LTC1522 - マイクロパワー、安定化5Vチャージ・ポンプ DC/DCコンバータ

LTC1522
マイクロパワー、安定化
5Vチャージ・ポンプ
DC/DCコンバータ
特長
概要
■
LTC®1522は、2.7V∼5Vの入力電源から安定化された5V
出力を供給するマイクロパワー・チャージ・ポンプDC/
DCコンバータです。消費電流が非常に低く（無負荷時に
標準6µA、シャットダウン時には1µA以下）、外付け部
品点数も少ない（1個の0.22µFフライング・コンデンサと
VINとVOUTに2個の10µFコンデンサ）ため、小型軽負荷
バッテリ電源アプリケーションに最適です。負荷電流が
50µA∼20mAのときに標準効率（VIN＝3V）は75%を超え
ます。SHDNピンを制御すれば、負荷電流が10µAのとき
にも75%以上の標準効率を維持します。
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■
超低消費電流：動作時ICC＝6µA（標準）
短絡/熱から保護
安定化された5V±4%出力電圧
2.7V∼5Vの入力電圧範囲
インダクタ不要
シャットダウン時の低ICC：1µA以下
出力電流：10mA
（VIN ≥ 2.7V）
20mA（VIN ≥ 3V）
シャットダウン時にVINから負荷を切断
内部発振器：700kHz
コンパクトなアプリケーション回路（< 0.65cm2）
8ピンMSOPおよびSOパッケージで供給
アプリケーション
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GSMセルラー電話用SIMインタフェース電源
リチウムイオン・バッテリ・バックアップ電源
ローカル3Vから5Vの変換
スマート・カード・リーダ
PCMCIAローカル5V電源
また、LTC1522はサーマル・シャットダウン機能を備え
ているため、VOUTがGNDに連続的に短絡しても損傷す
ることはありません。シャットダウン時には負荷がVIN
から切り離されます。LTC1522は8ピンMSOPおよびSO
パ ッ ケ ー ジ で 供 給 さ れ ま す 。 VIN ≥ 2.7Vお よ び IOUT ≤
20mAのアプリケーションでは、LTC1516とピン・コン
パチブルです。
、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。
標準的応用例
2.7V∼5V入力電源から安定化された5V出力を供給
1
+
10µF
2
3
+
10µF 4
NC
NC
VIN
SHDN
LTC1522
VOUT
GND
C+
C–
8
7
VIN = 3V
ON/OFF
6
5
0.22µF
VOUT = 5V ±4%
IOUT = 0mA TO 10mA, VIN ≥ 2.7V
IOUT = 0mA TO 20mA, VIN ≥ 3V
80
EFFICIENCY (%)
VIN
2.7V TO 5V
効率と出力電流
90
LOW IQ MODE
(SEE FIGURE 2)
70
SHDN = 0V
60
1522 TA01
50
0.01
0.1
1
10
OUTPUT CURRENT (mA)
100
1522 TA02
4-71
4
LTC1522
絶対最大定格
(Note 1)
GNDに対するVIN .......................................... −0.3V∼6V
GNDに対するVOUT ....................................... −0.3V∼6V
GNDに対するSHDN .................................... −0.3V∼6V
VOUT短絡時間 ........................................................... 無限
コマーシャル温度範囲 ................................... 0℃∼70℃
インダストリアル温度範囲 ...................... −40℃∼85℃
拡張コマーシャル動作
温度範囲（Note 2）................................. −40℃∼85℃
保存温度範囲 ......................................... −65℃∼150℃
リード温度（半田付け、10秒）............................... 300℃
パッケージ/発注情報
ORDER PART
NUMBER
TOP VIEW
NC 1
VIN 2
VOUT 3
C+ 4
8
7
6
5
NC
SHDN
GND
C–
MS8 PACKAGE
8-LEAD PLASTIC MSOP
TJMAX = 125°C, θJA = 160°C/ W
LTC1522CMS8
ORDER PART
NUMBER
TOP VIEW
NC 1
8 NC
VIN 2
7 SHDN
C+ 4
MS8 PART MARKING
LTCG
LTC1522CS8
LTC1522IS8
6 GND
VOUT 3
5 C–
S8 PART MARKING
S8 PACKAGE
8-LEAD PLASTIC SO
1522
1522I
TJMAX = 125°C, θJA = 150°C/ W
インダストリアルおよびミリタリ・グレードに関してはお問い合わせください。
電気的特性
注記がない限り、VIN＝2.7V∼5V、CFLY＝0.22µF、CIN＝COUT＝10µF、TMINからTMAX (Note 2)
SYMBOL PARAMETER
VIN
Input Voltage
VOUT
Output Voltage
ICC
fOSC
VIH
VIL
IIH
IIL
tON
Operating Supply Current
Shutdown Supply Current
Output Ripple
Efficiency
Switching Frequency
SHDN Input Threshold
CONDITIONS
●
2.7V ≤ VIN ≤ 5V, IOUT ≤ 10mA
3V ≤ VIN ≤ 5V, IOUT ≤ 20mA
2.7V ≤ VIN ≤ 5V, IOUT = 0mA, SHDN = 0V
2.7V ≤ VIN ≤ 3.6V, IOUT = 0mA, SHDN = VIN
3.6V < VIN ≤ 5V, IOUT = 0mA, SHDN = VIN
VIN = 3V, IOUT = 10mA
VIN = 3V, IOUT = 10mA
Oscillator Free Running
●
●
●
VOUT Turn-On Time
5.0
5.0
6
0.005
VSHDN = VIN
VSHDN = 0V
VIN = 3V, IOUT = 0mA
MAX
5
5.2
5.2
15
1
2.5
70
82
700
●
SHDN Input Current
TYP
(0.7)(VIN)
●
●は全規定温度範囲の規格値を意味する。
Note 1：絶対最大定格はそれを超えるとデバイスの寿命が損なわれる可能性が
ある値。
4-72
●
●
MIN
2.7
4.8
4.8
●
●
0.4
–1
–1
1
1
1
UNITS
V
V
V
µA
µA
µA
mVP-P
%
kHz
V
V
µA
µA
ms
Note 2：LTC1522Cは0℃∼70℃の温度範囲で仕様性能に適合することが保証さ
れている。またこれらの拡張温度リミットに適合するように設計され、特性が
定められ、適合が見込まれているが、−40℃と85℃ではテストされていない。
LT1522Iは拡張温度リミットに適合することが保証されている。
LTC1522
標準的性能特性
効率と入力電圧
出力電圧と入力電圧
出力リップルと入力電圧
90
5.15
250
IOUT = 10mA
TA = 25°C
IOUT = 10mA
COUT = 10µF
80
5.05
TA = 70°C
5.00
TA = 0°C
TA = 25°C
200
VRIPPLE P-P (mV)
EFFICIENCY (%)
OUTPUT VOLTAGE (V)
5.10
70
60
50
4.95
4.90
2.5
3.0
4.0
4.5
3.5
INPUT VOLTAGE (V)
3.0
4.0
4.5
3.5
INPUT VOLTAGE (V)
5.2
OUTPUT VOLTAGE (V)
INPUT CURRENT (µA)
8
TA = 25°C
TA = 0°C
5
4
2.5
5.0
COUT = 22µF
0
2.5
4.0
4.5
3.5
INPUT VOLTAGE (V)
5.0
4.0
4.5
3.5
INPUT VOLTAGE (V)
VOUT
AC COUPLED
50mV/DIV
5.0
VIN = 2.7V
4.8
0
VIN = 3V
40
60
20
OUTPUT CURRENT (mA)
1522 G04
4
IOUT
0mA TO 10mA
10mA/DIV
5.1
4.9
5.0
1522 G03
VIN = 3.3V
3.0
3.0
負荷過渡応答
TA = 25°C
CFLY = 0.1µF
COUT = 6.8µF
IOUT = 0mA
6
COUT = 10µF
標準出力電圧と出力電流
無負荷時入力電流と入力電圧
9
TA = 70°C
COUT = 6.8µF
100
1522 G02
1522 G01
7
COUT = 3.3µF
150
50
40
2.5
5.0
IOUT = 10mA
CFLY = 0.1µF
TA = 25°C
VIN = 3V
COUT = 10µF
500µs/DIV
1522 G06
80
1522 G05
ピン機能
NC（ピン1）：接続なし。
C−（ピン5）：フライング・コンデンサ、負端子。
VIN（ピン2）：入力電源電圧。3.3µF以上の低ESRコンデ
ンサでVINをバイパスします。
GND（ピン6）：グランド。
VOUT（ピン3）：5V出力電圧（シャットダウン時にはVOUT
＝0V）。3.3µF以上の低ESRコンデンサでVOUTをバイパ
スします。
SHDN（ピン7）：アクティブ“H”CMOSロジック・レベル
のシャットダウン入力。DC/DCコンバータをイネーブル
するには、SHDNを“L”にドライブします。フロートさ
せてはなりません。
C＋（ピン4）：フライング・コンデンサ、正端子。
NC（ピン8）：接続なし。
4-73
LTC1522
ブロック図
VIN
CIN
10µF
SHDN
+
S2A
+
S1A
C+
1µA
CFLY
0.22µF
S2B
COMP1
CLOCK 1
C–
S1B
CLOCK 2
CHARGE PUMP
VOUT
COUT
10µF
+
CONTROL
LOGIC
–
VREF
LTC1522 BD
CHARGE PUMP SHOWN IN DISCHARGE CYCLE
アプリケーション情報
動作
LTC1522はスイッチト・キャパシタ・チャージ・ポン
プを使用して、VINを安定化された5V±4%出力電圧に
昇圧します。安定化は内部抵抗分割器を介して出力電圧
を検知し、出力電圧がCOMP1の下限トリップ・ポイン
トより低下するとチャージ・ポンプがイネーブルされて
実行されます。チャージ・ポンプがイネーブルされる
と、2相の非重複クロックでチャージ・ポンプ・スイッ
チを制御します。クロック1がS1スイッチを閉じると、
フライング・コンデンサが電圧VINまで充電されます。
クロック2がS2スイッチを閉じると、CFLYをVINと直列
にスタックして、CFLYのトップ・プレートをVOUTの出力
コンデンサに接続します。この充電および放電シーケン
スは、出力がCOMP1の上限トリップ・ポイントまで上
昇し、チャージ・ポンプがディスエーブルされるまで、
700kHz（ 標準）の自走周波数で継続します。チャージ・
ポンプがディスエーブルされると、LTC1522はVINから
わずか4µA
（標準）しか消費せず、低負荷条件で高い効率
を実現します。
シャットダウン・モードでは、すべての回路がターンオフ
し、デバイスはVIN電源からわずかなリーク電流しか消費
しません。
VOUTもVINから切り離されます。
SHDNピンは約
VIN/2のスレッショルドを有するCMOS入力ですが、VIN電
圧を超えるロジック・レベルでドライブ可能です。SHDN
ピンに“H”が印加されると、デバイスはシャットダウン・
4-74
モードに入ります。SHDNピンはフロートさせてはなら
ず、
“H”
または
“L”
にドライブされなければなりません。
短絡/熱保護
短絡状態では、LTC1522はVINから100mA∼200mAの電
流を消費するため、接合部温度が上昇します。内蔵サー
マル・シャットダウン回路は、接合部温度が約160℃を
超えるとチャージ・ポンプをディスエーブルし、接合部
温度が約145℃まで低下すると再びチャージ・ポンプを
イネーブルします。LTC1522は、VOUTの短絡状態がなく
なるまで、ラッチアップを起こしたり損傷することな
く、無制限にサーマル・シャットダウンの入り切りを繰
り返します。
コンデンサの選択
最良の性能を実現するには、CINとCOUTに低ESR（<0.5Ω）
のコンデンサを使用して、ノイズやリップルを低減して
ください。CINおよびCOUTコンデンサは、セラミックまた
はタンタルの容量3.3µF以上のものでなければなりませ
ん（アルミニウム・コンデンサはESRが高いため推奨致し
ません）。入力ソース・インピーダンスが非常に低い場合
は、CINが必要ないこともあります。COUTのサイズを10µF
以上に増やすと、出力電圧リップルが非常に減少します。
0.1µF∼0.22µFのフライング・コンデンサには、セラミッ
ク・コンデンサを推奨致します。大きな容量のフライン
LTC1522
アプリケーション情報
グ・コンデンサ（0.22µF以上）を使用した場合は、COUTも大
きくしないと出力リップルが増加することに注意してく
ださい。負荷が非常に軽いアプリケーションでは、CFLYを
0.01µF∼0.047µFに低減できることがあります。これに
よって出力リップルは減少しますが、効率と最大出力電
流も低下します。
LTC1522
3
VOUT
LTC1522
3
VOUT
出力リップル
LTC1522の通常の動作ではVOUTピンに電圧リップルが発
生します。出力電圧リップルは、LTC1522が安定化を行
うのに必要です。センス・コンパレータのヒステリシス
およびチャージ・ポンプ・イネーブル/ディスエーブル
回路の伝播遅延のために、低周波数リップルが存在しま
す。また、主に出力コンデンサのESR
（等価直列抵抗）が
原因で高周波数リップルも発生します。最大負荷での標
準出力リップルは、低ESRの10µF出力コンデンサを使用
した場合50mVP-Pです。
リップル電圧の大きさは、いくつかの要因に依存しま
す。入力電圧が高くなると（VIN > 3.3V）、クロック・サ
イクルごとにCOUTに供給される電荷が増えるため、出
力リップルも増加します。大きな容量のフライング・コ
ンデンサ（> 0.22µF）でも、同じ理由でリップルが増加し
ます。出力電流が大きいかまたは出力コンデンサの容量
が小さい（10µF以下）あるいはその両方の場合は、出力電
圧のdV/dtが高くなるためリップルが増加します。出力
ピンに高ESR（ESR > 0.5Ω）のコンデンサを使用すると、
各クロック・サイクルごとにVOUTに高周波電圧スパイ
クが発生します。
出力電圧リップルを低減する方法がいくつかあります。
大容量COUTコンデンサ（22µF以上）を使用すれば、低周
波および高周波リップルが低減されます。それは大容量
（ケース・サイズが大きい）コンデンサを使用すると充
電・放電時のdV/dtとESRが低いからです。低ESRのセラ
ミック出力コンデンサを使用することによって高周波
リップルは低減されますが、大容量コンデンサを選択し
ない限り、低周波リップルは低減されません。低周波お
よび高周波リップルを低減するため妥当な方法は、出力
に10µF∼22µFのタンタル・コンデンサを使用し、並列
に1µF∼3.3µFセラミック・コンデンサを接続することで
す。RCフィルタを使用して、高周波電圧スパイクを低
減することもできます（図1を参照）。
+
15µF
TANTALUM
1µF
CERAMIC
3.9Ω
+
10µF
TANTALUM
+
VOUT
5V
VOUT
5V
10µF
TANTALUM
1522 F01
図1. 出力リップルの低減方法
低負荷または高VINアプリケーションでは、CFLYに小容
量値を使用すれば出力リップルを低減できます。フライ
ング・コ ンデ ンサ が小容量（0.01µF∼0.047µF）の場 合
は、クロック・サイクルごとに出力コンデンサに供給さ
れる電荷が少なくなり、出力リップルも減少します。た
だし、フライング・コンデンサの容量を小さくすると、
効率や最大IOUT能力も低下します。
突入電流
通常動作中にチャージ・ポンプがイネーブルされるたび
に、VINには50mA∼100mAの範囲の過渡電流が発生しま
す。スタートアップ時にはこれらの突入電流が250mAに
達することがあります。このため、入力電源とVINピン
間のソース抵抗を小さくすることが重要です。ソース抵
抗が大きすぎると、レギュレーションの問題が発生した
り、起動が防げられる可能性があります。
超低消費電流（IQ＝2.1µA）
安定化電源
LTC1522は抵抗分割器（ブロック図を参照）を内蔵し、
VOUTからわずか1µA（標準）の電流しか消費しません。無
負荷状態のときには、内部負荷によって1秒当たりわず
か100mVのレートでVOUTが低下します（COUT＝10µFの場
合）。2Hz∼100Hz、デューティ・サイクル95%∼98%の
信号をSHDNピンに印加すれば、図2の回路は無負荷ま
たは低負荷状態で安定化を維持できるよう頻繁にシャッ
トダウンします。デバイスはほとんど全部の時間を
シャットダウン状態で費やすため、無負荷消費電流（図
3a参照）
は、約(VOUT)(1µA)/(VIN)(効率)となります。
4-75
4
LTC1522
アプリケーション情報
1
VIN
2.7V TO 5V
2
+
10µF
3
+
10µF 4
NC
NC
VIN
SHDN
LTC1522
VOUT
GND
C+
C–
8
7
FROM MPU
SHDN PIN WAVEFORMS:
6
5
LOW IQ MODE (2Hz TO 100Hz, 95% TO 98% DUTY CYCLE) VOUT LOAD ENABLE MODE
IOUT ≤ 100µA
(IOUT = 100µA TO 20mA)
0.22µF
1522 F02
VOUT
5V ±4%
図2. 超低消費電流（< 2.1µA）安定化電源
1000
MAXIMUM SHDN OFF TIME (ms)
SUPPLY CURRENT (µA)
6.0
4.0
2.0
0.0
2.0
100
10
1
3.0
4.0
INPUT VOLTAGE (V)
5.0
1522 F03a
図3a. 図3の回路での無負荷時ICCと入力電圧
LTC1522は 最 低 200µsの 間 シ ャ ッ ト ダ ウ ン か ら 解 放
し、出力を検知して安定化を維持できるようにしなけれ
ばなりません。2Hz、98%デューティ・サイクル信号
により、無負荷状態で安定したVOUTを維持します。
VOUT負荷電流が増加したら、デバイスがシャットダウ
ンから解放される周波数を高くして、OFF位相中にVOUT
が4.8V以下に低下しないようにする必要があります（図
3b参 照 ）。 SHDNピ ン に 100Hzデ ュ ー テ ィ ・ サ イ ク ル
98%の信号を印加すると、負荷電流が100µAでも適切
な安定化が保証されます。100µA以上の負荷電流が必
要なときには、SHDNピンは通常動作時と同様に“L”に
しなければなりません。VIN＝3Vでのこの回路の標準無
負荷時供給電流はわずか2.1µAです。
4-76
SHDN ON PULSE WIDTH = 200µs
COUT = 10µF
1
10
100
OUTPUT CURRENT (µA)
1000
1522 F03b
図3b. 超低IQ動作時の最大SHDN OFF時間と
出力負荷電流
LTC1522がシャットダウンから解放されるたびに、最低1
クロック・サイクル分の電荷が出力に供給されます。この
ため、VINが高い（> 3.3V）かIOUTが低い（< 10µA）あるいは
その両方の場合は、SHDNピンに高い周波数の信号（50Hz
∼100Hzなど）を印加すると、出力コンデンサに過剰な電
荷が供給される可能性があります。このような状況では、
VOUTが徐々に正方向にドリフトし、安定化を維持できな
くなる場合もあります。低IQモードでこのような問題が
発生するのを避けるため、与えられた出力負荷に対する
最小許容周波数（図3b参照）で、シャットダウンの入り切
りを切り替える必要があります。
LTC1522
アプリケーション情報
レイアウトの一般的考慮事項
LTC1522は高いスイッチング周波数と過渡電流を生成す
るため、ボードのレイアウトを慎重に行う必要がありま
す。グランド・プレーンを使用したクリーンなボード・
+
CIN
VIN
1
レイアウトやすべてのコンデンサへの接続を短くする
と、性能が向上し、あらゆる条件で適切な安定化を保証
します（図4参照）。
8
2
7
SHDN
LTC1522
VOUT
COUT
3
6
4
5
+
GND
CFLY
4
1522 F04
図4. LTC1522の推奨部品配置
4-77
LTC1522
標準的応用例
GSMセルラー電話用のプログラム可能な5V/3V SIMインタフェース電源
D1
Q1
3V
R1
470k
A
1
2
B
+
GSM
CONTROLLER
TRUTH TABLE
A
B
VCC
0
0 NOT USED
0
1
3V
1
0
5V
1
1 SHUTDOWN
7
NC
NC
VIN
VOUT
LTC1522
SHDN
GND
10µF 4 C +
C–
8
3
+
6
10µF
VCC = 5V OR 3V
(SEE TRUTH TABLE)
D1 = BAS70-05
Q1 = Si6943DQ
5
0.22µF
VCC
RST
LEVEL SHIFT
CLK
SIM CARD
I/O
GND
1522 TA03
関連製品
製品番号
説明
注釈
LTC1144
20mAスイッチト・キャパシタ・コンバータ、
最大入力電圧20V
マイクロパワー・シャットダウン付き
（8µA）
LTC1262
5Vから12Vの安定化スイッチト・キャパシタ・コンバータ
最大30mAの安定化出力
LTC1514/15
昇降圧スイッチト・キャパシタDC/DCコンバータ
VINは2V∼10V、
VOUTは固定または可変、
IOUTは最大50mA
LTC1516
マイクロパワー、
安定化5Vチャージ・ポンプDC/DCコンバータ IOUT＝20mA (VIN ≥ 2V)、
IOUT＝50mA (VIN ≥ 3V)
LTC1517-5
マイクロパワー、
安定化5Vチャージ・ポンプDC/DCコンバータ LTC1522と同じ性能で、シャットダウン機能なし、SOT-23パッケージ
LTC1555/56
SIM電源およびレベル変換器
昇降圧SIM電源およびレベル変換器
LTC660
100mA CMOS電圧コンバータ
低電圧損失での5Vから−5Vへの変換
4-78