Comments
Description
Transcript
データシート
[AP3405] AP3405 Dual Output Step-Down DC-DC Controller 1. 概 要 AP3405はデュアル出力の降圧DC-DCコントローラです。同期整流とカレントモードPWM固定制御によ り急峻な負荷変動に対しても高速な応答を実現し、大電流域に至るまで広いレンジにわたり、高い効率 と精度を得ることが可能です。出力電圧は外部抵抗により0.6V~5.5Vの範囲で設定します。入力電圧範 囲は4.0V~36Vと広く、ACアダプタ併用バッテリ機器から5.0V、3.3V、2.5Vなどを生成するのに最適で す。外部N-chパワーMOSFETを駆動することにより、出力電流15Aまでの電源構成を実現します。駆動 周波数は外付けの抵抗により80kHz~2MHzの範囲で設定可能となっており、外部発振器の信号をFSYN 端子に入力することで外部同期にも対応しています。保護機能としてヒカップ型出力過電流保護、出力 過電圧保護、入力低電圧保護、パワーグッド、過熱保護を内蔵しています。 2. 特 長 Vin= 4.0V~36V(起動後は3.8V~36V) Vout= 0.6V~5.5V 入力電圧範囲 出力電圧範囲 低入力電圧保護機能搭載 過電圧保護機能搭載 パワーグッド機能搭載 ヒカップ型過電流保護機能搭載 FB制御電圧精度 2% ソフトスタート機能搭載 出力セラミックコンデンサ対応 駆動周波数設定範囲 80kHz~2MHz 駆動周波数精度 ±5%(at 400kHz≦f≦500kHz) パッケージ 30-pin SSOP 1 2 3 4 http://akm.transim.com/ 5 6 A A PWGD1 EXT CLOCK B PWON2 C RSN1 RSP1 PWGD1 BST1 FSYN EU1 SS1 LX1 FB1 GND3 CC1 EL1 GND1 VIN RT NC PWON2 V5 CC2 EL2 FB2 GND2 SS2 LX2 PWON1 PWON1 EU2 PWGD2 PWGD2 BST2 RSN2 RSP2 ch1 Vout Vout1 B Vin C ch2 Vout Vout2 Title Size D Number Revision D B Date: File: 1 2 3 2014/05/02 C:\Users\..\AP3405DSfig_140502.SchDoc 4 MS1640-J-03 5 Sheet of Drawn By : 6 2014/11 -1- [AP3405] 3. 目 次 概 要 ............................................................................................................................................................... 1 特 長 ............................................................................................................................................................... 1 目 次 ............................................................................................................................................................... 2 ブロック図 ....................................................................................................................................................... 3 オーダリングガイド ....................................................................................................................................... 3 ピン配置と機能説明 ....................................................................................................................................... 4 ■ ピン配置 ..................................................................................................................................................... 4 ■ 機能説明 ..................................................................................................................................................... 5 7. 絶対最大定格 ................................................................................................................................................... 6 8. 推奨動作条件 ................................................................................................................................................... 6 9. 電気的特性 ....................................................................................................................................................... 7 ■ Tj=25℃ 電気的特性表 ........................................................................................................................... 7 ■ Tj=-40~125℃ 電気的特性表 ............................................................................................................. 9 10. 機能説明 ......................................................................................................................................................... 11 10.1 内部電源 (V5) .................................................................................................................................... 11 10.2 起動時ブーストコンデンサ充電動作 ............................................................................................. 11 10.3 ソフトスタート ................................................................................................................................. 11 10.4 電源電圧監視回路 (UVLO) .............................................................................................................. 11 10.5 定電圧動作 ......................................................................................................................................... 11 10.6 出力過電圧保護 (OVP) ..................................................................................................................... 11 10.7 ローサイド外部N-chパワーMOSFET継続時動作 .......................................................................... 12 10.8 ハイサイド外部N-chパワーMOSFET継続時動作 .......................................................................... 12 10.9 ヒカップ型出力過電流制限 (Over Current Limit : OCL) ............................................................... 12 10.10 過熱保護 (TSD) ................................................................................................................................. 12 10.11 パワーグッド ..................................................................................................................................... 13 10.12 外部同期 ............................................................................................................................................. 13 10.13 動作停止からの再起動について ..................................................................................................... 13 11. タイミングチャート ..................................................................................................................................... 14 12. 過電流保護ヒカップ動作 ............................................................................................................................. 15 13. アプリケーション情報 ................................................................................................................................. 16 ■ カレントセンス抵抗 ......................................................................................................................... 16 ■ インダクタンス ................................................................................................................................. 16 ■ 位相補償 ............................................................................................................................................. 16 ■ ソフトスタート ................................................................................................................................. 16 ■ 出力電圧 ............................................................................................................................................. 16 ■ 駆動周波数 ......................................................................................................................................... 16 ■ ブーストコンデンサ(CBST:C7,C16).......................................................................................... 17 14. 基板レイアウトの注意事項 ......................................................................................................................... 18 ■ 推奨レイアウト ................................................................................................................................. 18 ■ GND配線............................................................................................................................................. 18 ■ スイッチングノード配線 ................................................................................................................. 18 ■ カレントセンス抵抗配置配線 ......................................................................................................... 18 ■ フィードバック端子配線 ................................................................................................................. 18 ■ V5,SS端子用コンデンサ ................................................................................................................ 18 ■ バイパスコンデンサ ......................................................................................................................... 18 15. 特性例 ............................................................................................................................................................. 19 16. 外部接続回路例 ............................................................................................................................................. 21 ■ 標準動作回路 ..................................................................................................................................... 21 ■ 外部接続回路推奨部品 ........................................................................................................................... 21 17. パッケージ ..................................................................................................................................................... 22 ■ 外形寸法図 ............................................................................................................................................... 22 ■ マーキング ............................................................................................................................................... 22 18. 改訂履歴 ......................................................................................................................................................... 23 重要な注意事項 ..................................................................................................................................................... 24 1. 2. 3. 4. 5. 6. MS1640-J-03 2014/11 -2- [AP3405] 4. ブロック図 PWON1 Main Power On V5 Regulator VIN PWON2 V5 V5 FSYN Vref Vref + SS1 SS1 Vref - Level Shift + - SS2 SS2 Comparator RSP1 RT OSC UVLOcomp SS1 Level Shift Comparator Reset Set OCL1 + Reset Set RSP2 + - OCL2 + V5 RSN1 RSN2 SS1 SS1 Comparator + Vcnt. CC1 Vref FBamp1 FB1 PWM1 Comparator + Reset Reset PWM2 - - + + iRAMP Vcnt. CC2 Vref FBamp2 iRAMP - PWGDcomp1 + 0.64V + PWGD1 Logic2 OVPcomp1 Control - Reset Reset Logic1 + 0.52V FB2 - + Control 0.58V + - OVPcomp2 0.58V + PWGDcomp2 - 0.52V + + 0.64V PWGD2 BST1 BST2 VU1 Level Shift VU2 Level Shift LX1 LX2 V5 V5 VL1 VL2 GND GND Figure 1. Block Diagram 5. オーダリングガイド AP3405 -40℃~105°C 30-pin SSOP MS1640-J-03 2014/11 -3- [AP3405] 6. ピン配置と機能説明 ■ ピン配置 RSN1 1 30 RSP1 PWGD1 2 29 BST1 FSYN 3 28 VU1 SS1 4 27 LX1 FB1 5 26 GND3 CC1 6 25 VL1 GND1 7 24 VIN RT 8 23 NC PWON2 9 22 V5 CC2 10 21 VL2 FB2 11 20 GND2 SS2 12 19 LX2 PWON1 13 18 VU2 PWGD2 14 17 BST2 RSN2 15 16 RSP2 (Top View) MS1640-J-03 2014/11 -4- [AP3405] ■ 機能説明 No 1 2 3 4 Pin Name RSN1 PWGD1 FSYN SS1 I/O I O I I/O Function ch1電流検出端子 (-側) ch1パワーグッド 出力端子 外部同期端子 ch1ソフトスタート端子 ch1出力電圧フィード バック 端子 ch1スイッチング ノード接続 端子 ch1ハイサイドパワー NMOS ドライブ端子 ch1ハイサイド ドライバブー スト端子 Description 電流検出抵抗―側(出力)に接続します。 N-ch MOSFETのオープンドレイン出力です。 外部同期信号入力端子です。 ソフトスタート用コンデンサを接続します。 エラーアンプ1の入力ピンです。出力電圧をフィー ドバックさせます。 コンデンサと抵抗を接続し、エラーアンプ1の位相 補償を行います。 グランド端子です。GND2,3端子に対して電位差が 発生しないようIC直下で接続してください。 駆動周波数設定端子です。抵抗を接続して駆動周波 数を決定します。 ch2のパワーオン/オフ端子です。単独では動作せ ず、ch2のオンはch1とANDとなります。 コンデンサと抵抗を接続し、エラーアンプ2の位相 補償を行います。 エラーアンプ2の入力ピンです。出力電圧をフィー ドバックさせます。 ソフトスタート用コンデンサを接続します。 メインブロック及びch1共通のパワーオン/オフ端 子です。 N-ch MOSFETのオープンドレイン出力です。 電流検出抵抗―側(出力)に接続します。 電流検出抵抗+側に接続します。 ハイサイド外部N-chパワーMOSFET駆動電源です。 LX2間にブートストコンデンサを接続します。 ハイサイド外部N-chパワーMOSFETのゲートに接 続します。電源はBST2端子から供給します。 インダクタ、ショットキーバリアダイオードカソー ド、ブートストラップコンデンサ等を接続します。 グランド端子です。GND1,3端子に対して電位差が 発生しないようIC直下で接続してください。 ローサイド外部N-chパワーMOSFETのゲートに接 続します。 内部電源用5Vを出力します。10uF以上のセラミック コンデンサを接続します。 オープン端子です。 入力コンデンサを端子近傍に接続します。 ローサイド外部N-chパワーMOSFETのゲートに接 続します。 グランド端子です。GND1,2端子に対して電位差が 発生しないようIC直下で接続してください。 インダクタ、ショットキーバリアダイオードカソー ド、ブートストラップコンデンサ等を接続します。 ハイサイド外部N-chパワーMOSFETのゲートに接 続します。電源はBST1端子から供給します。 ハイサイド外部N-chパワーMOSFET駆動電源です。 LX1間にブートストコンデンサを接続します。 5 FB1 I 6 CC1 O ch1位相補償端子 7 GND1 - グランド端子 8 RT I/O 9 PWON2 I ch2パワーオン/オフ端子 10 CC2 O ch2位相補償端子 11 FB2 I 12 SS2 I/O 13 PWON1 I 14 15 16 PWGD2 RSN2 RSP2 O I I 17 BST2 I 18 VU2 O 19 LX2 I 20 GND2 - 21 VL2 O 22 V5 I/O 23 24 NC VIN I 25 VL1 O 26 GND3 - 27 LX1 I 28 VU1 I 29 BST1 I 30 RSP1 I ch1電流検出端子 (+側) 電流検出抵抗+側に接続します。 駆動周波数設定端子 ch2出力電圧フィードバック 端子 ch2ソフトスタート端子 メイン &ch1パワーオン/オ フ端子 ch2パワーグッド 出力端子 ch2電流検出端子 (-側) ch2電流検出端子 (+側) ch2ハイサイド ドライバブースト端子 ch2ハイサイドパワー NMOS ドライブ端子 ch2スイッチング ノード接続 端子 グランド端子 ch2ローサイドパワー NMOS ドライブ端子 5Vシリーズ レギュレータ出 力端子 オープン端子 主電源入力端子 ch1ローサイドパワー NMOS ドライブ端子 グランド端子 MS1640-J-03 2014/11 -5- [AP3405] 7. 絶対最大定格 Parameter Symbol min typ 0.3 Voltage between BST1/2 or VU1/2 and GND -0.3 Voltage between VIN or LX1/2 and GND Voltage between V5, CC1/2, FB1/2, RSN1/2 -0.3 RSP1/2, PWON1/2, FSYN, PWGD1/2, RT, VL1/2,SS1/2, and GND -0.3 Voltage between BST1,2 or VU1,2 and LX1,2 Tstg -40 Storage Ambient Temperature Range Tj -40 Junction temperature PD Power Dissipation (Ta=25°C) Note 1. GND=GND1=GND2=GND3 基板レイアウトではICの直下で接続してください。 Note 2. Junction to Ambient Thermal Resistance θJA:95℃/W max 47 41 Unit V V 6 V 6 150 125 1053 V °C °C mW 注意: この値を超えた条件で使用した場合、デバイスを破壊することがあります。また通常の動作は保証され ません。 1250 1125 POWER DISSIPATON [mW] 1000 875 750 625 500 375 250 105℃ 210.6mW 125 0 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 OPERATING AMBIENT TEMPERATURE Ta ℃ [ ] Figure 2. Power Dissipation 8. 推奨動作条件 Parameter 電源電圧範囲 起動後電源電圧範囲 動作周囲温度 Symbol Vin Vin Ta min 4 3.8 -40 typ - max 36 36 105 Unit V V ℃ 注意:本データシートに記載されている条件以外のご使用に関しては、当社では責任を負いかねますの で、十分ご注意下さい。 MS1640-J-03 2014/11 -6- [AP3405] 9. 電気的特性 ■ Tj=25℃ 電気的特性表 (特に指定の無い場合Vin=12V) Parameter 出力電圧範囲 Symbol min Vout 0.6 内部電源 内部基準電圧 FB基準電圧 シャットダウン電流 静止時回路電流 パワーオン閾値 パワーオフ閾値 パワーオン端子電流H パワーオン端子電流L 低入力電圧保護解除 IPWONoff - VUVLOdis 3.3 低入力電圧保護動作 VUVLOact 2.94 UVLOヒステリシス SS充電電流 SS放電電流 ヒカップ時 HysUVLO Isson typ - max Unit 5.5 V V5 4.55 5.0 5.55 V Vref 1.115 1.159 1.192 V Vfb 0.574 0.580 0.586 V Isdn - - 1 uA Isupply 1310 2000 2380 uA Conditions VIN≧6V, IV5≦32mA VPON 1.5 - - V VPOFF - - 0.4 V IPWONon 3.5 7.5 17.5 uA VPWON=5V(吸い込み) - 1 uA VPWON=0V(吐出し) 3.6 3.8 V V5 電圧値 3.2 3.44 V V5 電圧値 0.20 0.35 0.65 V 25 30 35 uA Issoff 0.62 1.5 2.22 uA 過電流検出電圧1 VOCL1 67.5 75 82.5 mV Vout=0.6V 過電流検出電圧2 VOCL2 67.5 75 82.5 mV Vin≧6.5V, Vo=5.5V 出力過電圧保護動作電圧 VOVP +10 +15 +20 % FB基準電圧比 パワーグッド動作電圧H VPWGDH +6 +10 +14 % FB基準電圧比 パワーグッド動作電圧L VPWGDL -14 -10 -6 % FB基準電圧比 パワーグッドヒステリシス VPWGDhys 5 9 % FB基準電圧比 0.1 V 端子電流=0.5mA VPWGDon 1 - 80kHz Fclk80 70 80 90 kHz 周波数設定抵抗R30=937.5kΩ 200kHz Fclk200 182 200 215 kHz 周波数設定抵抗R30=369kΩ 400kHz Fclk400 384 400 416 kHz 周波数設定抵抗R30=180kΩ 500kHz Fclk500 480 500 520 kHz 周波数設定抵抗R30=142.0kΩ 1000kHz Fclk1k 920 1000 1090 kHz 周波数設定抵抗R30=66.3kΩ 2000kHz Fclk2k 1650 2000 2350 kHz 外部同期周波数範囲 Fsync 75 - 125 % 周波数設定抵抗R30=28.4kΩ Fclk(typ)比。設定80kHz~ 500kHz時 外部同期判定閾値 Vsync 0.4 - 1.5 V ミニマムオンタイム MINon - 200 275 ns 外 付 け MOS ド ラ イ ブ 能 力 (High Side) (Note 3) Trise 20 60 120 ns Tfall 10 25 50 ns 外付けMOSドライブ能力(Low Side) (Note 3) Trise 20 60 120 ns Tfall 10 25 50 ns Ttsd 135 150 165 C TSDhys 5 15 25 C パワーグッド残留電圧 駆動周波数 過熱保護動作温度 (Note 3,Note 4) 過熱保護ヒステリシス (Note 3,Note 4) errorAMP出力 ヒカップ動作OCLカウント デッドタイム(VL→VU) デッドタイム(VU→VL) Vin=12V , Cload = 3300 pF Vin=12V , Cload = 3300 pF GmCC 240 300 360 uS Nhiccup - 24 - times TDEAD1 35 50 82 ns Vin=12V, Cload=0pF TDEAD2 35 50 80 ns Vin=12V, Cload=0pF MS1640-J-03 FB=0.58V±0.02V 2014/11 -7- [AP3405] Parameter デッドタイム (VL→VU:BSTチャージ確保用) デッドタイム (VU→VL:BSTチャージ確保用) Symbol min typ max Unit Conditions TDEAD1W 35 50 82 ns Vin=12V, Cload=0pF TDEAD2W 35 50 80 ns Vin=12V, Cload=0pF VUパルス幅 TPWVUW 375 500 850 ns (BSTチャージ確保用) TPWVL 40 100 230 ns VLパルス幅(起動時) MINoff 85 150 220 ns ミニマムオフタイム Note 3. 設計保証値 Note 4. 異常時の発熱に対しICを保護する回路であり、仕様を超える発熱が継続する状態での信頼性を 含めた動作を保証するものではありません。 MS1640-J-03 2014/11 -8- [AP3405] ■ Tj=-40~125℃ 電気的特性表 (特に指定の無い場合Vin=12V) Parameter 出力電圧範囲 Symbol min max Unit 0.6 typ - Vout V5 5.5 V 4.5 5.0 5.5 V Vref 1.113 1.159 1.205 V 内部電源 内部基準電圧 FB基準電圧 シャットダウン電流 静止時回路電流 パワーオン閾値 パワーオフ閾値 パワーオン端子電流H パワーオン端子電流L 低入力電圧保護解除 VUVLOdis 低入力電圧保護動作 VUVLOact 2.9 UVLOヒステリシス SS充電電流 SS放電電流(ヒカップ時) HysUVLO 0.20 Isson 24 Conditions VIN≧6V, IV5≦32mA Vfb 0.568 0.580 0.592 V Isdn - - 5 uA Isupply 1000 2000 2700 uA VPON 1.5 - - V VPOFF - - 0.3 V IPWONon 1.5 7.5 20 uA VPWON=5V(吸い込み) IPWONoff - - 5 uA VPWON=0V(吐出し) 3.2 3.6 4.0 V V5 電圧値 3.2 3.5 V V5 電圧値 0.35 0.65 V 30 36 uA Issoff 0.5 1.5 2.5 uA 過電流検出電圧1 VOCL1 60 75 90 mV Vo=0.6V 過電流検出電圧2 VOCL2 60 75 90 mV Vin≧6.5V, Vo=5.5V 出力過電圧保護動作電圧 VOVP +10 +15 +20 % FB基準電圧比 パワーグッド動作電圧H VPWGDH +5 +10 +15 % FB基準電圧比 パワーグッド動作電圧L VPWGDL -15 -10 -5 % FB基準電圧比 パワーグッドヒステリシス VPWGDhys 5 - % FB基準電圧比 VPWGD(on) 1 - 9 パワーグッド残留電圧 0.4 V 端子電流=0.5mA 80kHz Fclk80 70 80 90 kHz 周波数設定抵抗R30=937.5kΩ 200kHz Fclk200 180 200 220 kHz 周波数設定抵抗R30=369kΩ 400kHz Fclk400 380 400 420 kHz 周波数設定抵抗R30=180kΩ 500kHz Fclk500 475 500 525 kH 周波数設定抵抗R30=142.0kΩ 1000kHz Fclk1k 800 1000 1200 kHz 周波数設定抵抗R30=66.3kΩ 2000kHz Fclk2k 1400 2000 2600 kHz 外部同期周波数範囲 Fsync 75 - 125 % 周波数設定抵抗R30=28.4kΩ Fclk(typ)比。設定80kHz~ 500kHz時 外部同期判定閾値 Vsync 0.3 - 1.5 V ミニマムオンタイム MINon - 200 300 ns 外付けMOSドライブ能力(High Side) (Note 5) Trise 20 60 120 ns Tfall 10 25 50 ns 外付けMOSドライブ能力(Low Side) (Note 5) Trise 20 60 120 ns Tfall 10 25 50 ns Ttsd 135 150 165 C TSDhys 5 15 25 C GmCC 200 300 400 uS Nhiccup - 24 - times TDEAD1 20 50 95 ns Vin=12V, Cload=0pF TDEAD2 20 50 95 ns Vin=12V, Cload=0pF TDEAD1W 20 50 95 ns Vin=12V, Cload=0pF 駆動周波数 過熱保護動作温度 (Note 5,Note 6) 過熱保護ヒステリシス (Note 5,Note 6) errorAMP出力 ヒカップ動作OCLカウント デッドタイム(VL→VU) デッドタイム(VU→VL) デッドタイム (VL→VU:BSTチャージ確保用) MS1640-J-03 Vin=12V , Cload = 3300 pF Vin=12V , Cload = 3300 pF FB=0.58V±0.02V 2014/11 -9- [AP3405] Parameter デッドタイム (VU→VL:BSTチャージ確保用) Symbol min typ max Unit TDEAD2W 20 50 95 ns Conditions Vin=12V, Cload=0pF VUパルス幅 TPWVUW 250 500 1000 ns (BSTチャージ確保用) TPWVL 25 100 250 ns VLパルス幅(起動時) MINoff 50 150 250 ns ミニマムオフタイム Note 5. 設計保証値 Note 6. 異常時の発熱に対しICを保護する回路であり、仕様を超える発熱が継続する状態での信頼性を 含めた動作を保証するものではありません。 MS1640-J-03 2014/11 - 10 - [AP3405] 10. 機能説明 10.1 内部電源 (V5) 主電源電圧(VIN)が印加されPWON1端子へ”H”信号が入力されると、内部シリーズレギュレーターが起動し V5端子コンデンサを充電します。V5端子電圧が一定以上に達すると、内部基準電圧を起動しIC全体が動作 を開始します。主電源電圧(VIN)が5.5V以下となる用途ではV5端子をVIN端子へ接続して下さい。 10.2 起動時ブーストコンデンサ充電動作 内部電源(V5)起動後に、ハイサイド外部N-chパワーMOSFET駆動電源となる BST端子-LX端子間 に接続 されたブーストコンデンサを充電するため、ローサイド外部N-chパワーMOSFETを4回オンします。このオ ン信号のパルスはtyp.で100nsです。 10.3 ソフトスタート 起動時に出力電圧のオーバーシュートを防ぐため、出力電流制限により緩やかに出力電圧を上昇させます。 SS端子電圧が0Vから1.16Vに上がる間、SS端子コンデンサは約30uAで充電されます。その間SS端子電圧に応 じて過電流制限値と過電圧制限値をリニアに変化させ、非同期整流で起動します。出力電圧が立ち上がる時 間は出力コンデンサの容量や負荷状態によって異なります。ソフトスタート期間中は、パワーグッド端子は 常にプルダウンされています。ソフトスタート期間中に設定出力電圧に達するよう、 SS端子コンデンサの値を選択してください。 10.4 電源電圧監視回路 (UVLO) 主電源電圧が低下してV5が3.2V以下になるとUVLO状態となりV5以外の全てのブロックを停止させます。こ の時SS端子を放電しスタンバイ動作となっています。UVLOは0.35Vのヒステリシスを持ち、再びV5端子電 圧が上昇し3.55Vを越えるまでUVLO状態を維持します。UVLO状態が解除されますとソフトスタートで再起 動動作へ移行します。 10.5 定電圧動作 AP3405は電流モードPWM制御方式で動作します。FB端子と0.58V内部基準電圧の電位差をフィードバックア ンプにて増幅し、インダクタ電流の目標値を設定します。ハイサイド外部N-chパワーMOSFETのオン期間は インダクタ電流が目標値に達するまで継続されます。インダクタ-出力間に接続された電流検出抵抗R1でイ ンダクタ電流を検知しています。オン期間のインダクタ電流が目標値に達すると、ハイサイド外部N-chパワ ーMOSFETがオフ、ローサイド外部N-chパワーMOSFETがオンとなり同期整流動作を行います。 10.6 出力過電圧保護 (OVP) FB端子電圧を検出し、出力電圧が設定出力電圧の+15%以上になるとハイサイド外部N-chパワーMOSFETを オフ、ローサイド外部N-chパワーMOSFETをオンさせて保護を掛けます。 MS1640-J-03 2014/11 - 11 - [AP3405] 10.7 ローサイド外部N-chパワーMOSFET継続時動作 出力電圧が設定値よりも高い状態ではハイサイド外部N-chパワーMOSFETオフ、ローサイド外部N-chパワー MOSFETオンを継続します。この動作は出力コンデンサの電荷をインダクタ経由の逆流で放電させていま す。この逆流の放電電流値が過大となることを防ぐため、ハイサイド外部N-chパワーMOSFETオフが4周期 継続した時点でローサイド外部N-chパワーMOSFETをオフさせます。オフ期間は4周期継続し、出力電圧が 設定値よりも高い状態であれば、再度ローサイド外部N-chパワーMOSFETをオンさせて出力コンデンサを放 電する動作を繰り返します。このサイクルは出力電圧が設定値よりも低い状態となりハイサイド外部N-chパ ワーMOSFETをオンするまで継続されます。 Iout 0A Vout Control Line Coil Current 0A Clock ON VU VL 4 count 4 count Figure 3. Lower side External Power MOSFET Continuous Operation 10.8 ハイサイド外部N-chパワーMOSFET継続時動作 出力電圧が設定値より低くハイサイド外部N-chパワーMOSFETのオンが継続すると、1周期中の最後に ミ ニマムオフタイム(typ=200ns)の間は必ずハイサイド外部N-chパワーMOSFETがオフするMax Duty状態とな ります。Max Duty状態ではブーストコンデンサへのチャージが十分に行われないことでブースト電圧の低下 が発生します。AP3405はMax Duty状態が8周期継続する毎に、ブーストチャージを行うためのハイサイド外 部N-chパワーMOSFETオフを強制的に行っています。このオフ信号のパルスはtyp.で500nsです。 10.9 ヒカップ型出力過電流制限 (Over Current Limit : OCL) AP3405の出力電流制限はヒカップ方式を採用し、過電流状態での出力電圧・出力電流を抑えます。また、ソ フトスタート期間中など出力電圧が設定値以下の期間は電流制限値が定格に対し低くなっています。この間 に負荷電流が増加しすぎると出力電圧が設定値まで上昇しないことがありますのでご注意ください。AP3405 は電流モード制御方式を採用しており、電流検出抵抗を省略することはできません。 10.10 過熱保護 (TSD) IC内チップ温度をモニターし、約150℃以上になるとハイサイド、ローサイド外部N-chパワーMOSFETを停 止させて、AP3405を保護します。同時にソフトスタートコンデンサを放電します。過熱保護はヒステリシス を持ち、過熱保護動作温度より約15℃低下すると、ソフトスタートで再起動します。 MS1640-J-03 2014/11 - 12 - [AP3405] 10.11 パワーグッド AP3405は出力電圧の状態を示すパワーグッド機能を備えています。PWGD端子はオープンドレイン出力とな っていますのでV5端子に100kΩ以上の抵抗でプルアップしてください。未使用の場合はGNDに接続してくだ さい。出力電圧が設定出力電圧の±10%以内に入りますと内蔵のNch MOSFETがオフするためPWGD端子電位 が”H”レベルとなります。スタンバイ期間中およびソフトスタート期間中は常に”L”レベルです。 10.12 外部同期 AP3405はFSYN端子への信号入力で外部同期に対応可能です。FSYN端子電圧の立下りがch2側ハイサイド外 部N-chパワーMOSFETオン~ch1側ハイサイド外部N-chパワーMOSFETオンの期間に入力されると、ch2側の ハイサイド外部N-chパワーMOSFETはオフ、ch1側のハイサイド外部N-chパワーMOSFETがオンに切り替わり 外部同期動作へ移行します。FSYN端子に入力される外部同期信号はch1, ch2間の位相反転のため、Duty=50% 信号を基本とします。外部同期時、FSYNへの入力信号の立下りエッジがch1のハイサイドMOSオンタイミン グ、立ち上がりエッジがch2のハイサイドMOSオンタイミングになります。FSYNへの入力信号=”H”が、内部 発振器の1周期以上継続した場合、外部同期から内部発振器での駆動周波数動作に戻ります。FSYNへの入力 信号=”L”の状態ではクロックが停止した状態で保持されます。外部同期から内部発振器への切り替えの際は FSYN端子へ”H”信号またはオープンとなるよう処理をお願いします。 10.13 動作停止からの再起動について AP3405はPWON端子に”L”入力により動作を停止しても出力コンデンサに溜まった電荷を強制的に放電はし ません。そのためパワーダウン直後に再起動した場合、出力電圧が十分に低下しない状況での再起動となる 可能性があり、その場合以下の注意が必要となります。 ソフトスタート(10.3で説明)期間中の過電圧制限値は“SS端子電圧/1.16V×Vout設定値”(Figure 4 Control Line)で決定されます。再起動時に出力電圧が残っていると、過電圧制限値がSS端子電圧に応じて上昇し、 出力電圧を上回った時点からスイッチングを開始します。またパワーオン信号が入力されている状態では BST端子-GND間の制御回路が約80uAの電流を消費しておりブーストコンデンサの電圧が低下します。ブー ストコンデンサの電圧がハイサイドN-ch MOSFET のVGS(th)を下回るまでにスイッチングが開始されない場 合、AP3405がオン信号をVU端子から出力してもハイサイドN-ch MOSFETは応答しないため出力に電流が供 給されません。 PWON Vin AP3405 V5 VIN V5Reg. V5 IBST=80uA Max BST LX BST-LX BST Discharge IBST 80uA V5-Vout 0V Control Circuit VU High side N-ch MOSFET Boost Capacitor Control Line LX VL Vout 0V SS Low side N-ch MOSFET VU High side N-ch MOSFET VGS(th) VL Figure 4. IBST Block & Boost Decay Timing Chart ブーストコンデンサはソフトスタート時間内にハイサイドN-ch MOSFET のVGS(th)以上の電圧を確保できる 容量としてください。 MS1640-J-03 2014/11 - 13 - [AP3405] 11. タイミングチャート Figure 5. Timing Chart VIN端子に4.0V以上の電圧が印加された状態でPWON1端子に”H”信号が入力されると内部電源V5が起 動してソフトスタートシーケンスに移行します。PWON2端子はPWON1端子に”H”信号が入力されてい る場合のみ、信号入力を受け付けます。PWON2端子のみへ”H”信号を入力しても起動しませんのでご注 意ください。内部電源V5が起動するとSS1端子へ30uAの定電流によって充電し、0Vから1.16Vに上昇す る期間、過電流保護と過電圧保護を0~100%までリミット値をリニアに変化させるソフトスタート動作 を行います。 MS1640-J-03 2014/11 - 14 - [AP3405] 12. 過電流保護ヒカップ動作 ソフトスタート終了後、 PWM動作に切り替わり過電流状態が駆動周波数の24回カウントの間継続され るとヒカップ動作に入り再起動を繰り返します。ヒカップ動作時は、ソフトスタートコンデンサを 1.5uAで放電させ、SS端子電圧を1.16Vから0.5Vまで低下させます。SS端子電圧が0.5Vまで下がると、 SS端子を内部のNMOSで駆動周波数の24回カウントの間接地させた後、再度ソフトスタート動作を開 始します。ソフトスタート中はOCLが継続してもヒカップ動作には入りませんのでご注意ください。 T1 T2 T3 T4 1.16V 0.5V SS端子電圧 100% OCLレベル 0% 24カウント 24カウント OCLタイマー T1:ソフトスタートの設定時間です。 T2:駆動周波数の24カウントの時間です。ヒカップ動作への判定はT2の期間のみ行います。 T3:ソフトスタート設定時間の約12倍に相当する休止期間です。 T4:駆動周波数の24カウントの時間です。再起動までに要する時間はT3+T4となります。 Figure 6. Hiccup Operation MS1640-J-03 2014/11 - 15 - [AP3405] 13. アプリケーション情報 ■ カレントセンス抵抗 過電流保護の概算値は、次式で表されます。外部部品のバラつきを含めた計算は別紙のAP3405設計シートにて ご算出下さい。 ch1: R1 67.5 [mV] [mΩ] Imax1 1.3 ch2: R15 67.5 [mV] [mΩ] Imax2 1.3 ■ インダクタンス 外部インダクタは、リップル電流の最大値が定格電流の30%となるように選択します。主電源電圧(VIN)はご 使用になる入力範囲中の最大値fはご使用になる周波数です。これらを含め、外部 インダクタの値は次式で求めることができます。 L Vout (Vin(max) - Vout ) Imax Vin(max) f 0.3 ■ 位相補償 CC端子-SS端子間に接続する位相補償用抵抗コンデンサの標準値は以下の値となります。変更される場合は弊 社までご連絡ください。 CH -1: R6 33[k] , R7 3.3[k], C6 6800[pF] CH - 2 : R19 33[k] , R20 3.3[k], C13 6800[pF] ■ ソフトスタート SS1,SS2端子-GND間に接続するソフトスタート用コンデンサの容量によってソフトスタート時間が設定され ます。この時間は次式で求めることができます。 CH - 1 Tss C4 1.16 [s] 30 10 -6 CH - 2 Tss C15 1.16 [s] 30 10 -6 ■ 出力電圧 出力電圧は出力コンデンサからGNDへシリーズに挿入するフィードバック抵抗で設定します。このシリーズに 挿入されたR3、R4(出力コンデンサ-FB端子間)と、R5(FB端子-GND間)の値は 次式で求めることができます。 CH - 1 Vout =0.58 1 R3 R4 [V] R5 CH - 2 Vout =0.58 1 R16 R17 [V] R18 ■ 駆動周波数 駆動周波数はRT端子-GND間へシリーズに挿入する抵抗で設定します。このシリーズに挿入された抵抗R30の 値は次式で求めることができます。 R 30 75757 9.47 [ kΩ] Frequency[kHz] MS1640-J-03 2014/11 - 16 - [AP3405] ■ ブーストコンデンサ(CBST:C7,C16) AP3405はPWON端子に”H”信号が入力されるとBST端子から最大80uAの電流を消費します。 動作停止からの再起動を行う場合、ソフトスタートの時間内にBST端子-LX端子間電圧がハイサイドパワーN-ch MOSFETのVGS(th)を下回るとAP3405のVU端子からドライブ信号を出力してもスイッチング動作ができないブー ストディケイの状態になることがあります。 下図7.をご参照ください。N-ch MOSFETのVGS(th)<4.4V-Voutの条件であるためブーストディケイの発生はあり ません。下図8.ではN-ch MOSFETのVGS(th)>4.4V-Voutの条件となるためブーストディケイが発生します。 5 5 Vout[V] Vout[V] Boost Decay BST-LX VGS(th) 3 BST-LX 4 Voltage[V] Voltage[V] 4 VGS(th) 3 2 2 1 1 0 0 0 25 50 75 100 125 0 150 25 50 75 100 125 150 time[ms] time[ms] Figure 7. LX-BST at N-chMOSFETVGS(th)<4.4V-Vout (Vout=1.2V, Cout=50uF, CBST=1uF, 放電抵抗=1kΩ) Figure 8. LX-BST at N-chMOSFETVGS(th)>4.4V-Vout (Vout=5V, Cout=50uF, CBST=1uF, 放電抵抗=1kΩ) この条件で再起動を行う際はブーストディケイに入る前にソフトスタートが終了する設定とするか、Vout減少 によるBST-LX間電圧上昇でブーストディケイから復帰する時間を経過した後にPWON端子に”H”信号を入力 するシーケンスとしてください。 即時再起動が必要な場合は下式2条件を満たすブーストコンデンサ容量としてください。 ブーストコンデンサ容量> ソフトスタート時間< N - chパワーMOSFETQG 20 4.4V [F] ブーストコンデンサ容量 (4.4V-N - chパワーMOSFETVGS(th)) 80uA [s] この条件が満たせない場合は起動不具合が発生する可能性がありますので即時再起動はできません。 Vout減少によるBST-LX間電圧上昇でブーストディケイから復帰する時間を経過するまでPWON端子に”H”信 号を入力しないでください。 Vout低下によるBST-LX間への充電時間は下式で表されます。 BST - LX充電時間=出力放電抵抗 出力コンデンサ容量 (-ln(1- Vout -4.4V+N - chパワーMOSFET_VGS(th) ))[s] Vout これらの計算は別紙のAP3405設計シートにて自動計算可能です。 MS1640-J-03 2014/11 - 17 - [AP3405] 14. 基板レイアウトの注意事項 ■ 推奨レイアウト Figure 9. TOP Layer Figure 10. Top Layer Silk Figure 11. Bottom Layer Figure 12. Bottom Layer Silk ■ GND配線 GNDはできるだけ大きなプレーンとして、出力コンデンサと入力コンデンサのGNDが共通となるように 接続してください。 ■ スイッチングノード配線 ハイサイド、ローサイド外部N-chパワーMOSFET-パワーインダクタ-ショットキーバリアダイオード 間のスイッチングノードラインは、太く、短く配線してください。VU端子・VL端子についても最短距 離で配線するようにしてください。 ■ カレントセンス抵抗配置配線 カレントセンス抵抗両端からAP3405のRSP端子とRSN端子への配線抵抗が等しくなるようにAP3405の 近傍へ配置してください。 ■ フィードバック端子配線 出力コンデンサ-GND間にシリーズで挿入するフィードバック抵抗は、出力コンデンサ+端子近傍に接 続し、スイッチングノードから離して配線してください。フィードバック抵抗の配置はFB端子 に接続する中点が短くなるようにAP3405に近接させてください。 ■ V5,SS端子用コンデンサ V5端子-GND間、SS端子-GND間のコンデンサは、AP3405の各端子に近接させて配置・配線してくだ さい。 ■ バイパスコンデンサ VIN端子-GND間のバイパスコンデンサにつきましてもAP3405の端子に近接させて配置・配線してくだ さい。 MS1640-J-03 2014/11 - 18 - [AP3405] 15. 特性例 100 0.6 16. Vin= 6.0[V] Vin= 7.3[V] Vin= 8.7[V] Vin=10.0[V] Vin=11.3[V] Vin=12.7[V] Vin=14.0[V] Vin=15.3[V] Vin=16.7[V] Vin=18.0[V] 90 80 70 0.584 Vref[V] 効率[%] 60 0.592 50 0.576 40 30 0.568 20 10 0.56 0 0 1 2 3 4 -50 5 Iout[A] 0 50 100 150 Ta[℃] Figure 13. Efficiency 0.8V Output Figure 14. Vreffb vs. Ta 100 Vin= 8.0[V] Vin= 9.0[V] Vin=10.0[V] Vin=11.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.0[V] Vin=14.0[V] Vin=15.0[V] Vin=16.0[V] 90 効率[%] 80 70 60 50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Iout[A] Figure 15. Efficiency 3.3V Output 100 Vin= 8.0[V] Vin= 9.0[V] Vin=10.0[V] Vin=11.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.0[V] Vin=14.0[V] Vin=15.0[V] Vin=16.0[V] 90 効率[%] 80 70 60 50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Iout[A] Figure 16. Efficiency 5.0V Output MS1640-J-03 2014/11 - 19 - [AP3405] 0.88 0.86 0.84 0.80 0.84 0.82 0.80 0.78 0.78 0.76 0.76 0.74 0.74 0.72 0 1 2 3 4 Iout=0.0[A] Iout=0.2[A] Iout=0.5[A] Iout=0.8[A] Iout=1.3[A] Iout=1.8[A] Iout=2.5[A] Iout=3.2[A] Iout=4.1[A] Iout=5.0[A] 0.86 Vout[V] 0.82 Vout[V] 0.88 Vin= 6.0[V] Vin= 7.3[V] Vin= 8.7[V] Vin=10.0[V] Vin=11.3[V] Vin=12.7[V] Vin=14.0[V] Vin=15.3[V] Vin=16.7[V] Vin=18.0[V] 0.72 5 Iout[A] 6 12 Vin[V] Figure 17. Load Regulation 0.8V Output Figure 18. Line Regulation 0.8V Output 3.74 3.40 3.17 3.17 3.06 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 18 Iout=0.0[A] Iout=0.2[A] Iout=0.5[A] Iout=0.8[A] Iout=1.3[A] Iout=1.8[A] Iout=2.5[A] Iout=3.2[A] Iout=4.1[A] Iout=5.0[A] 3.40 3.29 0.5 16 3.51 3.29 0.0 14 3.63 Vout[V] Vout[V] 3.51 10 3.74 Vin= 8.0[V] Vin= 9.0[V] Vin=10.0[V] Vin=11.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.0[V] Vin=14.0[V] VIn=15.0[V] Vin=16.0[V] 3.63 8 3.06 8.0 5.0 9.0 10.0 11.0 Iout[A] 12.0 Vin[V] 13.0 14.0 15.0 16.0 Figure 20. Line Regulation 3.3V Output Figure 19. Load Regulation 3.3V Output 5.50 5.50 Vin= 8.0[V] Vin= 9.0[V] Vin=10.0[V] Vin=11.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.0[V] Vin=14.0[V] Vin=15.0[V] Vin=16.0[V] 5.33 5.33 5.17 Vout[V] Vout[V] 5.17 5.00 5.00 4.83 4.83 4.67 4.67 4.50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 4.50 8.0 5.0 Iout[A] Figure 21. Load Regulation 5.0V Output Iout=0.0[A] Iout=0.2[A] Iout=0.5[A] Iout=0.8[A] Iout=1.3[A] Iout=1.8[A] Iout=2.5[A] Iout=3.2[A] Iout=4.1[A] Iout=5.0[A] 9.0 10.0 11.0 12.0 Vin[V] 13.0 14.0 15.0 16.0 Figure 22. Line Regulation 5.0V Output MS1640-J-03 2014/11 - 20 - [AP3405] 16. 外部接続回路例 ■ 標準動作回路 Figure 23. AP3405 Application ■ 外部接続回路推奨部品 ch 共通 Symbol C1 C2 C3 R30 ch1:Vout=5.0V, Iout=5.0A, ch2:Vout=3.3V, Iout=5.0A, 200kHz 設定) Description Manufacturer Panasonic 入力コンデンサ 680uF/50V 680uF/50V WX 電解コンデンサ 入力フィルタコンデンサ 1μF セラミック 内部電源用コンデンサ 10μF セラミック 周波数設定抵抗 369.3kΩ (Vin =6.0V~36.0V, Parameter ch Parameter ch1 Vout = 5V Symbol Description ch2 Vout = 3.3V Manufacturer Symb ol C14 C13 C16 C15 330uF 1500pF 0.22μF 0.1μF R15 11mΩ R16 R17 R18 R19 R20 0Ω 22kΩ 4.7kΩ 33kΩ 3.3kΩ D3 5A D4 100mA L2 10uH Description 出力コンデンサ 位相補償用コンデンサ ブーストコンデンサ ソフトスタート用コンデンサ C5 C6 C7 C4 330uF 2200pF 0.22μF 0.1μF 電流センス抵抗 R1 11mΩ フィードバック抵抗 フィードバック抵抗 フィードバック抵抗 位相補償用抵抗 1 位相補償用抵抗 2 回生用ショットキーバリア ダイオード R3 R4 R5 R6 R7 0Ω 43kΩ 5.6kΩ 33kΩ 3.3kΩ D1 5A TOSHIBA ブースト用ダイオード D2 100mA ON Semi. パワーインダクタ ハイサイド N-ch パワーMOSFET 同期整流用 N-ch パワーMOSFET L1 10uH TDK SB01-05CPTB CLF12575 M1 25A TOSHIBA TPCA8016-H M3 25A M2 25A TOSHIBA TPCA8016-H M4 25A POSCAP Panasonic 10TPB330M セラミック セラミック セラミック 22mΩ 2×parallel MS1640-J-03 CMS15 POSCAP セラミック セラミック セラミック 2014/11 - 21 - [AP3405] 17. パッケージ ■ 外形寸法図 ・30-pin SSOP (Unit:mm) ■ マーキング (2) AP3405 YYWWXXX (3) (4) (5) (1) (2) (3) (4) (5) 1pin Indication Market No. Year code (last 2 digit) Week code Management code (1) MS1640-J-03 2014/11 - 22 - [AP3405] 18. 改訂履歴 Date (Y/M/D) 14/06/25 Revision 00 Page P7 P7 P9 P9 P13 P17 14/09/22 01 14/09/30 02 P17 14/11/04 03 P18 Contents 初版 9.電気的特性 Tj=25℃電気的特性 パワーオン閾値 0.4V→1.5Vへ誤記修正 Tj=25℃電気的特性 パワーオフ閾値 1.5V→0.4Vへ誤記修正 Tj=-40~125℃電気的特性パワーオン閾値 0.4V→1.5Vへ誤記修正 Tj=-40~125℃電気的特性パワーオフ閾値 1.5V→0.4Vへ誤記修正 10.機能説明「10.13動作中からの再起動について」追記 13.アプリケーション情報「ブーストコンデンサ」追記 13.アプリケーション情報 Figure7,Figure8 単位修正 14. 基板レイアウトの注意事項 カレントセンス抵抗配置配線 誤記修正 MS1640-J-03 2014/11 - 23 - [AP3405] 重要な注意事項 0. 本書に記載された弊社製品(以下、「本製品」といいます。)、および、本製品の仕様につ きましては、本製品改善のために予告なく変更することがあります。従いまして、ご使用を 検討の際には、本書に掲載した情報が最新のものであることを弊社営業担当、あるいは弊社 特約店営業担当にご確認ください。 1. 本書に記載された情報は、本製品の動作例、応用例を説明するものであり、その使用に際し て弊社および第三者の知的財産権その他の権利に対する保証または実施権の許諾を行うもの ではありません。お客様の機器設計において当該情報を使用される場合は、お客様の責任にお いて行って頂くとともに、当該情報の使用に起因してお客様または第三者に生じた損害に対 し、弊社はその責任を負うものではありません。 2. 本製品は、医療機器、航空宇宙用機器、輸送機器、交通信号機器、燃焼機器、原子力制御用 機器、各種安全装置など、その装置・機器の故障や動作不良が、直接または間接を問わず、 生命、身体、財産等へ重大な損害を及ぼすことが通常予想されるような極めて高い信頼性を 要求される用途に使用されることを意図しておらず、保証もされていません。そのため、別 途弊社より書面で許諾された場合を除き、これらの用途に本製品を使用しないでください。 万が一、これらの用途に本製品を使用された場合、弊社は、当該使用から生ずる損害等の責 任を一切負うものではありません。 3. 弊社は品質、信頼性の向上に努めておりますが、電子製品は一般に誤作動または故障する場 合があります。本製品をご使用頂く場合は、本製品の誤作動や故障により、生命、身体、財産 等が侵害されることのないよう、お客様の責任において、本製品を搭載されるお客様の製品に 必要な安全設計を行うことをお願いします。 4. 本製品および本書記載の技術情報を、大量破壊兵器の開発等の目的、軍事利用の目的、ある いはその他軍事用途の目的で使用しないでください。本製品および本書記載の技術情報を輸出ま たは非居住者に提供する場合は、「外国為替及び外国貿易法」その他の適用ある輸出関連法 令を遵守し、必要な手続を行ってください。本製品および本書記載の技術情報を国内外の法 令および規則により製造、使用、販売を禁止されている機器・システムに使用しないでくだ さい。 5. 本製品の環境適合性等の詳細につきましては、製品個別に必ず弊社営業担当までお問合せく ださい。本製品のご使用に際しては、特定の物質の含有・使用を規制するRoHS指令等、適用 される環境関連法令を十分調査のうえ、かかる法令に適合するようにご使用ください。お客 様がかかる法令を遵守しないことにより生じた損害に関して、弊社は一切の責任を負いかね ます。 6. お客様の転売等によりこの注意事項に反して本製品が使用され、その使用から損害等が生じ た場合はお客様にて当該損害をご負担または補償して頂きますのでご了承ください。 7. 本書の全部または一部を、弊社の事前の書面による承諾なしに、転載または複製することを 禁じます。 MS1640-J-03 2014/11 - 24 -