AN8021L, AN8021SB

電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
AC-DCスイッチング電源用IC
■ 概 要
9
2.54
止
1
1.0±0.25
2.7±0.25
4.3±0.3
+0.1
0.3 –0.05
1.4±0.25
廃
1.35±0.25
SIP009-P-0000D
AN8021SB
Unit : mm
6.50±0.30
+0.10
0.15 -0.05
4.30±0.30
1.00±0.20
0.50±0.05
8
0.65
0.35±0.10
Seating plane
0.10±0.10
1.50±0.20
1
(0.45) 0.80
6.30±0.30
9
16
守
保
• 各種電源機器
3
2
• 制御周波数は700 kHzまで動作し, 出力立ち上がり
時間35 ns, 出力立ち下がり時間 25 ns を実現
• 起動前動作電流が70 µA (typ.)と少なく , 起動抵抗
の小形化が可能
• 出力部はトーテムポール方式を採用
絶対最大定格 ±1.0 A (ピーク)で , パワー MOSFET
の直接駆動が可能
• パルスバイパルス過電流保護回路を内蔵
• 低電圧誤動作防止回路内蔵 (On/Off : 14.2 V/9.2 V)
• タイマラッチ機能 , 過電圧保護回路機能を有する
• パッケージは 9 ピン・SI パッケージと , 16 ピン・SO
パッケージ
■ 用 途
4
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
予
ー
i
記
c
(4)SV
on ジ し 定
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
■ 特 長
5
1.2±0.25
21.7±0.3
6
0.5±0.1
8
7
Unit : mm
0.4±0.25
AN8021L
AN8021L, AN8021SBは, 一次側制御方式のスイッ
チング電源に適したコントロール用 IC です。
対象機器としては , 比較的小容量のスイッチング
電源に最適です。
搭載機能は, 使用頻度の低いものを
削減し, 必要最小限の機能に限定していますので, 非
常に使いやすいコンパクトなタイプです。
また , 内部設定を可能な限り取り入れていますの
で , 周辺部品の削減などによるコストダウンが可能
です。
Seatng plane
SSOP016-P-0225B
保
守
CC
■ ブロック図
TIM/OVP
(5)
8
Start/Stop
OVP
VREF
4.1 V
3
CT
(13)
2
RT
(12)
FB
OSC
PWM
OCL
注 ) ( )内は AN8021SB の Pin No.
4
CLM(−)
(15)
1
CLM
VCC
(3)PVCC
6
VOUT
(2)
Drive
5
GND
(1)PGND
(16)SGND
SS
(11)
IFB
(6)
9
Reset
7
1
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ 端子説明
• AN8021L
Pin No.
記号
説明
1
SS
ソフトスタート端子
2
RT
三角波充放電電流決定抵抗接続端子
3
CT
三角波発生容量接続端子
4
CLM(−)
5
GND
接地端子
6
VOUT
パワー MOSFET 直接駆動端子
7
VCC
電源電圧端子
8
TIM/OVP
9
IFB
止
パルスバイパルス過電流保護入力端子
過電圧保護兼タイマラッチ端子
• AN8021SB
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
電源出力フォトカプラ電流帰還信号入力端子
Pin No.
記号
1
PGND
接地端子
9
N.C.
N.C.
2
VOUT
パワー MOSFET 直接駆動端子
10
N.C.
N.C.
3
PVCC
電源電圧端子
11
SS
ソフトスタート端子
4
SVCC
電源電圧端子
12
RT
三角波充放電電流決定抵抗接続端子
5
TIM/OVP
過電圧保護兼タイマラッチ端子
13
CT
三角波発生容量接続端子
6
IFB
電源出力フォトカプラ電流帰還
14
N.C.
信号入力端子
15
CLM(−)
7
N.C.
N.C.
N.C.
N.C.
保
8
説明
廃
記号
守
Pin No.
■ 絶対最大定格
パルスバイパルス過電流保護
入力端子
16
SGND
接地端子
定格
単位
VCC
35
V
OVP 端子許容印加電圧
VOVP
VCC
V
CLM 端子許容印加電圧
VCLM
− 0.3 ∼ +7.0
V
VSS
− 0.3 ∼ +7.0
V
定常出力電流
IO
±150
mA
ピーク出力電流
IOP
±1 000
mA
IFB 端子許容印加電流
IFB
−5
mA
許容損失
PD
658
mW
電源電圧
SS 端子許容印加電圧
AN8021L
AN8021SB
動作周囲温度
保存温度
*
*
340
Topr
−30 ∼ +85
°C
Tstg
−55 ∼ +150
°C
注 ) * : 動作周囲温度および保存温度の項目以外はすべて Ta = 25°C とする。
2
N.C.
記号
保
守
項目
説明
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ 推奨動作範囲
項目
タイミング抵抗 RT
記号
範囲
単位
R7
15 ∼ 20
kΩ
■ 電気的特性 Ta = 25°C
項目
記号
条件
最小
標準
最大
単位
VCC-START
13.0
14.2
15.4
V
停止電圧
VCC-STOP
8.5
9.2
9.9
V
止
起動電圧
ICC-STB
VCC = 12 V
50
70
105
µA
動作時バイアス電流
ICC-OPR
VCC = 34 V
6.4
8.0
9.6
mA
OVP 動作時バイアス電流 1
ICC-OVP1
VCC = 20 V
2.4
3.0
3.6
mA
OVP 動作時バイアス電流 2
ICC-OVP2
VCC = 10 V
0.44
0.55
0.66
mA
5.4
6.0
6.6
V
7.6
8.4
9.2
V
−20
−30
−40
µA
OVP 解除電源電圧
タイマラッチ充電電流
タイマラッチ開始帰還電流
VTH-OVP
過電流保護しきい値電圧 1
VCC = 18 V
VCC-OVPC
ICH-TIM
VCC = 18 V, RT = 19 kΩ
IFB-TIM
VCC = 18 V
ICH-SS
VCC = 18 V, RT = 19 kΩ
−20
−30
−40
µA
VCC = 18 V
−180
−200
−220
mV
守
ソフトスタート充電電流
廃
OVP 動作しきい値電圧
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
スタンバイ時バイアス電流
VTH-CLM1
− 0.37 − 0.5 − 0.63
mA
VOL-STB
VCC = 12 V, IO = 10 mA

0.8
1.8
V
VOL
VCC = 18 V, IO = 100 mA

1.3
1.8
V
VOH
VCC = 18 V, IO = −100 mA
15.0
16.5

V
fOSC1
VCC = 18 V
175
200
225
kHz
Dumax1
VCC = 18 V
62
66
70
%
0% デューティ時帰還電流
IFB-Dumin
VCC = 18 V
−1.1
−1.5
−1.9
mA
最大デューティ時帰還電流
IFB-Dumax
VCC = 18 V
起動前時出力 L 電圧
出力 L 電圧
出力 H 電圧
保
発振周波数 1
• 設計参考資料
− 0.37 − 0.5 − 0.63
mA
最小
保
守
最大デューティ 1
注 ) 下記特性は設計上の理論値であり , 保証値ではありません。
項目
記号
条件
標準
最大
単位
Ta = −30°C ∼ +85°C
160

240
kHz
tDry-CLM
VCC = 18 V 無負荷時

200

ns
出力電圧立ち上がり時間
tr
VCC = 18 V 無負荷時

35

ns
出力電圧立ち下がり時間
tf
VCC = 18 V 無負荷時

25

ns
発振周波数 2
過電流保護遅延時間
fOSC2
3
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ 端子等価回路
等価回路
Pin No.
1
(11)
PWM
comp.
説明
I/O
SS :
ソフトスタート端子
VCC が印加された時に端子に接続された容
量に充電し , その容量電圧をPWMに入力す
ることによって出力デューティを絞る。

RT :
三角波の充電・放電電流を決める抵抗を接続
する端子(充電電流 = 放電電流)

500 Ω
1 (11)
止
VREF
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
2
(12)
500 Ω
VREF
(13)
3
IO
CT :
三角波を発生させる容量を接続する端子
守
3
(13)
廃
(12) 2

2IO
5
(1)(16)
6
(2)
CLM(−) :
パルスバイパルス過電流保護の入力端子
通常は外部にフィルタを付加する必要があ
る。
Reset
保
守
VREF
保
4
(15)
PWM
comp.
4 (15)

PVCC
6
(2)
注 ) ( )内は AN8021SB の Pin No.
4
I
GND, (PGND), (SGND) :
接地端子

VOUT :
パワー MOSFET を直接駆動するための端子
O
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ 端子等価回路(つづき)
Pin No.
等価回路
説明
I/O
7
(3)(4)

VCC , (PVCC), (SVCC) :
電源電圧端子
電源電圧を監視して, 起動/停止/OVPリセッ
トなどの動作しきい値を持つ。

TIM/OVP :
OVP(過電圧保護)兼タイマラッチ端子
[OVP]
電源出力の過電圧信号を受け, 端子に"H"が
入力されると内部回路を Off すると同時に ,
この状態を保持する(ラッチ)。OVPラッチを
リセットするには, VCCを解除電圧以下に落
とす必要がある。
[タイマラッチ]
電源出力の過電流状態による出力電圧降下を
IFB 入力される電流レベルで検出し , IIFB が
ある一定電流以下になるとこの端子に接続
された容量に充電電流が流れる。
容量がOVP
のしきい値電圧にまで充電されると OVP が
動作し , IC は動作停止状態を保持する。
I
IFB :
電源出力のフォトカプラによる電流帰還信
号が入力される端子
I
8
(5)
6V
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
Comp.
止
SVCC
500 Ω
廃
5 µA
8 (5)
VREF
守
9
(6)
PWM
comp.
保
I/V
変換
500 Ω
9 (6)
保
守
注 ) ( )内は AN8021SB の Pin No.
5
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート
[1] 主要特性 [負荷 : CL = 3 300 pF, RL = 20 Ω]
起動 / 停止電圧特性
OVP 動作しきい値電圧特性
VCC = 18 V
VCC = 18 V
7.0
しきい値電圧 (V)
14
12
10
8
6.0
5.5
5.0
−25
0
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
−50
6.5
止
起動/停止電圧 (V)
16
25
50
75
100
廃
周囲温度 (°C)
−50
スタンバイ時バイアス電流特性
−25
0
25
50
保
55
−50
−25
0
50
75
7.0
−50
100
−25
0
25
50
75
周囲温度 (°C)
過電流保護しきい値電圧特性
OVP 解除電圧特性
100
VCC = 18 V
VCC = 18 V
OVP解除電圧 (V)
9.5
−200
−190
−180
9.0
8.5
8.0
7.5
−25
0
25
50
周囲温度 (°C)
6
7.5
6.5
−210
−50
8.0
周囲温度 (°C)
−220
しきい値電圧 (mV)
25
VCC = 34 V
8.5
バイアス電流 (mA)
60
守
65
保
守
バイアス電流 (µA)
70
100
動作時バイアス電流特性
VCC = 12 V
75
75
周囲温度 (°C)
75
100
−50
−25
0
25
50
周囲温度 (°C)
75
100
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[1] 主要特性 [負荷 : CL = 3 300 pF, RL = 20 Ω] (つづき)
OVP 動作時バイアス電流特性 2
OVP動作時バイアス電流特性 1
VCC = 20 V
VCC = 10 V
2.5
バイアス電流 (mA)
4.0
3.5
3.0
2.5
1.5
1.0
0.5
−25
0
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
−50
2.0
止
バイアス電流 (mA)
4.5
25
50
75
100
廃
周囲温度 (°C)
−50
0% デューティ時帰還電流特性
−25
0
25
50
max. デューティ時帰還電流特性
保
0.5
−50
−25
0
25
75
500
400
300
−50
100
−25
0
25
50
75
周囲温度 (°C)
タイマラッチ帰還電流特性
起動前 L 出力電圧特性
100
VCC = 12 V
VCC = 18 V
0.85
出力電圧 (V)
600
500
400
0.80
0.75
0.70
0.65
300
−50
600
周囲温度 (°C)
700
帰還電流 (µA)
50
VCC = 18 V
700
帰還電流 (µA)
1.0
守
1.5
保
守
帰還電流 (mA)
2.0
100
周囲温度 (°C)
VCC = 18 V
2.5
75
−25
0
25
50
周囲温度 (°C)
75
100
−50
−25
0
25
50
75
100
周囲温度 (°C)
7
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明
AC整流後
起動抵抗
R1
VCC
VOUT
C1
GND
起動前
止
1. 起動 / 停止回路部
• 起動のメカニズム
AC 電圧が印加されて起動抵抗からの電
流で電源電圧が起動電圧に達し, ICが動作
を開始した後に, パワーMOSFETの駆動を
開始します。これによって , トランスにバ
イアスが発生してバイアス巻線から IC に
電源電圧が与えられます(図 1 a 点)。
起動電圧に達してからバイアス巻線に
電圧が発生して IC に十分な電源電圧が供
給される間は , IC の電源電圧は VCC に接続
された容量(C1)によって供給されます。
この間(図 1 b 領域)電源電圧は下降を続
けるため, バイアス巻線から十分電源電圧
が供給される前に IC の停止電圧に下がる
と , 電源は起動できません(図 1 c 状態)。
バイアス巻線
から電圧供給
a
起動状態
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
起動電圧
起動
停止電圧
b
c 起動不良
廃
図1
• 機能
VCC 電圧を監視して , 起動電圧(14.2 V typ.)に達すると IC の動作を開始し, 停止電圧(9.2 V typ.)よ
りも下がると動作を停止するような機能をもたせ , 起動と停止の電圧差(5.0 V typ.)を大きくとる
ことで , 起動抵抗と VCC に接続する容量の選択を容易にしています。
守
* IC の起動には , 起動前電流に回路駆動電流を加えた起動時電流が必要です。
起動抵抗の抵抗値は, 起動時電流(450 µA)が供給できるよう設定してください。
保
2. 発振回路
PWM とはパルス幅制御(Pulse Width Modulation)の略称です。本 IC では , IFB 端子から入力される電
流帰還レベルを電流/ 電圧変換した電圧帰還レベルと内部で固定されたデッドタイムコントロールレ
ベルとの小さい方 , および内部三角波発振レベルとを比較器(PWM コンパレータ)で比較して最適な
デューティを決め, 出力駆動部を介して出力する制御を行っています。
保
守
• 三角波発振について
CT に接続される外付容量に定電流充電/ 定電流放電を行い, 三角波形の発振を行っています。
充
電電流と放電電流との比は内部にて設定され , 電流値はRT 端子に接続される外付抵抗によって決
まります。
RT端子電圧は内部基準電圧(ツェナーダイオードとNPNトランジスタのVBE で決めており, 温度
補償されています)を抵抗分割したレベルで決定しているため , 温度変動やばらつきに対しては影
響が少なくなっています。
したがって , 外付抵抗の値が温度補償されているものを使用すれば , 充
放電電流値は温度変動やばらつきの少ないものになります。
さらに三角波発振の上下限電圧レベルは内部基準電圧の抵抗分割で与えられているため , 温度
変動とばらつきの影響は抑えられています。
以上のように , 三角波発振の周波数は温度変動やばらつきが考慮された設計になっています。
(発振周波数の目安計算式)
5
fOSC =
[Hz]
6 × CT × RT
8
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
3. 過電圧保護回路(OVP)
OVP とは , Over Voltage Protection の略です。
電源出力が , 制御系の故障もしくは外部からの異常電圧
の印加などの原因で , 通常の出力電圧よりも異常に高い電圧が発生した場合に , 負荷の保護のために
電源の停止を行うという自己診断機能のことです(図 2, 3 参照)。
基本的には , IC の電源電圧 VCC 端子の電圧をモニタするよう設定しますが , 通常 VCC 電圧はトラン
スドライブ巻線から供給されており , この電圧は二次側出力電圧に比例しているため , 二次側出力過
電圧時にも動作しています。
1) 電源出力の異常の結果 , OVP 端子に入力される電圧がしきい値電圧(6.0 V typ.)を超えた場合に, IC
の内部基準電圧をシャットダウンしてすべての制御を停止し , この停止状態を保持します。
止
2) OVP の解除(リセット)は以下の条件で行います。
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
• 電源電圧を下げる(VCC < 8.4 V typ. : OVP 解除電源電圧)
OVP 端子に接続された容量に充電された電荷は , 次の再起動に備えて , 5 µA(typ.)の定電流で
放電するように放電回路を内蔵してあります。
廃
通常動作時の二次側出力電圧 VOUT
× V7
通常動作時の VCC 端子電圧
V7 = Vth(OVP) + VZ
Vth(OUT) =
Vth(OUT) : 二次側出力過電圧しきい値
Vth(OVP) : OVP動作しきい値
: ツェナー電圧(OVP 端子外付)
守
VZ
TIM/OVP端子電圧
保
0V
内部基準電圧
保
守
0V
三角波発振
0V
VTH OVP
( ∼ 6V)
時間
( ∼ 7.1 V)
(IC停止状態)
( ∼ 5 V)
時間
( ∼ 2 V)
(IC停止状態)
( ∼ VCC )
時間
IC出力
0V
(IC停止状態)
時間
図 2. OVP動作説明
9
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
3. 過電圧保護回路(OVP) (つづき)
AC整流後
起動抵抗
R1
電源出力
VCC
外部からの異常電圧印加
FRD
負荷
電源出力に印加された外部からの異常電圧(電源出力
電圧より高く, 負荷を破壊する恐れのあるもの)を一
次側のバイアス巻線で検出しOVPを動作させる。
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
VOUT
GND
止
OVP
廃
図3
AC整流後
VCC
VOUT
GND
起動抵抗からの電流供給は電源入力電圧
(AC)が与えられる限り続く。
起動抵抗
R1
OVP動作後は出力が停止しているため,
このバイアス巻き線からの電流供給はない。
保
守
保
守
• 動作時電源電流特性
OVP動作時に電源電流が低下すると電源電圧VCC の上昇を招き, 最悪の場合ICの保証耐圧(35 V)
を上回ってしまう可能性があるため, OVP動作時は電源電流は定抵抗モードで上昇するような特性
をもたせ, 電源電圧の上昇を防止しています。
この特性により , OVP動作時の電源電圧VCC がOVP解
除電源電圧以上(起動抵抗の選定によります)の値で安定すれば, AC入力がカットされない限り,OVP
のリセットはされないことになります(図 4 参照)。
＊起動抵抗からの電流供給により,
VCC > VCC−OVP
が保持できるように抵抗値を選ぶ。
VCC−OVP (OVPが解除される電圧)を境に,
動作電流を一時的に増加させている。
これは, 上記起動抵抗からの電流によってVCC
が耐圧を越えてしまうことを防ぐためである。
ICC
VCC− OVP
VCC
図4
10
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
廃
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
止
4. 過電流保護回路
電源出力の過電流が , 一次側のメインスイッチ(パワー MOSFET)に流れる電流値に比例することを
利用して, メインスイッチに流れるパルス電流の上限を規制することで , 電源出力の過電流を制限し
, 過電流に弱い部品の保護を行います。
メインスイッチに流れる電流は , パワー MOSFET のソース  電源 GND 間に低抵抗を接続し, この
抵抗の両端電圧を監視することで電流検出を行います。
パワー MOSFETがオンして, CLM (Current Limit)
のしきい値電圧を検出すると出力をターンオフし, パワーMOSFETをオフにしてそれ以上電流が流れ
ないように制御します。CLM のしきい値電圧は IC の GND に対し , Ta = 25°C にて約 −200 mV (typ.)と
なっています。
この制御を毎周期繰り返すわけですが , 過電流がいったん検出されると, その周期の間
オフを持続し, 次の周期までオンしません。
このような過電流検出方法を「パルスバイパルス過電流検
出」といいます。(図 6 参照)
図 5 の R4, R5, C3は , パワーMOSFET のオン時に, 等価的
に付随する寄生容量によって発生するノイズを除去するた
めのフィルタ回路です。
R5
R4
GND
C3
R3
CLM
図5
守
• 検出レベルの精度について
この過電流検出レベルは , 電源の過電流保護の動作電流レベルに反映します。したがって , この
検出レベルが温度やばらつきによって変動すると, 電源自体の過電流保護の動作電流レベルが変動
することになります。
このレベルの変動は , 使用部品の耐量アップや最悪は破壊を意味するため, 本
IC では , 極力精度を上げています。
0
VTH (−200 mV typ.)
VOUT
端子電圧
遅延による
オーバ
シュート
時間
遅延のためこれ以上は
パルス幅が絞れない
保
守
保
CLM(−)
端子電圧
0
パワー
MOSFET
電流
0
時間
時間
図 6. パルスバイパルス過電流検出動作波形
11
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
VFB
VCT
VCT
VSS
VSS
VDTC
VFB
保
守
保
守
廃
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
止
5. ソフトスタート
電源起動時には , 電源出力に接続された容量のため電源は過負荷状態で立ち上がります。この状態
では電源出力は低いので , 通常の PWM 制御では最大のデューティで電源出力を立ち上げようとする
ため , パルスバイパルス過電流保護によって電流を制限しようとしますが , 回路遅れのためパルスを
ゼロにまで絞ることができず, このため多くの電流がメインスイッチ(パワー MOSFET)や二次側のダ
イオードに流れ , 最悪の場合これらの部品を破壊に至らしめてしまいます。
そこで , 電源の起動時には最大デューティではなく , 最小のデューティ(0%)から徐々にデューティ
を広げてやる機能がソフトスタートです。
この機能を使うと電源出力が立ち上がる時間は余計に必要になりますが , その代わりに部品の寿命
を延ばして電源の信頼性を高めてやることが可能です。
ソフトスタート(SS)端子は PWM の入力に接続されています(この電圧を以降 VSS と呼びます)。
PWM
には電流帰還レベルを電圧に変換した電圧(以降 VFB と呼びます)と , 最大デューティを決める電圧(以
降VDTC と呼びます。
この電圧は , IC 内部で決定されています。)および三角波発振電圧(以降 VCT と呼び
ます)が入力されていますが , VSS , VFB , VDTC の 3 つの電圧と VCT とはそれぞれ PWM 比較器の非反転
入力(+)および反転入力(−)に入力されています。非反転入力の 3 つの信号は , 3 つの中でも最も低い電
圧の信号が選択されてPWM 比較器に入力されます。
SS 端子には外付容量(以降 CSS と呼ぶ)が接続されます。起動前の状態では , この容量は IC 内部のト
ランジスタによって十分に放電されるようになっています。
電源電圧が起動電圧以上与えられて IC が動作を開始すると, CSS にはIC 内部の定電流源によって充
電を開始します。したがって , VSS は 0 V から徐々に上昇していきます。
一方 VFB は電源出力が低いために高い電圧となっており, 他方 VDTC は一定電圧として三角波発振波
形の中間電圧に位置しているため, 起動時には VSS が最も低い電圧として PWM 比較器に入力され, 三
角波発振波形と比較されます。
この結果 , IC の出力からは最小デューティから VSS の上昇に伴って徐々に大きなデューティのパル
スが出力されることになります(図 7 参照)。
ただし, VSS が上昇してVFB またはVDTCを超えた場合は, 出力パルスのデューティはVFB もしくはVDTC
によって支配されるので, ソフトスタート機能はそれまでの期間働き, それ以後は通常制御となります。
VSS は IC 内部のクランプ回路により , 発振波形の上限電圧よりも高い電圧で保持されます。
VFB
VDTC
0V
VOUT
0V
図 7. ソフトスタート動作波形
12
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
止
6. タイマラッチ
電源出力の過負荷や短絡がある一定時間続いた場合 , パルスバイパルス過電流保護だけでは電源に
使用されているトランスや二次側の FRD (Fast Recovery Diode)や SD (Shottkey Diode)パワー MOSFET
等の保護に十分とはいえないため, ある一定時間以上過電流状態が継続された場合にはOVPを叩いて
電源を停止させる機能がタイマラッチです。
電源出力の過負荷もしくは短絡といった状態は , 電源出力の低下という形でモニタされます(この
時パルスバイパルス過電流保護は動作状態にある)。電源出力の低下は通常の PWM 制御の電流帰還端
子から電流量の低下となって検出され, この電流の低下量がある一定値を超えるとIC内部の比較器が
反転して TIM/OVP 端子に定電流を流します。
TIM/OVP端子には外付容量が接続されており, この容量に電荷が蓄積されてOVP端子電圧が上昇し
OVP 動作しきい値電圧(6 V typ.)に達すると OVP が動作して IC を停止させ , この状態を保持します。(
図 8 参照)
守
電源出力電圧
廃
VO
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
• タイマ時間について
電源出力の異常を検出してから OVP を動作させるまでの時間(以降タイマ時間と呼ぶ)は , 電源
の起動時間よりも長くとる必要があります。
起動時は過負荷・出力短絡状態と同一状態にあるため ,
タイマの時間が短いと電源は起動時にラッチを掛けてしまい , 起動しなくなってしまうためです。
このため, タイマ時間はTIM/OVP端子に接続する外付容量の容量値で任意設定できるようになっ
ています。ただし , この容量が大きすぎると電源の破壊につながるので注意が必要です。
0
IDS
保
パワーMOSFET
電流
0
時間
電源停止
時間
電源停止
OVP
VTH = 6 V(typ.)
保
守
VOVP
TIM/OVP
端子電圧
0
電源停止
時間
図 8. タイマラッチ基本動作
7. 出力部
容量性負荷であるパワー MOSFET を高速駆動するために , 本 IC では図 9 のように NPN トランジス
タで電流のシンク / ソースを行うトーテムポール(プッシュプル)方式の出力回路を採用しています。
最大シンク / ソース電流は , ±0.1 A (DC), ピークでは ±1.0 A (Peak)となっています。また , 電源電圧
VCC が停止電圧以下でもシンク能力を有しており , パワー MOSFET を確実に Off とします。
電流能力はピーク電流が主に求められ , 定常的にはそれほど大きな電流は必要とされません。これ
は出力の負荷となるパワー MOSFET が容量性負荷であるため , これを高速駆動するためには大きな
ピーク電流が必要とされ, 充電または放電してしまった後は , その状態を保持するのにそれほど大き
な電流は必要でないためです。
13
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[2] 動作説明(つづき)
7. 出力部(つづき)
本 IC では使用されるパワー MOSFET の容
量値を考慮し , ピーク ±1 A の能力を確保し
ております。
パワーMOSFETの寄生LCがリンギングを
起こし, 出力ピンをGND電位より低下させる
ことがあります。
出力ピンがダイオードの電
圧降下より大きく負電圧になると, 出力NPN
のコレクタとサブストレートで形成された
寄生のダイオードがターンオンします。
この
現象によって, デバイスが誤動作することが
あります。このような場合には, 出力と GND
の間にショットキーバリア・ダイオードを接
続してください。
止
図9
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
[3] 設計上の参考資料
ショットキー
バリア・ダイオード
廃
1. 出力周波数の設定
出力は三角発振を PWM 制御していますので , 三角発振周波数 = 出力周波数となります。
CT (C6) = 三角発振用コンデンサ端子
RT (R7) = 三角発振用抵抗端子
VOSC − H−
守
[目安計算式]
VOSC − L−
保
T1
T2
T1 = T 2 =
C6 · V
2IRT (充放電電流)
V
IRT は、概算 2.5 V/RT で与えられ , また V は約 3 V となり
ますので出力周波数は ,
1
IRT
5
=
fOUT =
=
T1 + T2
C6 · V
6 · C6 · R7
保
守
で求められます。ただし , 内部回路の遅延によって多少設計値よりずれることがあります。
(参考値)
CT (C6) = 220 pF
RT (R7) = 19 kΩ の時、fOUT = 約 200 kHz
2. タイマラッチ時間の設定
電源出力の異常を検出してから過電圧保護を動作させるまでのタイマラッチ時間 t は , 外付容量
CTIM(C2)により以下の式に基づき任意設定できます。
TIM/OVP = タイマラッチ時間用コンデンサ端子
[目安計算式]
C2 · VTIM
t=
[s]
ITIM
14
VTIM = 6 V (typ.) : 過電圧保護しきい値
ITIM = タイマラッチ充電電流
(R7 値により変動 : R7 = 19 kΩ 時)
ITIM = 30 µA (typ.)
電源レギュレータ
AN8021L, AN8021SB
■ アプリケーションノート(つづき)
[3] 設計上の参考資料(つづき)
3. ソフトスタート時間の設定
• ソフトスタート充電電流について
従来までのものは, 内部基準電圧から内部抵抗で充電したり, 内部抵抗で決めた定電流源で充電
する方法がほとんどでした。
ところがこのような方法では, ばらつきや温度変化の点で問題があり ,
安定したソフトスタート期間の確保ができませんでした。
そこで, 本ICでは内部三角波発振回路で
使っている定電流源(内部基準電圧の抵抗分割で与えられる端子電圧と外付抵抗で決まる電流値を
持つため,ばらつきや温度変化の点で安定しています。)でソフトスタート充電電流を与える方法を
とっています。
ただし , この方法では発振周波数の設定を変えるたびにソフトスタート定数も変更
する必要があるため , アプリケーション上での注意が必要です。
止
SS (C5) = ソフトスタート用コンデンサ端子
ISS = ソフトスタート充電電流
(R7 値により変動 : RT (R7) = 19 kΩ 時)
ISS = 30 µA (typ.)
VSS = Duty 0% 時
2.0 V
max. Duty 時 4.1 V
廃
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
[目安計算式]
C5 · VSS
t=
[s]
ISS
4. 起動回路
R1 と C1 の値により , 電源投入時から起動開始までの起動時間を設定することができます。
ただし , 大きすぎると立ち上がりの遅い電源になります。
守
[起動抵抗 R1 の設定方法]
1) 過負荷時 , 遮断状態を保持する場合
AN8021L, AN8021SB の遮断時電流(OVP 動作時バイアス電流)は , VCC = 10 V 時 550 µA (typ.)です
ので , R1 は次式のように設定してください。
VIN − 10 V
550 µA
保
R1 <
2) 過負荷時遮断後 , 自動復帰させたい場合
AN8021L, AN8021SB のスタンバイ電流が VCC = 12 V時 70 µA (typ.)ですので , R1は次式のように
設定してください。
保
守
VIN − 10 V
VIN − 12 V
< R1 <
550 µA
70 µA
[C1 の設定方法]
AN8021L, AN8021SB が起動すると, 動作電源電流はVCC = 18 V 時7.5 mA 程度必要となります。
ソフトスタート時間を経て補助バイアス巻線より, 電源電流が供給されるまではC1の放電電流で電
流供給する必要がありますので , 次式のように設定してください。
(VCC(START) − VCC(STOP)) · C1
> ソフトスタート時間
7.5 mA
15
16
AC入力
起動抵抗
R1
VIN
守
VCC 7
1 SS
2 RT
OUT
廃
5 GND
4 CLM
9 IFB
3 CT
FRD
フォトカプラ
止
DI
R2
予
最 一 定品
C1
新 括 種
の し 、
DZ1
R8
ht 情 て 保
6 V
tp 報 AN8021L
保
TIM/
:// は 守 守品
8 OVP
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
C2
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on C3ジ し
.p を て 品種 R3
R6
aR4n ご い
C6 R7 C5
C4
、
R5 a
so 覧く ま 廃
す
ni
c. だ 。 品種
co さ
を
.jp い
。
保
守
保
AN8021L, AN8021SB
電源レギュレータ
■ 応用回路例
フィルタ
本書に記載の技術情報および半導体のご使用にあたってのお願いと注意事項
(1)
本書に記載の製品および技術情報を輸出または非居住者に提供する場合は、当該国における法令、特に安全保障輸出
管理に関する法令を遵守してください。
(2)
本書に記載の技術情報は、製品の代表特性および応用回路例などを示したものであり、弊社または他社の知的財産権
もしくはその他の権利に基づくライセンスは許諾されていません。したがって、上記技術情報のご使用に起因して第三
者所有の権利にかかわる問題が発生した場合、弊社はその責任を負うものではありません。
(3) 本書に記載の製品は、標準用途 − 一般電子機器(事務機器、通信機器、計測機器、家電製品など)に使用されること
を意図しております。
特別な品質、信頼性が要求され、その故障や誤動作が直接人命を脅かしたり、人体に危害を及ぼす恐れのある用途
− 特定用途(航空・宇宙用、交通機器、燃焼機器、生命維持装置、安全装置など)にご使用をお考えのお客様および弊
社が意図した標準用途以外にご使用をお考えのお客様は、事前に弊社営業窓口までご相談願います。
(4) 本書に記載の製品および製品仕様は、改良などのために予告なく変更する場合がありますのでご了承ください。した
がって、最終的な設計、ご購入、ご使用に際しましては、事前に最新の製品規格書または仕様書をお求め願い、ご確認
ください。
予
最 一 定品
新 括 種
の し 、
ht 情 て 保
tp 報 保 守
:// は 守 品
w ホ 廃
w
w ー 止 種、
.s ム と 廃
em ペ 表
ic ー 記 予定
on ジ し
.p を て 品種
an ご い
as 覧 ま 、
on く す 廃品
ic だ 。 種
.c さ
o. い
を
jp
。
止
(5) 設計に際しては、絶対最大定格、動作保証条件(動作電源電圧、動作環境等)の範囲内でご使用いただきますようお願
いいたします。特に絶対最大定格に対しては、電源投入および遮断時、各種モード切替時などの過渡状態においても、
超えることのないように十分なご検討をお願いいたします。保証値を超えてご使用された場合、その後に発生した機器
の故障、欠陥については弊社として責任を負いません。
また、保証値内のご使用であっても、半導体製品について通常予測される故障発生率、故障モードをご考慮の上、弊
社製品の動作が原因でご使用機器が人身事故、火災事故、社会的な損害などを生じさせない冗長設計、延焼対策設計、
誤動作防止設計などの システム上の対策を講じていただきますようお願いいたします。
廃
(6) 製品取扱い時、実装時およびお客様の工程内における外的要因（ESD、EOS、熱的ストレス、機械的ストレス）による
故障や特性変動を防止するために、使用上の注意事項の記載内容を守ってご使用ください。
また、防湿包装を必要とする製品は、保存期間、開封後の放置時間など、個々の仕様書取り交わしの折に取り決めた
条件を守ってご使用ください。
守
保
保
090506
守
(7) 本書の一部または全部を弊社の文書による承諾なしに、転載または複製することを堅くお断りいたします。