCコンバータ、 全てセラミック・コンデンサで、 ソフトスタートがイネーブルされている VIN 9V TO 16V 60V TRANSIENTS CIN 2.2µF 100V ×4 CIN2 0.1µF 100V C5 1µF 16V R3 1.1M VIN SHDN CSS C3 8200pF R1 10k R2 16.9k BOOST LT3845A BURST_EN SENSE C4 2.2µF 16V SGND C2 R6 6800pF 49.9k CIN: TDK C4532X7R2A225K COUT: MURATA GRM32ER60J107ME20 D1: DIODES INC. B3100 L1: WURTH 7443551370 VIN R7 4.99k D3 12V VOUT 3.3V 10A COUT 100µF 6.3V ×5 + SENSE– fSET RSENSE 0.006Ω M2 Si7370DP PGND SYNC R5 100k D1 D2A BAV99 BG VFB SYNC L1 3.3µH SW VCC VC R4 25k M1 Si7370DP TG D2B BAV99 Q1 60V 3845A TA02 効率と電力損失 6 95 90 5 4 85 80 VIN = 14V 75 70 65 3 VIN = 16V POWER LOSS VIN = 14V 0.1 1 LOAD CURRENT (A) 2 POWER LOSS (W) EFFICIENCY(%) VIN = 9V 1 0 10 3845A TA02b 3845afa 21 LT3845A 標準的応用例 500kHzの周波数で動作し、 36Vの過渡電圧に耐えられる、 9V∼16Vから5V/10AのDC/DC コンバータ、 全てセラミック・コンデンサで、 ソフトスタートとBurst Modeがイネーブルされている VIN 9V TO 16V 36V TRANSIENTS CIN 6.8µF 50V ×4 CIN2 0.1µF 50V C5 1µF 16V R3 1.1M VIN C3 8200pF SHDN CSS BOOST LT3845A BURST_EN VC R2 154k C1 100pF R4 10k D1 VCC D2 BAS19 SENSE+ fSET SENSE– D3B BAV99 CIN: TDK C4532X7R1H685K COUT: MURATA GRM32ER60J107ME20 D1: DIODES INC. B170 L1: WURTH 744318270LF D3A BAV99 VOUT 5V 10A COUT 100µF 6.3V ×4 C4 2.2µF 16V SGND RSENSE 0.005Ω M2 Si7884DP PGND SYNC C2 R6 5600pF 23.2k L1 2.7µH SW BG VFB R1 49.9k M1 Si7884DP TG 3845A TA03 C6 1µF Si1555DL 100 6 95 5 VIN = 9V 90 85 3 VIN = 14V 80 2 VIN = 16V 75 70 4 POWER LOSS VIN = 14V 0.1 1 LOAD CURRENT (A) POWER LOSS (W) EFFICIENCY (%) 効率と電力損失 1 0 10 3845A TA03b 3845afa 22 LT3845A 標準的応用例 拡散スペクトラム動作付き、9V∼24Vから3.3V/フェーズ当り10Aの2フェーズDC/DCコンバータ VIN 24V CIN 6.8µF 50V ×2 C5 1µF 16V R3 1.21M VIN SHDN C3 8200pF R4 1.21M CSS BOOST LT3845A BURST_EN R6 130k D2 BAS19 M2 Si7850DP BG VC C11 47pF SW VCC VFB SYNC M1 Si7850DP TG L1 4.7µH D1 B160 PGND SYNC SENSE+ fSET SENSE– SGND C4 2.2µF 16V VOUT 3.3V 20A R12 25k Q1 C11 0.1µF D5 5.7V CIN3 0.1µF 100V C10 1µF 16V VIN 1 R11 500k 6 SYNC1 OUT1 V+ 2 LTC6908-1 5 SYNC2 GND OUT2 3 4 SET3 MOD SHDN C8 8200pF CSS LT3845A R2 16.8k VC C6 47pF R9 4.99k C7 5600pF R10 130k CIN: TDK C4532X7R1H685K COUT: MURATA GRM32ER60J107ME20 D1, D3: DIODES, INC. B160 L1, L2: VISHAY IHLP-5050FD-01 M3 Si7850DP TG SW D4 BAS19 VCC M4 Si7850DP BG VFB SYNC COUT 100µF 6.3V ×6 BOOST BURST_EN R1 10k RSENSE 0.005Ω L2 4.7µH RSENSE2 0.005Ω D3 B160 PGND SYNC SENSE+ fSET SENSE– SGND C9 2.2µF 16V 3845A TA05 3845afa 23 LT3845A パッケージ FEパッケージ 16ピン・プラスチックTSSOP (4.4mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1663) 露出パッドのバリエーションBC 4.90 – 5.10* (.193 – .201) 3.58 (.141) 3.58 (.141) 16 1514 13 12 1110 6.60 ± 0.10 4.50 ± 0.10 9 2.94 (.116) 6.40 2.94 (.252) (.116) BSC SEE NOTE 4 0.45 ± 0.05 1.05 ± 0.10 0.65 BSC 1 2 3 4 5 6 7 8 推奨半田パッド・レイアウト 4.30 – 4.50* (.169 – .177) 0.09 – 0.20 (.0035 – .0079) 0.50 – 0.75 (.020 – .030) NOTE: 1. 標準寸法:ミリメートル ミリメートル 2. 寸法は (インチ) 3. 図は実寸とは異なる 0.25 REF 1.10 (.0433) MAX 0° – 8° 0.65 (.0256) BSC 0.195 – 0.30 (.0077 – .0118) TYP 0.05 – 0.15 (.002 – .006) FE16 (BC) TSSOP 0204 4. 露出パッド接着のための推奨最小PCBメタルサイズ * 寸法にはモールドのバリを含まない モールドのバリは各サイドで0.150mm(0.006 )を超えないこと 3845afa 24 LT3845A 改訂履歴 REV A 日付 概要 ページ番号 11/10 「絶対最大定格」 と 「発注情報」 にミリタリ・グレードを追加 「電気的特性」 のNote 3にミリタリ・グレードを追加 2 4 3845afa リニアテクノロジー・コーポレーションがここで提供する情報は正確かつ信頼できるものと考えておりますが、その使用に関する責務は一切負い ません。また、ここに記載された回路結線と既存特許とのいかなる関連についても一切関知いたしません。なお、日本語の資料はあくまでも参考資 料です。訂正、変更、改版に追従していない場合があります。最終的な確認は必ず最新の英語版データシートでお願いいたします。 25 LT3845A 標準的応用例 周波数同期範囲が150kHz∼300kHzの、60Vの過渡電圧に耐えられる、9V∼16Vから 3.3V/5AのDC/DCコンバータ、 全てセラミック・コンデンサで、 ソフトスタートと Burst Modeがイネーブルされている VIN 9V TO 16V 60V TRANSIENTS CIN 2.2µF 100V ×4 CIN2 0.1µF 100V C5 1µF 16V R3 1.1M VIN C3 8200pF SHDN CSS BOOST LT3845A BURST_EN C1 R2 16.8k 100pF R4 10k C2 5600pF R5 100k D2 BAS521 BG VC SYNC RSENSE 0.01Ω VOUT 3.3V 5A M2 Si7850DP D1 B160 PGND SYNC SENSE+ fSET SENSE– COUT 100µF 6.3V ×4 C4 2.2µF 16V SGND R6 130k L1 10µH SW VCC VFB R1 10k M1 Si7850DP TG 3845A TA04 CIN: TDK C4532X7R2A225K COUT: MURATA GRM32ER60J107ME20 L1: VISHAY IHLP-5050FD-01 M1, M2: VISHAY Si7850DP 関連製品 製品番号 LT3800 説明 シングル出力同期整流式降圧 60V、低IQ、 DC/DCコントローラ 注釈 200kHz 固定動作周波数、4V ≤ VIN ≤ 60V、 1.23V ≤ VOUT ≤ 36V、IQ = 100μA、TSSOP-16パッケージ LT3844 シングル出力降圧DC/DCコントローラ 60V、低IQ、 LT3724 マルチトポロジーDC/DCコントローラ 60V、低IQ、 LT3741 高電力、定電流/定電圧、同期整流式降圧コントローラ 調節可能な固定周波数:200kHz∼1MHz、6V ≤ VIN ≤36V、 VOUT:最大(VIN2V) LTC3824 60V、低IQ、降圧DC/DCコントローラ、 100%デューティサイクル シングル出力同期整流式降圧 LTC3834/LTC3834-1 低IQ、 LTC3835/LTC3835-1 DC/DCコントローラ、99%デューティサイクル LTC3890 デュアル、2フェーズ同期整流式降圧 60V、低IQ、 DC/DCコントローラ デュアル出力、2フェーズ同期整流式降圧 LTC3857/LTC3857-1 低IQ、 LTC3858/LTC3858-1 DC/DCコントローラ、99%デューティサイクル LTC3859 トリプル出力、同期整流式降圧/降圧/昇圧 低IQ、 DC/DCコントローラ 同期可能な固定周波数:50kHz∼600kHz、4V ≤ VIN ≤ 60V、 1.23V ≤ VOUT ≤ 36V、IQ = 120μA、TSSOP-16パッケージ 200kHz 固定動作周波数、4V ≤ VIN ≤ 60V、 1.23V ≤ VOUT ≤ 36V、IQ = 100μA、TSSOP-16パッケージ 選択可能な固定周波数:200kHz∼600kHz、4V ≤ VIN ≤ 60V、 0.8V ≤ VOUT ≤ VIN、IQ = 40μA、MSOP-10Eパッケージ フェーズロック可能な固定周波数:140kHz∼650kHz、4V ≤ VIN ≤ 36V、 0.8V ≤ VOUT ≤ 10V、IQ = 30μA/80μA フェーズロック可能な固定周波数:50kHz∼900kHz、4V ≤ VIN ≤ 60V、 0.8V ≤ VOUT ≤ 24V、IQ = 50μA フェーズロック可能な固定周波数:50kHz∼900kHz、4V ≤ VIN ≤ 38V、 0.8V ≤ VOUT ≤ 24V、IQ = 50μA/170μA コールドクランク時にすべての出力がレギュレーション状態を維持 4.5V ≤ VIN ≤ 38V、VOUT(BUCKS) :最大24V、 VOUT(BOOST) :最大60V、IQ = 55μA 3845afa 26 リニアテクノロジー株式会社 〒102-0094 東京都千代田区紀尾井町3-6紀尾井町パークビル8F TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp ● ● LT 1110 • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2010