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LM3411 - USBid
LM3411 高精度二次レギュレータ / ドライバ 概要 イプの電圧レギュレータやデイスクリートパワーデバイスとともに使 用すると、超高精度抵抗やトリミングを必要とせずに高精度の固定出 力電圧を得ることもできます。 LM3411 は低消費電力、固定出力電圧（3.3V および 5.0V）の高精度 シャント・レギュレータで、スイッチング・レギュレータのフィード バック信号ループの絶縁に使用されるフォト・カプラの駆動に対し特別 に設計されています。 LM3411 の内部回路は、内部位相補償されたオペアンプ、バンド ギャップ基準電圧、NPN 型出力トランジスタ、および電圧設定用の抵 抗により構成されています。 温度ドリフト補正された、高精度トリミングバンドギャップ基準電 圧により、全動作温度範囲にわたり± 1% の高精度を保証しています （Aグレード・バージョン） 。 内蔵オペアンプの反転入力は外部より制御 可能で、ループ周波数の補償を行うことができ、クリティカルな大型 サーボ・システムに対しても最適です。出力は最大15mAの負荷電流を 駆動できるオープン・エミッタの NPN 型トランジスタです。 ダイ・サイズの極小化により、超小型の 5 リード SOT23-5 表面実装 パッケージで用意されており、 省スペース・アプリケーションに最適で す。 LM3411 は、高精度、絶縁型オフラインレギュレータ及び DC/DC コ ンバータの基準電源に最適（トリミングを必要としません）で、 非常に 安定したレギュレーションを維持することができます。また、他のタ 特長 ■ 3.3V/5.0V、初期電圧許容差± 1%（標準品）/ ± 0.5%（A グレード 品）の固定電圧 ■ 3V ∼ 17V の、カスタム電圧仕様に対応 ■ 20µA ∼ 15mA の広出力電流範囲 ■ 低温度係数 ■ 5 リード SOT23-5 表面実装パッケージ（テープおよびリール品） アプリケーション ■ 絶縁型 DC/DC 及びオフライン PWM スイッチング・レギュレータ・ システムの二次コントローラ ■ LDO レギュレータと併用し高精度固定出力レギュレータの実現 ■ 高精度、各モニタ・アプリケーション ■ 各種レギュレータと併用し、システムの精度、性能の大幅な向上 代表的なアプリケーションおよび機能図 SIMPLE SWITCHER ® はナショナル セミコンダクター社の登録商標です。 © National Semiconductor Corporation 1 Printed in Japan NSJ 3/2000 LM3411 高精度二次レギュレータ / ドライバ December 1999 LM3411 ピン配置図および製品情報 * 内部接続されていませんが、最良の放熱効果を得るために PC ボードにハンダ付けしてください。 5 リード表面実装パッケージの識別コード & 製品情報（SOT23-5） SOT23-5スモール・パッケージの識別コードは、4文字の英数字から構成されています。下記の表にパッケージ・マーキングの情報を示します。 最初の文字“D”はドライバを意味し、次の2つの数字は電圧を示します（3.3V デバイスは“00” 、5V デバイスは“01” ） 。4番目の文字はグレー ドを示します（ “B”は標準グレード、 “A”はプライム・グレード） 。 SOT23-5 面実装パッケージは製品名に M5 と記載された 250 個入り、または M5Xで表される 3000 個入りのテープ &リールで供給されます。 http://www.national.com 2 本データシートには軍用・航空宇宙用の規格は記載されていません。 関連する電気的信頼性試験方法の規格を参照下さい。 入力電圧 V（IN） 出力電流 接合部温度 保存温度範囲 リード温度 ベーパフェーズ（60 秒） 赤外線 （15 秒） （Note 2） 消費電力 （TA ＝ 25℃） ESD 耐圧（Note 3） 人体モデル 1500V 表面実装デバイスのハンダ付け方法については、アプリケーション・ ノートAN-450「表面実装の方法と製品の信頼性への影響」を参照下さ い。 20V 20mA 150℃ − 65℃∼＋ 150℃ 動作条件（Note 1、2） 周囲温度範囲 接合部温度範囲 出力電流 ＋ 215℃ ＋ 220℃ 300mW − 40℃≦ TA ≦＋85℃ − 40℃≦ TJ ≦＋125℃ 15mA LM3411-3.3 の電気的特性 標準文字表記のリミット値は TJ ＝ 25℃において適用され、太文字表記のリミット値は全動作温度範囲にわたって適用されます。特記のない 限り、V（IN）＝ VREG、VOUT ＝ 1.5V。 3 http://www.national.com LM3411 絶対最大定格（Note 1） LM3411 LM3411-5.0 の電気的特性 標準文字表記のリミット値は TJ ＝ 25℃において適用され、太文字表記のリミット値は全動作温度範囲にわたって適用されます。特記のない 限り、V（IN）＝ VREG、VOUT ＝ 1.5V。 Note 1： 絶対最大定格とは、デバイスに破壊が発生する可能性のあるリミット値をいいます。 「動作条件」とはデバイスが機能する条件をいい ますが、特定の性能リミット値を保証するものではありません。保証される規格値およびテスト条件については、 「電気的特性」を参 照下さい。保証される規格値は記載のテスト条件でのみ適用します。記載のテスト条件でデバイスを動作させない場合、性能特性が低 下することがあります。 、θJA（接合部 - 周囲間熱抵抗） 、および TA（周囲温度）に従い最大消費電力の定格を下 Note 2： 温度上昇時の動作では、TJmax（最大接合部温度） げて使用しなければなりません。任意の温度における最大許容消費電力は、PDmax ＝（TJmax − TA）/θJA または絶対最大定格で示される値 のうち、いずれか低い方の値です。プリント基板へのハンダ付け時の熱抵抗（θJA）の代表値は、M5 パッケージで約 306℃/W です。 Note 3： 使用した試験回路は人体モデルに基づき、100pF のコンデンサから直列抵抗 1.5kΩ を通して各端子に放電させます。 Note 4： 代表値（Typical）は TJ ＝ 25℃で得られる最も標準的な数値です。 Note 5： 25℃時のリミット値は 100% テストされます。全動作温度範囲におけるリミット値は、統計的品質管理（SQC）方式によって決められ た補正データを加味して保証されています。これらのリミット値は、ナショナル セミコンダクター社の平均出荷品質レベル（AOQL） の計算に使用されます。 Note 6： 実際のテストは抵抗負荷と等しいシンク電流で実施されます。 Note 7： VSAT ＝ V（IN）− VOUT、IN ピンの電圧が、通常の VREG 電圧より 100mV 上昇した値で規定します。 Note 8： この抵抗に関する情報はアプリケーション情報とカーブのセクションを参照下さい。 http://www.national.com 4 LM3411 代表的な性能特性 5 http://www.national.com LM3411 代表的な性能特性（つづき） http://www.national.com 6 以下に、周波数（f）に対する AC ゲインの式を示します。 LM3411 は、安定化電源のフィードバック・ループ全体の基準電圧 / 制御部として特別設計されたシャント・レギュレータです。設定出力電 圧はLM3411のIN端子とグランド端子間で検出されます。IN端子の電 圧が LM3411 基準電圧（VREG）より低い場合、出力ピン電流は流れず、 IN の電圧が VREG に近づくにつれ、電流が流れ始めます。この電流は フィードバック部品（フォトカプラ）やパワー・デバイス（リニア及び スイッチング・レギュレータなど）を駆動し、 出力電圧をVREG と等しく なる様に制御します。 アプリケーションによっては、通常動作時に於いてもIN端子にVREG 以上の電圧が印加されます。この場合、IN 端子に印加する電圧は最大 入力電圧の 20V以下にして下さい。また、OUT 端子の最大出力電流が 20mA を超える場合、外付け抵抗を付加し制限する必要があります。 ここで、3.3V バージョンは Rf ≈ 52kΩ、また 5.0V は Rf ≈ 94kΩ です。 この式の抵抗Rf は、チップ上の内部抵抗です。この値は、位相マー ジンに関係し、閉ループの安定性を解析する上でワーストケースの最 大値および最小値の確認が重要です。この抵抗の室温での最小および 最大値は“電気的特性”に、また温度特性については、グラフに記載さ れています。応用回路例に示されている様に最悪条件の位相マージン は Rf の値が最小の時となります。 位相補償 テスト回路 エラー・アンプの負入力端子により、 系の閉ループ位相特性を制御で きます。以降に、いくつかの応用回路例を示してありますが、 位相補償 は LM3411の COMP端子とOUT端子間に接続する1個のコンデンサで 行われます。 これらの応用回路例に記載されているコンデンサの値は、 通常の条件に於いて十分な値ですが、必要とされるループレスポンス 特性により、増減することができます。制御ループの安定性を確かめ るには、レギュレータにパルス負荷を加え出力電圧波形を確認するこ とにより簡単に行えます。複雑なフィードバックループを評価するに は、以下の考慮が必要です。 Figure 2に示すテスト回路を用い、LM3411の各種パラメータを測定/ ”の 検証することができます。テスト条件の設定は、 “VOUT Set（設定） テスト・ポイントに適切な電圧を加え、 「電気的特性」の項に規定され この場合、 “measure（測定） ” ているRL または IOUT を選択して行います。 の各テスト・ポイントにDVM（デジタルボルトメータ）を接続し、デー タを読み取ります。 7 この時、 http://www.national.com LM3411 製品説明 LM3411 アプリケーション情報 LM3411レギュレータ /ドライバは、安定化電源に使用し高精度基準 電圧源機能とフィードバック・ドライバ機能を付加します。また、各種 のレギュレータ（シリーズ / スイッチング・レギュレータ）や、ディス クリートパワーデバイスと併用し、精度を得たり、レギュレーション 仕様を改善することもでき、 可変抵抗や抵抗トリミングを使用せずに、 0.5% 以内の出力電圧許容差を得ることができます。 LM3411は、スイッチング・レギュレータのフィードバック信号を絶 縁するための、フォトカプラのドライバとして使用されます。低電流 アプリケーション（250mA以下）では、Figure 3 の応用回路で優れたレ ギュレーションが得られ、また入出力間の完全な電気的絶縁が可能で す。 この回路の場合、15V の入力電圧に対し 3.3V または 5V の出力電圧 が得られ、最大負荷電流 250mAの、非常に優れたレギュレーション特 性が得られます。この回路は、図示の数値の部品定数において、80kHz で動作し、外部クロックまたは追加接続の LM3578 と同期させること ができます（詳細については、LM3578 のデータシートを参照） 。 http://www.national.com 8 Figure 4に、高出力電流の絶縁型DC/DCフライバック・コンバータを 示します。この回路では、LM2577 SIMPLE SWITCHER®レギュレータ のパルス幅変調（PWM） 、スイッチング、および各保護機能のみ使用 し、LM2577 の基準電圧とエラー・アンプを使用していません（フィー ドバック・ピンは接地） 。LM3411は基準電圧、フィードバック利得、お よびフォトカプラ駆動の機能を果たします。この回路では、LM3411に よりフィードバック利得が得られます。基準電圧はトランスの 2 次側 にあるため、非常に優れたレギュレーション特性が得られます。 スイッチング・レギュレータの出力には、 スイッチング周波数に対応 した小さなリップル電圧や電圧トランジェントを含んでいます。これ らのトランジェントスパイク電圧をLM3411は、検出し誤動作します。 このトランジェント電圧をフィルタリングし、この影響を最小限に抑 えるため、1Ω と 100nF で構成される RC フィルタを追加します。ここ で1Ω は LM3411 のグラウンドより接地し、コンデンサは LM3411の近 くに配置します。 LM3411 アプリケーション情報（つづき） LM3411A は、SIMPLE SWITCHER バック（降圧型）レギュレータ （LM2574、LM2575、または LM2576）と組合わせることにより、出力電 圧許容特性とレギュレーション特性を改善することができます。 Figure 5 に示す回路では、可変抵抗や超高精度の抵抗を使用せずに、5V ± 0.5% の出力電圧許容差（ 全動作温度範囲では 1% ）が得られます。ラ イン・レギュレーションの変動値（代表値）は、8V∼18Vの入力変動に 対して1mV、ロード・レギュレーションは100mA∼1Aの負荷変動に対 し、1mV の特性を示しています。 Figure 6 に、負入力電圧で、正または負電圧を出力する DC-DC フラ イバック・コンバータを示します。この回路では、降圧型レギュレータ をフライバック構成で使用し、必要な出力電流量に応じて、LM2574、 LM2575、または LM2576 を選択します。LM3411 は、正常な回路動作 に必要なレベル・シフト回路と高精度基準電圧源として機能します。 この回路のユニークな特長として、出力の HIGH 側と LOW 側のど ちらも接地することができるため、それに応じ、正または負のいずれ かの出力電圧を得ることができます。図示の回路では入出力の絶縁を 9 施しておりませんが、フォトカプラおよび関連部品を付加することに より可能です。 LM3411A-5.0と1Aの低ドロップアウト・シリーズ・レギュレータを組 み合わせ、5V ± 0.5% の出力電圧許容差（全動作温度範囲では 1%）を 備えたレギュレータを構成できます。可変抵抗や抵抗トリミングを必 要とせずに、優れたレギュレーション特性が得られます。 この回路 （本データシートに記載の他の応用回路も含む）のもう1つ の利点は、回路のHIGH側とLOW側の出力端でリモート出力電圧の検 出を行うことです。負荷部で出力電圧を検出することで、ワイヤ抵抗 に起因する電圧降下を防ぐことができ、負荷に対し、ほぼ完璧なロー ド・レギュレーションが得られます。 Figure 7 に、5V、1A低ドロップ・レギュレータを示します。この回路 は、 LM3411を出力電圧の検出に用いて良好なレギュレーション特性を 持ち、自己保護機能も完備しています。 ここに用いたLM2941は出力を シャットダウンする ON/OFF 機能も備えています。 http://www.national.com LM3411 アプリケーション情報（つづき） Figure 8の回路は、 LM3411-3.3と複数のディスクリート部品を使用し た 3.3V 低ドロップアウト・レギュレータです。この回路はドロップア ウト電圧とグランド電流の双方の特性に於いて、 LM2941/LM3411回路 より優れています。 標準のLM317三端子可変型レギュレータ回路にLM3411を組み合わ せると、大きな利点が得られます。この回路構成から、性能の改善がも たらされ、新たな機能も追加できます。Figure 9 の応用回路では、ライ ン / ロード・レギュレーションが改善され、温度ドリフトが低減され、 回路のHIGH 側とLOW側で完全なリモート出力電圧検出を行います。 さらに、高精度電流制限機能や定電流機能も容易に追加できます。 一般的な IC レギュレータの電流制限保護機能は主に、ボンディン グ・ワイヤの溶解やICメタラゼーションのブロー原因にもなる高過電 流状態からICを保護するためのものです。したがって、実際の電流制 限値はそれほど高精度を必要としません。電流制限許容差は、IC の製 造時と動作環境温度の状態により、＋ 10% ∼＋ 300% の範囲で変動す ることがあります。しかし、クリティカル回路で使用する電源に於い ては出力電流をより正確に制御する必要があります。実際に、負荷回 路を高電流による障害から回路を保護するために、負荷に必要な電流 を 100% 供給保証し、しかも 110% 以内で電流制限が働くことが要求 されることもあります。 Figure 9 の回路では、全ての変動要因に於いて±4% 以内の電流制限 精度が得られ、また、優れたライン、ロード、および温度特性を示しま す。 LM3411を追加することで、正のレギュレータと同様に、負の可変型 レギュレータの性能も改善できます。最大電流1.5A（LM333使用時は 3A）で、3.3V または5Vの出力電圧が得られます。Figure 10の応用回路 http://www.national.com 10 に 2 個の抵抗を追加することにより、Figure 11 に示す高精度の電流制 限機能を追加できます。この回路の電流制限許容差は、製造時と温度 の状態により± 4% です。 LM3411 アプリケーション情報（つづき） LM3411は15mA負荷の駆動を保証していますが、さらに高い電流が 必要であれば、 NPN型ブースト・トランジスタを追加することができま す。Figure 14 に示す回路は、非常に幅広い電流範囲にわたって優れた レギュレーションを行うことが可能なシャント・レギュレータです。 Figure 12 に、簡単な 5V 電源モニタ回路を示します。この回路は LM3411の基準電圧、オペアンプ（コンパレータとして）および出力ド ライバを使用し、5V 電源のモニタ状態を LED に表示します。 LM3411の最も単純なアプリケーションの1つは、おそらくFigure 15 に示す電圧検出回路です。入力電圧がVREG より低い限り、VOUT ピンは LOWになります。INピンが VREG より高くなると、内部 NPN 型出力ト ランジスタによって VOUT ピンが HIGH になります。 LM3411 の初期室温許容差は± 1% です（ “A”グレード・デバイスの 場合は±0.5%） 。より高精度の許容差が必要な場合は、Figure 13に示す トリム方式を採用するとさらに高い精度が得られ、基準出力電圧に対 し± 1% の調整を可能とします。 11 また、Figure 16 の回路例ではクローバ回路（通常は電源の出力部に 配置）が過電圧ディテクタとして機能し、入出力のショートを含む電 源障害時に過電圧状態から負荷を保護します。 http://www.national.com LM3411 アプリケーション情報（つづき） 等価回路 http://www.national.com 12 13 LM3411 NOTE http://www.national.com LM3411 高精度二次レギュレータ / ドライバ 外形寸法図 特記のない限り inches （millimeters） 生命維持装置への使用について 弊社の製品はナショナル セミコンダクター社の書面による許可なくしては、 生命維持用の装置またはシステム内の重要な部品として使用す ることはできません。 1. 生命維持用の装置またはシステムとは（a）体内に外科的に使用さ れることを意図されたもの、または（b）生命を維持あるいは支持す るものをいい、ラベルにより表示される使用法に従って適切に使用 された場合に、これの不具合が使用者に身体的障害を与えると予想 されるものをいいます。 2. 重要な部品とは、 生命維持にかかわる装置またはシステム内のすべ ての部品をいい、 これの不具合が生命維持用の装置またはシステム の不具合の原因となりそれらの安全性や機能に影響を及ぼすことが 予想されるものをいいます。 ナショナル セミコンダクター ジャパン株式会社 本 社／〒 135-0042 東京都江東区木場 2-17-16 TEL.(03)5639-7300 製品に関するお問い合わせはカスタマ・レスポン ス・センタのフリーダイヤルまでご連絡ください。 フリーダイヤル http://www.nsjk.co.jp/ 0120-666-116 にやさし ゅう い き ち み どり をまも る この紙は再生紙を使用しています 本資料に掲載されているすべての回路の使用に起因する第三者の特許権その他の権利侵害に関して、弊社ではその責を負いません。また掲載内容 は予告無く変更されることがありますのでご了承下さい。