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LTC3610
13610ff
0.47µH
4.7µF
10µF×3
VIN4V TO 24V
VOUT2.5V12A
3610 TA01a
604k0.1µF ION
VIN
SW
BOOST
RUN/SS
ITH
VON
SGND INTVCC
FCB
PGND
VFB
VRNG
0.22µF 100µF×2
31.83k
LTC3610
470pF
EXTVCC
PGOOD
30.1k
9.5k
100pF
LOAD CURRENT (A)0.01
EFFI
CIEN
CY (%
)
POWER LOSS (m
W)
80
90
3610 TA01b
70
50
60
85
95
75
55
65
0.1 1 10
100
1000
100
1
10
10000
VOUT = 2.5V
POWER LOSS 12V
POWER LOSS 5V
VIN = 12V
VIN = 5V
高効率降圧コンバータ効率と負荷電流
標準的応用例
12A、24V、モノリシック同期整流式降圧 DC/DCコンバータ
特長■ 出力電流:12A■ 広いVIN範囲:4V~24V ■ NチャネルMOSFETを内蔵■ 真の電流モード制御■ 高い降圧比に最適化■ tON(MIN) ≤ 100ns以下■ 極めて高速な過渡応答■ セラミックCOUTで安定■ ±1%精度の0.6V電圧リファレンス ■ パワーグッド出力電圧モニタ■ オン時間/スイッチング周波数を調整可能■ 電流制限を調整可能■ ソフトスタートをプログラム可能■ 出力過電圧保護■ オプションの短絡シャットダウン・タイマ■ 低いシャットダウン時の消費電流:15μA ■ 9mm×9mmの64ピンQFNパッケージ
アプリケーション■ ポイントオブロード(POL)レギュレーション■ 配電システムL、LT、LTC、LTM、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。他の全ての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。5481178、6100678、6580258、5847554、6304066を含む米国特許によって保護されています。
概要LTC®3610は4V~24V(最大28V)の入力電源で最大12Aの出力電流を供給可能な高効率のモノリシック同期整流式降圧DC/DCコンバータです。谷電流制御アーキテクチャを採用し、高周波数での非常に低いデューティサイクルと優れた過渡応答を実現します。動作周波数は外付け抵抗で選択され、VINおよびVOUTの変動に対して補償されています。
LTC3610は軽負荷時に不連続動作または強制連続動作に設定できます。強制連続動作がノイズやRF干渉を低減するのに対し、不連続動作は軽負荷時にスイッチング損失を低減することによって高効率を達成します。
内部フォールドバック電流制限、出力過電圧コンパレータおよびオプションの短絡シャットダウン・タイマによりフォールト保護をおこないます。また、外付けのタイミング・コンデンサを使用して、電源シーケンシングのソフトスタートが可能です。レギュレータの電流制限レベルは、ユーザが設定可能です。パワーグッド出力電圧モニタは、出力が安定化されていることを知らせます。LTC3610は9mm×9mmの小型QFNパッケージで供給されます。
LTC3610
23610ff
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
Main Control Loop
VIN Operating Input Voltage Range 4 24 V
IQ Input DC Supply Current Normal Shutdown Supply Current
900 15
2000 30
µA µA
VFB Feedback Reference Voltage ITH = 1.2V (Note 3) ● 0.594 0.600 0.606 V
ΔVFB(LINEREG) Feedback Voltage Line Regulation VIN = 4V to 28V, ITH = 1.2V (Note 3) 0.002 %/V
ピン配置
TOP VIEW
WP PACKAGE64-LEAD (9mm × 9mm) QFN MULTIPAD
PGND 1
PGND 2
PGND 3
SW 4
SW 5
SW 6
SW 7
SW 8
SW 9
SW 10
SW 11
PVIN 12
PVIN 13
PVIN 14
PVIN 15
PVIN 16
48 SGND
47 SGND
46 SGND
45 SGND
44 EXTVCC
43 VFB
42 SGND
41 ION
40 SGND
39 FCB
38 ITH
37 VRNG
36 PGOOD
35 VON
34 SGND
33 SGND
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW 2
6
NC 2
7
SGND
28
BOOS
T 29
RUN/
SS 3
0
SGND
31
SGND
32
64 P
GND
63 P
GND
62 P
GND
61 P
GND
60 P
GND
59 P
GND
58 P
GND
57 P
GND
56 P
GND
55 S
W
54 IN
TVCC
53 IN
TVCC
52 S
V IN
51 S
V IN
50 S
GND
49 S
GND
68SGND
67PVIN
66SW
65PGND
TJMAX = 125°C, θJA = 28°C/W
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LTC3610EWP#PBF LTC3610EWP#TRPBF LTC3610WP 64-Lead (9mm × 9mm) Plastic QFN –40°C to 125°CLTC3610IWP#PBF LTC3610IWP#TRPBF LTC3610WP 64-Lead (9mm × 9mm) Plastic QFN –40°C to 125°C
鉛ベース仕様 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LTC3610EWP LTC3610EWP#TR LTC3610WP 64-Lead (9mm × 9mm) Plastic QFN –40°C to 125°CLTC3610IWP LTC3610IWP#TR LTC3610WP 64-Lead (9mm × 9mm) Plastic QFN –40°C to 125°Cより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。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。
絶対最大定格 (Note 1)入力電源電圧(VIN、ION) ....................................... 28V~−0.3V 昇圧されたトップサイド・ドライバ電源電圧(BOOST) ........................................................... 34V~−0.3V
SW電圧 ............................................................. 28V~−0.3V INTVCC、EXTVCC、(BOOST−SW)、RUN/SS、
PGOODの電圧 ..................................................... 7V~−0.3V FCB、VON、VRNGの電圧 ...........................INTVCC+0.3V~−0.3V ITH、VFBの電圧 ...................................................... 2.7V~−0.3V 動作温度範囲(Note 4) ........................................................−40℃~125℃
接合部温度(Note 2) .......................................................125℃ 保存温度範囲...................................................−55℃~125℃
電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25℃での値(Note 4)。注記がない限り、VIN = 15V。
LTC3610
33610ff
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
ΔVFB(LOADREG) Feedback Voltage Load Regulation ITH = 0.5V to 1.9V (Note 3) –0.05 –0.3 %
IFB Feedback Input Current VFB = 0.6V –5 ±50 nA
gm(EA) Error Amplifier Transconductance ITH = 1.2V (Note 3) ● 1.4 1.7 2 mS
VFCB Forced Continuous Threshold ● 0.54 0.6 0.66 V
IFCB Forced Continuous Pin Current VFCB = 0.6V –1 –2 µA
tON On-Time ION = 60µA, VON = 1.5V ION = 60µA, VON = 0V
170 250 120
310 ns ns
tON(MIN) Minimum On-Time ION = 180µA, VON = 0V 60 100 ns
tOFF(MIN) Minimum Off-Time ION = 30µA, VON = 1.5V 290 500 ns
IVALLEY(MAX) Maximum Valley Current VRNG = 0.5V, VFB = 0.56V, FCB = 0V VRNG = 0V, VFB = 0.56V, FCB = 0V
●
●
7 10
16 19
A A
IVALLEY(MIN) Maximum Reverse Valley Current VRNG = 0.5V, VFB = 0.64V, FCB = 0V VRNG = 0V, VFB = 0.64V, FCB = 0V
–6 –9
A A
ΔVFB(OV) Output Overvoltage Fault Threshold 7 10 13 %
VRUN/SS(ON) RUN Pin Start Threshold ● 0.8 1.5 2 V
VRUN/SS(LE) RUN Pin Latchoff Enable Threshold RUN/SS Pin Rising 4 4.5 V
VRUN/SS(LT) RUN Pin Latchoff Threshold RUN/SS Pin Falling 3.5 4.2 V
IRUN/SS(C) Soft-Start Charge Current VRUN/SS = 0V –0.5 –1.2 –3 µA
IRUN/SS(D) Soft-Start Discharge Current VRUN/SS = 4.5V, VFB = 0V 0.8 1.8 3 µA
VIN(UVLO) Undervoltage Lockout VIN Falling ● 3.4 3.9 V
VIN(UVLOR) Undervoltage Lockout Release VIN Rising ● 3.5 4 V
RDS(ON) Top Switch On-Resistance Bottom Switch On-Resistance
12 6.5
16 10
mΩ mΩ
Internal VCC Regulator
VINTVCC Internal VCC Voltage 6V < VIN < 28V, VEXTVCC = 4V ● 4.7 5 5.5 V
ΔVLDO(LOADREG) Internal VCC Load Regulation ICC = 0mA to 20mA, VEXTVCC = 4V –0.1 ±2 %
VEXTVCC EXTVCC Switchover Voltage ICC = 20mA, VEXTVCC Rising ● 4.5 4.7 V
ΔVEXTVCC EXTVCC Switch Drop Voltage ICC = 20mA, VEXTVCC = 5V 150 300 mV
ΔVEXTVCC(HYS) EXTVCC Switchover Hysteresis 500 mV
PGOOD Output
ΔVFBH PGOOD Upper Threshold VFB Rising 7 10 13 %
ΔVFBL PGOOD Lower Threshold VFB Falling –7 –10 –13 %
ΔVFB(HYS) PGOOD Hysteresis VFB Returning 1 2.5 %
VPGL PGOOD Low Voltage IPGOOD = 5mA 0.15 0.4 V
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:TJは周囲温度TAおよび電力損失PDから次式に従って計算される。 TJ = TA+(PD • 28℃/W)(θJAはJESD51-7高実効熱伝導性テストボードによってシミュレーションされている)
θJC = 0.24℃/W(θJCはパッケージの底部にヒートシンクを装着してシミュレーションされている)
Note 3:LTC3610は、誤差アンプの出力が規定された電圧(ITH)になるようにVFBを調節する帰還ループでテストされる。
Note 4:LTC3610は、TJがTAにほぼ等しいパルス負荷条件でテストされている。LTC3610Eは0℃~125℃で性能仕様に適合することが保証されている。−40℃~125℃の動作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。LTC3610Iは−40℃~125℃の動作接合部温度範囲で保証されている。これらの仕様と調和する最大周囲温度は、基板レイアウト、パッケージの定格熱抵抗などの環境要因と関連した特定の動作条件によって決まることに注意。
電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25℃での値(Note 4)。注記がない限り、VIN = 15V。
LTC3610
43610ff
LOAD CURRENT (A)0.001
EFFI
CIEN
CY (%
)
70
80
10
3610 G04
60
500.01 0.1 1
100
90
DISCONTINUOUSMODE
CONTINUOUSMODE
VIN = 12VVOUT = 2.5V
EXTVCC = 5VFIGURE 6 CIRCUIT
INPUT VOLTAGE (V)5
80
EFFI
CIEN
CY (%
)
85
90
95
100
10 15 20
3610 G05
25
ILOAD = 1A
ILOAD = 10A
FCB = 5VFIGURE 6 CIRCUIT
INPUT VOLTAGE (V)5
FREQ
UENC
Y (k
Hz)
480
520
25
3610 G06
440
40010 15 20
640
600
560
ILOAD = 10A
FCB = 0VFIGURE 6 CIRCUIT
ILOAD = 0A
LOAD CURRENT (A)0
ΔV O
UT (%
)
8
3610 G08
–0.80
–0.60
–0.40
–0.20
0.60
0.40
0.20
0
2 4 6 1210
0.80FIGURE 6 CIRCUIT
LOAD CURRENT (A)0
I TH
VOLT
AGE
(V)
1.0
1.5
3610 G09
0.5
03 6 9 12
2.5
2.0
CONTINUOUSMODE
DISCONTINUOUSMODE
FIGURE 6 CIRCUIT
LOAD CURRENT (A)0
0
FREQ
UENC
Y (k
Hz)
50100150200250300350400450500550600650
2 4 6 8
3610 G07
1210
CONTINUOUS MODE
DISCONTINUOUS MODE
LOAD STEP 0A TO 8AVIN = 12VVOUT = 2.5VFCB = 0VFIGURE 6 CIRCUIT
3610 G0140µs/DIV
VOUT100mV/DIV
IL5A/DIV
ILOAD5A/DIV
ILOAD = 1A TO 7AVIN = 12VVOUT = 2.5VFCB = INTVCCFIGURE 6 CIRCUIT
3610 G0240µs/DIV
VOUT100mV/DIV
IL5A/DIV
ILOAD5A/DIV
VIN = 12VVOUT = 2.5VRLOAD = 0.5ΩFIGURE 6 CIRCUIT
3610 G0340ms/DIV
RUN/SS2V/DIV
VOUT1V/DIV
IL5A/DIV
標準的性能特性
過渡応答 過渡応答(不連続モード) スタートアップ
効率と負荷電流 効率と入力電圧 周波数と入力電圧
周波数と負荷電流 ロード・レギュレーション ITH電圧と負荷電流
LTC3610
53610ff
INPUT VOLTAGE (V)4
MAX
IMUM
VAL
LEY
CURR
ENT
(A)
18
16
14
12
10
3610 G17
4
6
8
7 10 13 16 19 282522
RUN/SS VOLTAGE (V)1.65
0
MAX
IMUM
VAL
LEY
CURR
ENT
LIM
IT (A
)
3
6
9
12
18
15
1.90 2.15 2.65 2.90 3.15 3.402.40
3610 G15
ITH VOLTAGE (V)0
–10
LOAD
CUR
RENT
(A)
–5
0
5
20
15
10
25
0.5 1.0 1.5 2.0
3610 G10
2.5 3.0
VRNG = 1V
0.7V
0.5V
ION CURRENT (µA)1
10
ON-T
IME
(ns)
100
1000
10000
10 100
3610 G11
VVON = 0V
VON VOLTAGE (V)0
ON-T
IME
(ns)
400
600
3610 G12
200
01 2 3
1000ION = 30µA
800
TEMPERATURE (°C)–50
ON-T
IME
(ns)
200
250
300
25 75
3610 G13
150
100
–25 0 50 100 125
50
0
IION = 30µAVVON = 0V
VFB (V)0
0
MAX
IMUM
VAL
LEY
CURR
ENT
LIM
IT (A
)
5
10
15
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
3610 G18
VRNG VOLTAGE (V)0.5
10
MAX
IMUM
VAL
LEY
CURR
ENT
LIM
IT (A
)
12
14
16
18
20
22
24
0.6 0.7 0.8
3610 G14
0.9 1.0
TEMPERATURE (°C)–50 –25
0
MAX
IMUM
VAL
LEY
CURR
ENT
LIM
IT (A
)
5
20
0 50 75
3610 G16
15
10
25 100 125
標準的性能特性
負荷電流とITH電圧およびVRNG オン時間とION電流 オン時間とVON電圧
オン時間と温度
最大谷電流リミットと フォールドバック
最大谷電流リミットとVRNG電圧 最大谷電流リミットとRUN/SS電圧
最大谷電流リミットと温度 入力電圧と最大谷電流
LTC3610
63610ff
TEMPERATURE (°C)–50 –25
0
EXTV
CC S
WIT
CH R
ESIS
TANC
E (Ω
)
4
10
0 50 75
3610 G24
2
8
6
25 100 125
TEMPERATURE (°C)–50 –25
–2
RUN/
SS P
IN C
URRE
NT (µ
A)
0
3
0 50 75
3610 G25
–1
2
1
25 100 125
PULL-UP CURRENT
PULL-DOWN CURRENT
TEMPERATURE (°C)–50 –25
1.0
g m (m
S)
1.4
2.0
0 50 75
3610 G20
1.2
1.8
1.6
25 100 125INPUT VOLTAGE (V)
0
INPU
T CU
RREN
T (µ
A)
SHUTDOWN CURRENT (µA)
800
1000
1400
1200
15 25
3610 G21
600
400
5 10 20 30
200
0
30
25
15
5
40
35
20
10
0
EXTVCC OPEN
EXTVCC = 5V
SHUTDOWN
INTVCC LOAD CURRENT (mA)0
ΔIN
TVCC
(%)
0.10
0.20
0.30
40
3610 G22
0
–0.20
–0.10
–0.40
–0.30
10 20 30 50
TEMPERATURE (°C)–50
3.0
RUN/
SS P
IN C
URRE
NT (µ
A)
3.5
4.0
4.5
5.0
–25 0 25 50
3610 G26
75 100 125
LATCHOFF ENABLE
LATCHOFF THRESHOLD
TEMPERATURE (°C)–50
2.0
UNDE
RVOL
TAGE
LOC
KOUT
THR
ESHO
LD (V
)
2.5
3.0
3.5
4.0
–25 0 25 50
3610 G27
75 100 125
TEMPERATURE (°C)–50
0.58
FEED
BACK
REF
EREN
CE V
OLTA
GE (V
)
0.59
0.60
0.61
0.62
–25 0 25 50
3610 G19
75 100 125
FREQUENCY (kHz)400
I EXT
VCC
(mA) 15
20
25
700 900
3610 G23
10
5
500 600 800 10000
標準的性能特性
誤差アンプのgmと温度入力電流および シャットダウン電流と入力電圧
INTVCCロード・レギュレーション EXTVCCのスイッチ抵抗と温度IEXTVCCと周波数
RUN/SSピン電流と温度 RUN/SSピン電流と温度低電圧ロックアウト・ スレッショルドと温度
帰還リファレンス電圧と温度
LTC3610
73610ff
ピン機能PGND(ピン1、2、3、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65):パワー・グランド。このピンをCVCCの(-)端子およびCINの(-)端子に近接して接続します。
SW(ピン4、5、6、7、8、9、10、11、26、55、66):インダクタへのスイッチ・ノードの接続。ブートストラップ・コンデンサCBの(-)端子もここに接続します。このピンは、グランドよりダイオードの電圧降下分だけ低い電圧からVINまで振幅します。
PVIN(ピン12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、67):主入力電源。このピンは入力コンデンサCINを使ってパワーPGNDにデカップリングします。
NC(ピン27):接続なし。
SGND(ピン28、31、32、33、34、40、42、45、46、47、48、49、50、68):信号グランド。すべての小信号用部品と補償用部品はこのグランドに接続し、このグランド自身はPGNDに一点接続します。
BOOST(ピン29):昇圧されたフローティング・ドライバ電源。ブートストラップ・コンデンサCBの(+)端子をここに接続します。このピンは、INTVCCよりダイオードの電圧降下分だけ低い電圧からVIN+ INTVCCまで振幅します。
RUN/SS(ピン30):実行制御とソフトスタートの入力。このピンからグランドに接続したコンデンサにより、フル出力電流までのランプ時間(約3秒/μF)および過電流ラッチオフの遅延時間が設定されます(「アプリケーション情報」を参照)。このピンを0.8Vより低い電圧に強制すると、デバイスがシャットダウンします。
VON(ピン35):オン時間電圧入力。オンタイム・コンパレータの電圧トリップ・ポイント。このピンを出力電圧または出力からの外部抵抗分割器に接続するとオン時間がVOUTに比例します。このピンが接地されているとコンパレータの入力は既定で0.7Vになり、このピンがINTVCCに接続されていると既定で2.4Vになります。VOUTの高いアプリケーションではこのピンをINTVCCに接続し、低いRON値を使います。
PGOOD(ピン36):パワーグッド出力。オープン・ドレインのロジック出力で、出力電圧がレギュレーション・ポイントの±10%以内にないと、グランドに引き下げられます。
VRNG(ピン37):電流制限範囲入力。このピンの電圧は最大谷電流を調節し、INTVCCからの抵抗分割器により0.5V~0.7Vに設定することができます。このピンはVRNGピンがグランドに接続されていると既定で0.7Vになり、標準19Aの電流制限になります。
ITH(ピン38):電流制御スレッショルドおよび誤差アンプの補償点。電流コンパレータのスレッショルドはこの制御電圧に応じて増加します。電圧範囲は0V~2.4Vで、0.8Vがゼロ・センス電圧(ゼロ電流)に対応します。
FCB(ピン39):強制連続入力。軽負荷時に連続同期動作を強制するにはこのピンをグランドに接続し、軽負荷時に不連続モードの動作をイネーブルするにはINTVCCに接続し、2次巻線を使う場合は2次側出力に接続された抵抗分割器に接続します。
ION(ピン41):オン時間電流入力。VINからこのピンに抵抗を接続してワンショット・タイマ電流を設定し、それによってスイッチング周波数を設定します。
VFB(ピン43):誤差アンプの帰還入力。このピンは、誤差アンプの入力を、VOUTに接続された外部抵抗分割器に接続します。
EXTVCC(ピン44):外部VCC入力。EXTVCCが4.7Vを超えると、コントローラとゲート・ドライブがEXTVCCから電力供給を受けるように、内部スイッチがこのピンをINTVCCへ接続し、内部レギュレータをシャットダウンします。このピンは7Vを超えないようにし、EXTVCC < VINとします。
SVIN(ピン51、52):内部PWMコントローラ用電源。
INTVCC(ピン53、54):内部5Vレギュレータの出力。ドライバおよび制御回路はこの電圧から電力供給を受けます。最小4.7μFの低ESRタンタル・コンデンサまたはセラミック・コンデンサを使って、このピンを電源グランドにデカップリングします。
LTC3610
83610ff
機能図
0.7V
1.4V
VRNG
–
+
–+
– +
– +
–
+
IONVON
ICMP
0.7V
FCB EXTVCC SVIN
1µA
RON
VVONIION
tON = (10pF) R
S Q
20k
IREV
×(0.5 TO 2)
1V
SHDN
SWITCHLOGIC
ON
FCNT
0.6V
–+
4.7V
OV
1240k
0.4V
ITH
CSS
EA
SS
0.6V
+–
+–×3.3
RUN/SS3610 FD
SGND
R1
RUNSHDN
PGND
PGOOD
VFB
SW
PVIN
CIN
BOOST
M1
M2
INTVCC
–
+
–
+
UV
0.54V
OV
0.66V
6V
0.6VREF
5VREG
R2
2.4V
37
35 41 39 44
29
NC27
4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 26, 55, 66
12, 13, 14, 15,16, 17, 18, 19,20, 21, 22, 23,24, 25, 67
53, 54
51, 52
1, 2, 3, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65
28, 31, 32, 33, 34,40, 42, 45, 46, 47,48, 49, 50, 68
36
43
3038
VOUT
L1
COUT
CVCC
+
Q1Q3
Q4Q2
0.8V
ITHBQ6
CB
DB
F
1.2µA
LTC3610
93610ff
動作メイン制御ループLTC3610は、固定オン時間、電流モード・アーキテクチャを採用した、高効率モノリシック同期整流式降圧DC/DCコンバータです。4V~24Vの入力電圧範囲で動作し、最大12Aの出力電流まで安定化出力電圧を与えます。同期パワー・スイッチを内蔵しているので、効率が向上し、外付けショットキー・ダイオードは不要です。通常動作では、トップMOSFETはワンショット・タイマOSTによって定まる一定時間オンします。トップMOSFETがオフすると、ボトムMOSFETがオンします。このオン状態は、電流コンパレータICMPがトリップしてワンショット・タイマが再始動し、次のサイクルが開始されるまで続きます。インダクタ電流は、ボトムMOSFETのオン抵抗を使って、PGNDピンとSWピンの間の電圧を検出することにより決定されます。ITHピンの電圧により、インダクタの谷電流に対応したコンパレータ・スレッショルドが設定されます。誤差アンプEAは、出力電圧からの帰還信号VFBを内部の0.6Vリファレンスと比較することによってこのITHピンの電圧を調節します。負荷電流が増加すると、リファレンスに比べて帰還電圧が低下します。そのため、ITH電圧は平均インダクタ電流が再び負荷電流に等しくなるまで上昇します。
軽負荷では、インダクタ電流はゼロに低下し、負になることがあります。これは電流反転コンパレータIREVによって検出され、IREVが次にM2をシャットオフするので(機能図を参照)、デバイスは不連続動作に入ります。両方のスイッチはオフ状態に保たれ、ITH電圧がゼロ電流レベル(0.8V)を超えて新しいサイクルが開始されるまで、出力コンデンサが負荷電流を供給します。FCBピンを0.6Vより下に下げると、不連続モード動作はコンパレータFによってディスエーブルされ、連続同期動作が強制されます。
動作周波数は、トップMOSFETのオン時間と、レギュレーションを維持するのに必要なデューティ・サイクルによって自動的に決まります。ワンショット・タイマは理想的なデューティ・サイクルに比例したオン時間を発生するので、VINが変化しても周波数をほぼ一定に保ちます。公称周波数は外部抵抗RONを使って調節することができます。
過電圧コンパレータOVと低電圧コンパレータUVは、出力帰還電圧がレギュレーション・ポイントの両側±10%の範囲を外れると、PGOOD出力を”L”へ引き下げます。さらに、過電圧状態ではM1はオフし、M2はオンして過電圧状態がなくなるまでオン状態に保たれます。
出力がグランドに短絡されると、フォールドバック電流制限が作動します。VFBが低下すると、バッファされた電流スレッショルド電圧ITHBが、Q4とQ6によって設定された1VレベルへクランプQ3によって引き下げられます。このため、VFBが0Vに近づくと、インダクタの谷電流レベルはその最大値の1/6に低下します。
RUN/SSピンを”L”へ引き下げると、コントローラをシャットダウン状態に強制して、M1とM2の両方をオフします。ピンを解放すると、内部の1.2μA電流源が外部のソフトスタート・コンデンサCSSを充電することができます。この電圧が1.5Vに達すると、コントローラがオンしてスイッチングを開始しますが、ITH電圧はRUN/SS電圧よりも約0.6V低い電圧にクランプされます。CSSが充電し続けると、ソフトスタートの電流制限は解除されます。
INTVCC/EXTVCC電源トップとボトムのMOSFETドライバおよび大部分の内部制御回路への電力はINTVCCピンから得られます。トップMOSFETドライバには、フローティング・ブートストラップ・コンデンサCBから電力が供給されます。このコンデンサは、トップMOSFETがオフしているとき、外部ショットキー・ダイオードDBを通してINTVCCから再充電されます。EXTVCCピンが接地されていると、内部の5V低損失レギュレータがVINからINTVCCに電力を供給します。EXTVCCが4.7Vを超えると、内部レギュレータがオフし、内部スイッチがEXTVCCをINTVCCに接続します。これにより、外部5V電源あるいはコンバータの2次出力のようなEXTVCCへ接続されている高効率ソースからINTVCCに電力を供給することができます。ゲート・ドライブを強化するために、7Vまでの電圧をEXTVCCに印加することができます。入力電圧が低くてINTVCCが3.5Vより低くなると、低電圧ロックアウト回路が、電源スイッチがオンするのを防ぎます。
LTC3610
103610ff
アプリケーション情報LTC3610の基本的なアプリケーション回路がこのデータシートの最初のページに示されています。外部部品の選択は主に最大負荷電流で決まります。LTC3610は同期パワーMOSFETのオン抵抗を使ってインダクタ電流を決めます。望みのリップル電流量と動作周波数によってインダクタの値も決まります。最後に、コンバータに流れ込む大きなRMS電流を扱う能力を考慮してCINを選択し、出力電圧リップルおよび過渡特性の仕様を満たすのに十分なだけESRが低いかを考慮してCOUTを選択します。
VONとPGOOD LTC3610はオープン・ドレインのPGOOD出力を備えており、出力電圧がレギュレーション・ポイントの±10%以内にあることを示します。LTC3610はVONピンも備えていますので、オン時間を調節することができます。VONピンを“H”に接続するとRONの値が下がり、VOUTの高いアプリケーションに有用です。VONピンは、VOUTが変化するアプリケーションで固定周波数動作を維持するため、また、負荷電流の変化に伴う小さな周波数シフトを補正するため、オン時間を調整する手段も与えます。
VRNGピンとILIMITの調整 VRNGピンは最大インダクタ谷電流を調整するのに使われ、LTC3610が供給できる最大平均出力電流を決めます。最大出力電流は次式で与えられます。
IOUT(MAX) = IVALLEY(MAX)+1/2 ΔIL,
IVALLEY(MAX)は「標準的性能特性」の「最大谷電流リミットとVRNG電圧」のグラフに示されています。
INTVCCからの外部抵抗分割器を使ってVRNGピンの電圧を0.5V~1Vに設定することができます。または、単にグランドに接続して0.7Vに相当する既定値に強制することができます。電流リミットを設定する際には、接合部温度が125℃の最大定格を超えないようにします。VRNGピンはフロートさせないでください。
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。低周波数動作はMOSFETのスイッチング損失を減らして効率を上げますが、出力リップル電圧を低く押さえるには、大きなインダクタンスや容量を必要とします。
LTC3610のアプリケーションの動作周波数は、トップMOSFETスイッチのオン時間tONを制御するワンショット・タイマによって事実上決定されます。オン時間は、次式に従って、IONピンへ流れ込む電流とVONピンの電圧によって設定されます。
tVI
pFONVON
ION= ( )10
抵抗RONをVINからIONピンに接続すると、VINに反比例するオン時間が得られます。IONピンから流れ出す電流は次のとおりです。
IVRIONIN
ON=
このため、降圧コンバータの場合、入力電源が変化してもほぼ一定の周波数動作になります。
fV
V R pFHOUT
VON ONZ=
( )[ ]
10
出力電圧が変化しても周波数を一定に保つには、VONピンをVOUTに接続するか、またはVOUT > 2.4VのときはVOUTからの抵抗分割器に接続します。VONピンには内部クランプが備わっており、ワンショット・タイマへの入力を制限します。このピンが0.7Vより低い電圧に接続されていると、ワンショットへの入力は0.7Vにクランプされます。同様に、このピンが2.4Vより高い電圧に接続されていると、この入力は2.4Vにクランプされます。VOUTが高いアプリケーションでは、コンパレータの入力が2.4VになるようにVONをINTVCCに接続するとRONの値が低くなります。いくつかの一般的な出力電圧について、RONとスイッチング周波数の関係を図1aと図1bに示します。
LTC3610
113610ff
アプリケーション情報
図1a. スイッチング周波数とRON(VON = 0V)
図1b.スイッチング周波数とRON(VON = INTVCC)
IONピンの電圧は約0.7Vなので、このピンへ流れ込む電流は、(特に入力電圧が低いアプリケーションでは)VINに正確に反比例することはありません。この誤差を補正するため、IONピンから5V INTVCC電源に追加抵抗RON2を接続すると、周波数がさらに安定します。
RVVRON2 ON
50 7
=.
負荷電流の変化も周波数のずれを引き起こします。MOSFETスイッチとインダクタの寄生抵抗がインダクタンスの両端の実効電圧を下げるので、負荷電流が増加するにつれてデュー
ティ・サイクルが増加します。電流の増加に応じてオン時間をわずかに長くすることにより、固定周波数動作を維持することができます。これはITHピンからVONピン、さらにVOUTへと接続された抵抗分割器を使って実現されます。必要な値は特定のアプリケーションの寄生抵抗に依存します。妥当な出発点としては、図2aに示されているように、ITHピンの電圧変化の約25%をVONピンに与えます。スイッチング周波数で生じるITHの変動をフィルタで除去するため、コンデンサをVONピンに接続します。ITHの抵抗負荷により誤差アンプのDC利得が減少し、ロード・レギュレーションが劣化しますが、これは図2bのようにPNPエミッタ・フォロワを使って避けることができます。
最小オフ時間とドロップアウト動作最小オフ時間tOFF(MIN)は、LTC3610がボトムMOSFETをオンし、電流コンパレータをトリップしてこのMOSFETを再度オフすることができる最小時間です。この時間は普通約250nsです。最小オフ時間の制約により、最大デューティ・サイクルはtON/(tON+tOFF(MIN))に制限されます。たとえば入力電圧が低下したために最大デューティ・サイクルに達すると、出力は安定化された状態から外れてしまいます。ドロップアウトを避けるための最小入力電圧は次のとおりです。
V Vt t
tIN MIN OUT
ON OFF(MIN)
ON( ) =
+
最大デューティ・サイクルと周波数のプロットを図3に示します。
出力電圧の設定LTC3611は、図6に示されているように、帰還ピンVFBと信号グランドの間に0.6Vのリファレンス電圧を発生します。出力電圧は次式に従って抵抗分割器によって設定されます。
VOUT = 0.6V 1+R2R1
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
周波数応答を改善するには、フィードフォワード・コンデンサC1を使うこともできます。VFBラインはインダクタやSWトレースなどのノイズ源から離して配線するように十分注意してください。
RON (kΩ)100
100
SWIT
CHIN
G FR
EQUE
NCY
(kHz
)
1000
1000 10000
3610 F01a
VOUT = 3.3V
VOUT = 1.5V VOUT = 2.5V
RON (kΩ)100
100
SWIT
CHIN
G FR
EQUE
NCY
(kHz
)
1000
1000 10000
3610 F01b
VOUT = 3.3V
VOUT = 12V
VOUT = 5V
LTC3610
123610ff
インダクタの選択望みの入力電圧と出力電圧が与えられると、インダクタ値と動作周波数によってリップル電流が決まります。
∆IL =VOUTf L
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
1−VOUTVIN
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
リップル電流が小さいと、インダクタのコア損失、出力コンデンサのESR損失、さらに出力電圧リップルが減少します。効率が最高の動作は低周波数でリップル電流が小さいとき得られま
す。ただし、これを達成するには大きなインダクタが必要です。部品のサイズ、効率および動作周波数の間にはトレードオフが必要です。
妥当な出発点として、IOUT(MAX)の約40%のリップル電流を選択します。最大VINで最大リップル電流が発生します。リップル電流が規定された最大値を超えないように保証するには、次式に従ってインダクタンスを選択します。
L =VOUT
f ∆IL(MAX)
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
1−VOUT
VIN(MAX)
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
Lの値が求まったら、次にインダクタの種類を選択します。高効率コンバータは低価格の鉄粉コアに見られるコア損失は一般に許容できません。高電流、低電圧アプリケーション用に設計された多種のインダクタが、スミダ電機、パナソニック、Coiltronics、Coilcraft、東光などのメーカーから入手できます。
CINとCOUTの選択入力コンデンサCINは、トップMOSFETのドレインのところで方形波電流をフィルタするのに必要です。最大RMS電流を扱えるサイズの低ESRコンデンサを使います。
IRMS ≅ IOUT(MAX)VOUTVIN
VINVOUT
– 1
この式はVIN = 2VOUTで最大値をとり、IRMS = IOUT(MAX)/2となります。大きく変化させてもそれほど状況が改善されないため、一般にはこの単純なワーストケース条件が設計に使用されます。コンデンサのメーカーの規定するリップル電流定格は多くの場合2000時間だけの寿命試験に基づいているので、コンデンサをさらにディレーティングすることを推奨します。
COUTの選択は、電圧リップルおよび負荷ステップ過渡を小さくするために必要なESRによって主に決まります。出力リップルΔVOUTは、ほぼ次式のように限定されます。
∆VOUT ≤ ∆IL ESR+1
8fCOUT
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
図3. 最大スイッチング周波数とデューティ・サイクル
2.0
1.5
1.0
0.5
00 0.25 0.50 0.75
3610 F03
1.0
DROPOUTREGION
DUTY CYCLE (VOUT/VIN)
SWIT
CHIN
G FR
EQUE
NCY
(MHz
)
図2. 負荷電流の変化にともなう周波数シフトの補正
CVON0.01µFRVON2
100k
RVON130k
CC
VOUT
RC
(2a)
(2b)
VON
ITH
LTC3610
CVON0.01µF
RVON210k
Q12N5087
RVON13k
10k
CC 3610 F02
VOUT
INTVCC RC
VON
ITH
LTC3610
アプリケーション情報
LTC3610
133610ff
ΔILは入力電圧とともに増加するので、出力リップルは最大入力電圧のとき最大になります。通常、ESRの必要条件が満たされると、その容量はフィルタリングに関して妥当であり、必要なRMS電流定格をもっています。
ESRおよびRMS電流処理の必要条件を満たすには、並列に配置した複数のコンデンサが必要になることがあります。乾式タンタル、特殊ポリマー、アルミ電解およびセラミックの各コンデンサはすべて表面実装パッケージで入手できます。特殊ポリマー・コンデンサはESRが非常に低いのですが、他のタイプに比べて容量密度が低くなります。タンタル・コンデンサは最高の容量密度をもっていますが、スイッチング電源に使うためにサージテストされているタイプだけを使うことが重要です。アルミ電解コンデンサのESRはかなり大きいのですが、リップル電流定格および長期信頼性に対して配慮すれば、コストに敏感なアプリケーションに使うことができます。セラミック・コンデンサは優れたESR特性をもっていますが、電圧係数が高く可聴圧電効果を示すことがあります。トレースインダクタンスをともなったセラミック・コンデンサはQが高く、大きなリンギングを引き起こすことがあります。入力コンデンサとして使うときは、突入電流とスイッチングによるリンギングがパワースイッチとコントローラに対する過電圧の危険を生じないように注意を払う必要があります。入力電圧過渡を減衰させるため、ESRが0.5Ω~2Ωの範囲の5μF~50μFの小型アルミ電解コンデンサを追加します。高性能スルーホール・コンデンサを使うこともできますが、リード・インダクタンスの影響を減らすため、追加のセラミック・コンデンサを並列に接続することを推奨します。
トップMOSFETドライバの電源(CB、DB)BOOSTピンに接続した外部ブートストラップ・コンデンサCBは、トップサイドMOSFETのゲート・ドライブ電圧を供給します。このコンデンサは、スイッチ・ノードが“L”のとき、INTVCCからダイオードDBを通して充電されます。トップMOSFETがオンすると、スイッチ・ノードはVINまで上昇し、BOOSTピンはおよそVIN+INTVCCまで上昇します。ブースト・コンデンサはトップMOSFETが必要とするゲート電荷の約100倍の電荷を蓄積する必要があります。ほとんどのアプリケーションでは、0.1μF~0.47μFのX5RまたはX7Rの誘電体のコンデンサが適しています。
不連続モードの動作とFCBピンFCBピンは、インダクタ電流が反転するときボトムMOSFETがオン状態に留まるかどうかを決定します。このピンを0.6Vのスレッショルドよりも高い電圧に接続すると、不連続動作がイネーブルされ、その場合、インダクタ電流が反転するとボトムMOSFETはオフします。電流が反転して不連続動作が始まる負荷電流の値はインダクタ・リップル電流に依存し、VINの変化とともに変動します。FCBピンを0.6Vのスレッショルドよりも低い電圧に接続すると、連続同期動作を強制し、軽負荷で電流が反転するのを許し、高周波数動作を維持します。
ロジック入力を与えて連続動作を強制するだけでなく、FCBピンは、1次側が不連続モードで動作しているとき、フライバック巻線出力を維持する手段を与えます。2次出力VOUT2は、図4に示すように、通常、トランスの巻数比Nによって設定されます。ただし、1次負荷電流が軽いため、コントローラが不連続モードに入ってスイッチングを停止すると、VOUT2は低下します。VOUT2からFCBピンへ接続された外部抵抗分割器は最小電圧VOUT2
(MIN)を設定します。この最小電圧より低い電圧では、VOUT2がその最小値を超えるまで連続動作が強制されます。
VOUT2(MIN) = 0.6V 1+R4R3
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
フォールト状態:電流制限とフォールドバックLTC3610には電流モード・コントローラが備わっており、定常状態の動作時だけでなく、過渡においても本来的にサイクルごとにインダクタ電流を制限します。グランドへの短絡が発生したとき電流をさらに制限するため、LTC3610にはフォールドバック電流制限機能が備わっています。出力が25%以上低下すると、最大センス電圧はその最大値の約1/6まで次第に低下します。
アプリケーション情報
LTC3610
143610ff
INTVCCレギュレータとEXTVCC接続 内部Pチャネル低損失レギュレータは、LTC3610のドライバと内部回路に電力を供給する5V電源を形成します。INTVCCピンは50mA RMSまで供給することができ、最小4.7μFのタンタル・コンデンサまたはセラミック・コンデンサを使ってグランドにバイパスする必要があります。MOSFETゲート・ドライバが必要とする大きな過渡電流を供給するには、十分なバイパスが必要です。
EXTVCCピンを使って、通常動作時に出力または別の外部ソースからMOSFETゲート・ドライブとコントローラに電力を供給することができます。EXTVCCピンが4.7Vよりも高いときは常に内部5Vレギュレータはシャットオフし、内部の50mAのPチャネル・スイッチがEXTVCCピンをINTVCCに接続します。EXTVCCピンが4.5Vより低くなるまで、INTVCC電力はEXTVCCから供給されます。7Vを超える電圧をEXTVCCに印加しないで、EXTVCC ≤ VINとなるようにしてください。EXTVCCの可能な接続方法を以下に列挙します。
1. EXTVCCをグランドに接続します。INTVCCは常に内部5Vレギュレータから電力を供給されます。
2. EXTVCCを外部電源に接続します。MOSFETゲート・ドライブの必要条件(標準5V)を満たす高効率電源により、全体の効率を上げることができます。
3. EXTVCCを出力から得られるブースト・ネットワークに接続します。低電圧の出力は、チャージポンプやフライバック巻線を使って4.7Vより高い電圧に昇圧することができます。昇圧された出力電源が利用可能になるまで、システムは内部リニア・レギュレータを使って起動します。
RUN/SSピンを使ったソフトスタートとラッチオフRUN/SSピンは、ソフトスタートおよび過電流ラッチオフ用タイマだけでなく、LTC3610をシャットダウンする手段を与えます。RUN/SSピンを0.8Vより低い電圧に引き下げると、LTC3610を低消費電流(IQ < 30μA)のシャットダウン状態にします。このピンを解放すると、内部の1.2μA電流源が外部のタイミング・コンデンサCSSを充電することができます。RUN/SSが完全にグランドまで引き下げられていると、起動するまでにおよそ次のような遅延が生じます。
tDELAY =1.5V1.2μA
CSS = 1.3s/μF( )CSS
図4. 補助出力ループとEXTVCC接続
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC44
VFB43
SGND42
ION41 R4
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGND
SGND
GND
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
SW
SW
26
NC
27SG
ND28
BOOS
T29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
54
INTV
CC
53
SVIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVINVIN 12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 F04
CSEC1µF
VOUT2
VOUT1
COUT
CIN
IN4148
OPTIONAL EXTVCCCONNECTION5V < VOUT2 < 7V
T11:N
R3+
+
•
•
+
アプリケーション情報
LTC3610
153610ff
3.3V OR 5V RUN/SSVIN
INTVCC
RUN/SS
D1
(5a) (5b)
D2*
CSS
RSS*
CSS
RSS*
3610 F05
2N7002
*過電流ラッチオフを 無効にするためのオプション
図5. ラッチオフを無効にしたRUN/SSピンのインタフェース
RUN/SSの電圧が1.5Vに達すると、ITHが約0.9Vにクランプされた状態でLTC3610は動作を開始します。RUN/SS電圧が3Vまで上昇するにつれ、ITHに対するクランプはその2.4Vの全範囲が利用できるまで上昇します。これにはさらに1.3s/μFの時間がかかり、その間、出力が最終値の75%に達するまで負荷電流はフォールドバックされます。
コントローラが起動し、出力コンデンサ(CSS)を充電するのに十分な時間が経過した後、CSSは短絡タイマとして使われます。RUN/SSピンが4Vを超えるまで充電された後、出力電圧が安定化電圧の75%より下まで低下すると、短絡が発生したとみなされます。すると、1.8μAの電流によってCSSが放電し始めます。RUN/SSピンが3.5Vまで低下するまでフォールト状態が続くと、コントローラは両方のパワーMOSFETをオフし、コンバータを永続的にシャットダウンします。動作を再開するには、RUN/SSピンをアクティブにグランドまで引き下げる必要があります。
ソフトスタート・タイミング・コンデンサCSSを十分大きくして、CSSが4Vのスレッショルドに達するまでに出力が確実に安定化するようにすることが、過電流保護タイマにとって必要です。これは一般に出力容量、出力電圧および負荷電流特性に依存します。最小ソフトスタート・コンデンサは次式から推算できます。
CSS > COUT VOUT RSENSE(10−4 [F/V s])
一般に0.1μFあれば十分過ぎるほどです。
過電流ラッチオフ動作は常に必要なわけではなく、望ましいわけでもありません。負荷電流は短絡時に電流フォールドバック回路によって既に制限されており、ラッチオフ動作はトラブルシューティング時に邪魔になることがあります。この機能は、5μAを超えるプルアップ電流をRUN/SSピンに追加することによって無効にすることができます。この追加電流によってフォールト時にCSSの放電が防がれ、さらにソフトスタート時間が短縮されます。図5aに示すように、VINに抵抗を使うのは簡単ですが、シャットダウン電流がいくらか増加します。図5bに示すように、INTVCCに抵抗を使うと追加のシャットダウン電流は除かれますが、CSSを分離するのにダイオードが必要です。どんなプルアップ・ネットワークも、RUN/SSをラッチオフ回路の4.2Vの最大スレッショルドよりも高い電圧に引き上げることができなければならず、4μAの最大放電電流を凌駕することができなければなりません。
効率に関する検討事項スイッチング・レギュレータのパーセント効率は、出力電力を入力電力で割って100%を掛けたものに等しくなります。個々の損失を解析して、効率を制限する要素がどれであり、また何が変化すれば最も効率が改善されるかを判断できる場合がよくあります。回路内の電力を消費するすべての要素で損失が生じますが、LTC3610の回路の損失の大部分は4つの主な損失要因によって生じます。
1. DCのI2R損失。これは、MOSFETの内部抵抗、インダクタ、およびPCボードのトレースの各抵抗成分から生じ、大きな出力電流で効率を低下させます。連続モードでは、平均出力電流はLを流れますが、トップMOSFETとボトムMOSFETの間でこま切れにされます。1個のMOSFETのDC I2R損失は単に[RDS(ON)+RL] • IOによって決定することができます。
2. 遷移損失。この損失は、スイッチ・ノードが遷移するとき、トップMOSFETが短時間飽和領域に留まることから生じます。これは、入力電圧、負荷電流、ドライバ強度、MOSFET容量などの要因に依存します。20Vを超える入力電圧ではこの損失が大きくなり、次式を使って推算できます。
遷移損失 ≅ (1.7A–1) VIN2 IOUT CRSS f
3. INTVCC電流。これはMOSFETドライバ電流と制御電流の和です。この損失は、出力から得られる昇圧ネットワークまたは(利用可能であれば)代替電源のような高効率ソースから、EXTVCCを通してINTVCC電流を供給することにより減少させることができます。
アプリケーション情報
LTC3610
163610ff
4. CIN損失。入力コンデンサはレギュレータへ流れる大きなRMS入力電流をフィルタリングするという困難な役目を担っています。このコンデンサは、AC I2R損失を最小にするためにESRが非常に小さくなければならず、RMS電流が上流でヒューズやバッテリ内の追加損失を生じないように容量が十分大きくなければなりません。
COUTのESR損失、デッドタイム時のショットキー・ダイオードD1の導通損失、インダクタのコア損失など、他の損失は一般に2%未満の追加損失です。
効率を改善するための調整を行うとき、入力電流は効率の変化の最良の指標です。変更を加えて入力電流が減少すれば、効率は向上しています。入力電流に変化がなければ効率にも変化がありません。
過渡応答のチェックレギュレータのループ応答は負荷過渡応答を見てチェックすることができます。スイッチング・レギュレータは負荷電流ステップに対して応答するのに数サイクルを要します。負荷ステップが生じると、VOUTは直ちに(ΔILOAD)(ESR)に等しい量だけシフトします。ここで、ESRはCOUTの等価直列抵抗です。また、ΔILOADにより、COUTが充電または放電し始めるので、レギュレータがVOUTをその定常状態の値に戻すのに使う帰還誤差信号が生じます。この回復時間の間、安定性に問題があることを示すオーバーシュートやリンギングがないかVOUTをモニタすることができます。図6に示されているITHピンの外部部品により、大部分のアプリケーションに対して適切な補償が実現されます。スイッチング制御ループ理論の詳細については、「アプリケーションノート76」を参照してください。
設計例設計例として、次の仕様の電源を取り上げます。VIN = 5V~24V(公称12V)、VOUT = 2.5V±5%、IOUT(MAX) = 12A、f = 550kHz。最初に、VON = VOUTでタイミング抵抗を計算します。
RkHz pF
kON = ( )( )=
1550 10
182
次に、最大VINで約40%のリップル電流になるようにインダクタを選択します。
L =2.5V
550kHz( ) 0.4( ) 12A( )1−
2.5V28V
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠= 0.86µH
0.82μHの標準値を選択すると、最大リップル電流は次のようになります。
∆IL =2.5V
550kHz( ) 0.82μH( )1–
2.5V12V
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠= 4.4A
次に、VRNG電圧を設定し、ILIMITをチェックします。VRNGを0.5Vに接続すると標準電流リミットが16Aに設定され、VRNGをGNDに接続すると標準電流が約19Aになります。85℃で約5AのRMS電流定格に対してCINが選ばれています。出力コンデンサは、インダクタ・リップル電流および負荷ステップによる出力電圧の変化を最小にするため、0.013Ωの低ESRのものが選択されています。リップル電圧は次のように小さくなります。
ΔVOUT(RIPPLE) = ΔIL(MAX)(ESR) =(4.4A)(0.013Ω) = 57mV
ただし、0A~10Aの負荷ステップにより、出力は最大次のように変化します。
ΔVOUT(STEP) = ΔILOAD(ESR) = (10A)(0.013Ω) = 130mV
出力リップルへのESLの影響を最小にするため、オプションの22μFセラミック出力コンデンサが含まれています。完全な回路を図6に示します。
SWのリンギングを低減する方法どんなスイッチング・レギュレータでも、特に入力電圧が高い場合には、SWノードに電圧リンギングが発生します。リンギングの振幅と持続時間は、スイッチング速度(ゲートドライブ)、レイアウト(寄生インダクタンス)、MOSFET出力容量に応じて変動します。このリンギングは、全体のEMI、ノイズ、高周波リップルの要因となります。リンギングを低減する1つの方法は、レイアウトを最適化することです。適切なレイアウトを行うことにより、寄生インダクタンスは最小になります。また、SWからGNDにRCスナバを付加するのも、リンギングを低減する効果的な方法です。最後に、BOOSTピンに直列に抵抗を付加すると、MOSFETのターンオン・スルーレートが遅くなり、リンギングが減衰しますが、代償として効率が低下します。デバイスはPCBやボンディングワイヤのインダクタンスによって高周波過渡からバッファされているので、通常、リンギング自体はコントローラの信頼性に対して問題とはならないことに注意してください。
アプリケーション情報
LTC3610
173610ff
図6. 設計例:5V~24Vの入力から2.5V/12A(550kHz)
VOUT2.5V AT
12A
GND
GND
VINVIN5V TO 24V
COUT1220µF
2×
C522µF6.3V
L10.8µH
CIN10µF35V
3×
+
C610µF35V
+
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
CIN: TAIYO YUDEN GMK325BJ106MM-BCOUT: SANYO 10TPE220MLL1: CDEP85NP-R80MC-50C5: MURATA GRM31CR60J226KE19
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC
EXTVCC
44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGND
GND
VOUT
VOUT
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
SW
SW
SW
26
NC
27
SGND
28
BOOS
T
29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
INTVCC
INTVCC
54
INTV
CC
INTVCC
53
SVIN
VIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN
VIN
12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 F06
CF0.1µF25V
RF11ΩCVCC
4.7µF6.3V
C3
CON0.01µF
C40.01µF
C2C1
CB10.22µFDB
CMDSH-3
CSS0.1µF
VIN
RSS1510k
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
R19.5k1%
R230.1k1%
RVON0Ω
RPG1100k
RON182k1%
R531.84k
R30Ω
CC1470pF
CC2100pF
(OPTIONAL)
PCボードのレイアウトのチェックリストPCボードのレイアウトを行うときは、下に示されている2つの手法のどちらかに従ってください。簡単なPCボードのレイアウトには専用のグランド・プレーン層が必要です。さらに、高電流の場合、パワー部品の熱を逃がすのを助けるために多層基板を推奨します。
• グランド・プレーン層にはトレースがあってはならず、LTC3610の置かれている層にできるだけ近くします。
• CINとCOUTを全て一箇所に密集させ、LTC3610の近くに配置します。いくつかの部品は基板のボトム側に配置するとうまく配置できることがあります。
•小信号部品はLTC3610の近くに配置します。
• LTC3610のSGNDとPGNDを含むグランド接続は、グランド・プレーンに直結するビアを使って行います。パワー部品には大きなビアを複数使います。
• MOSFETの冷却力を改善し、EMIを低く抑えるためにスイッチ・ノード(SW)には小さなプレーンを使います。
• 十分な電圧フィルタリングを維持し、電力損失を低く抑えるため、VINとVOUTにはプレーンを使います。
• 全ての層の全ての未使用領域を銅で覆います。銅で覆うと電力部品の温度上昇が小さくなります。これらの銅領域はDCネット(VIN、VOUT、GNDまたはシステム内の他のDCレール)に接続します。
アプリケーション情報
LTC3610
183610ff
図7. LTC3610のレイアウト図
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
26
NC
27
SGND
28
BOOS
T
29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
SW
55
INTV
CC
54
INTV
CC
53
SVIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 F07
CIN
COUT
VOUT
CVCC
CBDB CSS
R1
RF
RON
R2
RCCC1
CC2
アプリケーション情報
グランド・プレーンなしでプリント基板をレイアウトするときは、コントローラの適切な動作を保証するため、次のチェックリストを使ってください。これらの項目は図7にも示されています。
• 信号グランドと電源グランドを分離します。全ての小信号部品は一点でSGNDピンに戻します。この一点はPGNDピンに接続します。
• 入力コンデンサCINはデバイスに近づけて接続します。このコンデンサはMOSFETのAC電流を担います。
• 高いdV/dTのSW、BOOSTおよびTGの各ノードは敏感な小信号ノードから離します。
• INTVCCデカップリング・コンデンサCVCCは、INTVCCピンおよびPGNDピンに近づけて接続します。
•トップ・ドライバ・ブースト・コンデンサCBは、BOOSTピンおよびSWピンに近づけて接続します。
• VINピンのデカップリング・コンデンサCFは、VINピンおよびPGNDピンに近づけて接続します。PGND)
LTC3610
193610ff
標準的応用例
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC
EXTVCC
44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGND
GND
VOUT1.5V AT
12A
VOUT
VOUT
GND
GND
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
SW
26
NC
27
SGND
28
BOOS
T
29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
INTVCC
INTVCC
54
INTV
CC
INTVCC
53
SVIN
VIN2 = 5V
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN
VIN
VIN 12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 TA02
COUT1220µF
2×
C522µF6.3V
L10.36µH
CF0.1µF25V
CIN10µF
3×
CVCC4.7µF6.3V
+
C610µF35V
+
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
CIN: TAIYO YUDEN TMK432BJ106MMCOUT1: SANYO 10TPE220MLL1: TOKO FDH1040-36MC5: TAIYO YUDEN JMK316BJ226ML-T
CVON
CON0.01µF
C40.01µF
C2C1
CB10.22µF
CSS0.1µF
VIN
RSS1510k
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
R120.43k1%
R230.1k1%
RVON
RPG1100k
RON113k1%
R511.15k
CC1470pF
CC2100pF
VIN3.3V
3.3V入力から1.5V/12A(750kHz)
LTC3610
203610ff
5V~24Vの入力から1.2V/12A(550kHz)
標準的応用例
VOUT1.2V AT
12A
GND
GND
VIN
COUT1220µF
2×
C522µF6.3V
L10.52µH
CIN10µF25V
3×
+
C610µF35V
+
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
C5: TAIYO YUDEN JMK316BJ226ML-TCIN: TAIYO YUDEN TMK432BJ106MMCOUT1: SANYO 10TPE220MLL1: WURTH 744310055
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC
EXTVCC
44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGNDSGND
GND
VOUT
VOUT
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
26
NC
27
SGND
28 29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
INTVCC
54
INTV
CC
INTVCC
53
SVIN
VIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN
VIN
12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 TA03
CF0.1µF25V
RF11ΩCVCC
4.7µF6.3V
CON0.01µF
C40.01µF
C2C1
DBCMDSH-3
CSS0.1µF
VIN
RSS1510k
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)R130k1%
R230.1k1%
RPG1100k
RON301k1%
R531.84k
CC1470pF
CC2100pF
CVON(OPTIONAL)
RVON
VIN5V TO 24V
SW BOOS
T
INTVCC
CB10.22µF
LTC3610
213610ff
標準的応用例5V~24Vの入力から1.8V/12A 全てセラミック(1MHz)
VOUT1.8V AT
12A
GND
VINVIN5V TO 24V
COUT100µF
2×
C522µF6.3V
L10.47µH
CIN10µF25V
3×
(OPTIONAL)
COUT: TAIYO YUDEN JMK325BJ107MYL1: TOKIN MPLC0730C5: TAIYO YUDEN JMK316BJ226ML-T
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC
EXTVCC
44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGND
GND
VOUT
VOUT
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
26
NC
27
SGND
28 29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
INTVCC
54
INTV
CC
INTVCC
53
SVIN
VIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN
VIN
12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 TA04
CF0.1µF25V
RF11ΩCVCC
4.7µF6.3V
CON0.01µF
C40.01µF
C2C1
DBCMDSH-3
CSS0.1µF
VIN
RSS1510k
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)R110k1%
R220k1%
RPG1100k
RON102k1%
R518.7k
CC1560pF
CC2100pF
CVON(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
RVONSW BOOS
T
INTVCC
CB10.22µF
LTC3610
223610ff
パッケージ
WPパッケージ
64ピン
QFNマルチパッド(
9mm×9
mm)
(Re
fere
nce
LTC
DWG
# 05
-08-
1812
Rev
A)
9.00
BSC
9.00
BSC
17
16
32
33
0.90
0.1
0
// c
cc C0.
20 R
EF
0.00
– 0
.05
0.30
– 0
.50
�WP6
4 QF
N RE
V A
0707
0.20
– 0
.30
NX b
65 0.08
C
aaa
C
aaa C
MA CB bbb
NX
A
B
2x
2x
3.30
1.19
49
48
5051
5253
5464
1
1.39
1.17
0.53
(2x)
1.92
2.01
3.06
4.10
3.30
0.30
(2x) 0.
95
3.50
0.87
3.60
0.50
1.81
2.04
2.98
3.99
4.53
65
3.85
1.42
PAD
1CO
RNER
0.30
– 0
.50
3.30
1.19
1.17
1.92
2.01
3.06
4.10
0.53
(2x)
1.39
3.30
0.30
(2x)
2.30
3.50
0.87
3.60
PIN
1
0.50
1.81
2.04
2.98
3.994.
53
0.20
– 0
.30
3.85
1.42
0.95
1.30
1.30
底面図
(底面のメタル部分の詳細)
シーティング・プレーン
パッド
1のコーナー
推奨半田パッド・レイアウト
上面図
NOTE:
1. 寸法と許容誤差は
ASM
E Y1
4.5M
-199
4に適合
2. 全ての寸法はミリメートル、角度は度(°)
3. Nは端子の総数
4. 端子
#1の位置の識別記号と端子の付番の表記法は
JE
DEC刊行の
95 S
PP-0
02に準拠
平坦度は端子および他の全ての表面メタル部分に適用される
寸法
bはメタル端子に適用され、端子の先端から
0.15
mm~
0.30
mmの間で測定される
記号
aaa
bbb
ccc
許容誤差
0.15
0.10
0.10
上面図
LTC3610
233610ff
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。
改訂履歴 (Rev Fよりスタート)
REV 日付 概要 ページ番号F 07/10 Iグレード・バージョンを追加、データシート全体に反映 1~24
LTC3610
243610ff
LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2007
LT 0710 REV F • PRINTED IN JAPAN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8FTEL 03-5226-7291● FAX 03-5226-0268 ● www.linear-tech.co.jp
VOUT12V AT
5A
GND
GND
VINVIN14V TO 24V
COUT180µF
16V
C522µF25V
L15.7µH
CIN10µF25V
3×
+
C610µF35V
+
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
CIN: TAIYO YUDEN TMK432BJ106MMCOUT: SANYO 16SVP180MXL1: SUMIDA CDEP1055R7
LTC3610
SGND48
SGND47
SGND46
SGND45
EXTVCC
EXTVCC
44
VFB43
SGND42
ION41
SGND40
FCB39
ITH38
VRNG37
PGOOD36
VON35
SGND34
SGND
GND
INTVCC
VOUT
33
PVIN
17
PVIN
18
PVIN
19
PVIN
20
PVIN
21
PVIN
22
PVIN
23
PVIN
24
PVIN
25
SW
26 27
SGND
28 29
RUN/
SS
30
SGND
31
SGND
32
PGND
64
PGND
63
PGND
62
PGND
61
PGND
60
PGND
59
PGND
58
PGND
57
PGND
56
SW
55
INTV
CC
INTVCC
54
INTV
CC
INTVCC
53
SVIN
VIN
52
SVIN
51
SGND
50
SGND
49
PGND1
PGND2
PGND3
SW4
SW5
SW6
SW7
SW8
SW9
SW10
SW11
PVIN
VIN
12
PVIN13
PVIN14
PVIN15
PVIN16
3610 TA05
CF0.1µF25V
RF11Ω
CVCC4.7µF6.3V
CON0.01µF
C40.01µF
C2C1
RUN/SS
CSS0.1µF
VIN
RSS1510k
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
R11.58k1%
R230.1k1%
RPG1100k
RON1M1%
R520k
CC1560pF
CC2100pF
(OPTIONAL)
CVON(OPTIONAL)
(OPTIONAL)
RVONNC
DBCMDSH-3
SW BOOS
T
INTVCC
CB10.22µF
標準的応用例14V~24Vの入力から12V/5(500kHz)
関連製品製品番号 説明 注釈LTC1778 No RSENSE電流モード同期整流式降圧コントローラ 効率:最大97%、VIN:4V~36V、0.8V ≤ VOUT ≤ (0.9)(VIN)、
IOUT:最大20ALTC3411 1.25A(IOUT)、4MHz同期整流式降圧
DC/DCコンバータ効率:95%、VIN:2.5V~5.5V、VOUT:0.8V、IQ:60μA、 ISD: < 1μA、MSパッケージ
LTC3412 2.5A(IOUT)、4MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ
効率:95%、VIN:2.5V~5.5V、VOUT(MIN):0.8V、IQ:60mA、 ISD: < 1mA、TSSOP16E
LTC3414 4A(IOUT)、4MHz同期整流式降圧DC/DCコンバータ 効率:95%、VIN:2.25V~5.5V、VOUT(MIN) = 0.8V、IQ = 64μA、 ISD: < 1μA、TSSOP20Eパッケージ
LTC3418 8A(IOUT)、4MHz同期整流式降圧DC/DCコンバータ 効率:95%、VIN:2.25V~5.5V、VOUT(MIN) = 0.8V、 熱特性が改善された38ピンQFNパッケージ
LTC3770 マージニング、トラッキングおよびPLL付き、高速、 No RSENSE降圧同期整流式コントローラ
±0.67%精度の0.6Vリファレンス電圧;プログラム可能なマージニング; 真の電流モード;4V ≤ VIN ≤ 32V
LTC3778 低VOUT、No RSENSE同期整流式降圧コントローラ 0.6V ≤ VOUT ≤ (0.9)VIN、4V ≤ VIN ≤ 36V、IOUT:最大20A LT3800 60V同期整流式降圧コントローラ 電流モード、出力スルーレート制御LTM4600HV 10Aの完全なスイッチ・モード電源 効率:92%、VIN:4.5V~28V、VOUT:0.6V、真の電流モード制御、
超高速過渡応答LTM4601HV 12Aの完全なスイッチ・モード電源 効率:92%、VIN:4.5V~28V、VOUT:0.6V、真の電流モード制御、
超高速過渡応答LTM4602HV 6Aの完全なスイッチ・モード電源 効率:92%、VIN:4.5V~28V、VOUT:0.6V、真の電流モード制御、
超高速過渡応答LTM4603HV 6Aの完全なスイッチ・モード電源 効率:93%、VIN:4.5V~28V、PLL、出力トラッキング
およびマージニング付き