Download pdf - KEC [PW/IC] 상품기획부 · PDF file · 2010-01-25Regulator IC 는동작중에(V IN ... Output Voltage (V) Voltage Regulator Line-up (G/P) First & Best [PW / IC] Strategic Marketing

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1[PW / IC] Strategic Marketing Dept. 1/37

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Regulator IC

2009. 05. 18.2009. 05. 18.KEC [PW/IC] KEC [PW/IC] 상품기획부상품기획부

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First & BestFirst & Best목 차

Power Management IC

Ⅰ. Linear Regulator1) 동작 원리

2) 특성 비교

3) Bipolar vs. MOS 비교

4) CMOS LDO

Ⅱ. Switching Regulator1) Buck converter 원리

Ⅲ. Electrical Characteristics (KIA7805)1) Protection Function

2) Thermal Consideration

3) Capacitor Tip

• KEC Power Management IC 소개

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Power Management

Linear Regulator

Switching Regulator

G.P Regulator

LDO Regulator

Quasi Regulator

Shunt Regulator

Inductorless

Inductor Based

External FET

Integrated FET

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Linear Regulator

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[ Linear Regulator IC ][ Linear Regulator IC ]1) Regulator회로는 불규칙한 입력 전압 및 높은 입력 전압에 대해 Set의 일반회로에서 요구하는

전원 전압을 안정하게 공급해 주는 회로를 말하며, 이를 집적화하여 제품화 한 것을 Regulator

IC라고 말한다.

2) 일반적으로 1.5V∼24V의 고정된 출력 전압을 가지는 고정형고정형과, 외부 정수로 출력 전압을

임의적으로 변경할 수 있는 가변형가변형이 있다.

3) 응용 분야는 C-MOS, TTL등의 Digital IC의 전원 및 일반적인 Linear 회로의 안정된 전원을

요구하는 모든 System에 적용된다.

특징

• 외부회로가 적고, 간단한 구성으로 Regulator IC를 사용할 수 있다.

• 자체적으로 발생하는 Noise가 없어 리플이 없는 전압을 요구하는 부하에 최적이다.

• 입출력전압의 차가 클 경우, 변환효율이 떨어지고 발열에 대해 방열대책이 필요하다.

Linear Regulator란?

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• Vout 증가 → VR3증가 → Error amp 출력(-) → Q1의 IB1 감소 → Q2의 IB2 감소 → IL감소 → Vout 감소

• Vout 감소 → VR3감소 → Error amp 출력(+) → Q1의 IB1 증가 → Q2의 IB2 증가 → IL증가 → Vout 증가

• 출력전압의 변화는 R2와 R3로 구성된 전압

분배기를 통해 Error AMP의 반전 입력 단에

VR3이 입력,

• 고정된 기준 Vref 와 비교를 통해 Q1의 IB1제어

→ Q2의 IB2 제어 → IC제어 → Vout 안정화시킴

Error AMP

+

-

OUTRL

R2

R3

Vin

0

Q1

Q2

D1

Vout

Vref

IC

IL

Pass TR

OUTR VRR

RV32

33

+=VR3

[ [ 일반적인일반적인 Linear RegulatorLinear Regulator의의 내부내부 구성구성 ]]

동작 원리

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STD REG : KIA7805APILDO REG : KIA78R05PI

2 [W]=1 [A]×2 [V]0.5 [W]= 1 [A]×0.5 [V]PD= [(VIN-VOUT)IOUT]+(VIN×IGND)

Condition : VOUT = 5 [V], IOUT =1 [A] Power Dissipation

[ Output Power Transistor [ Output Power Transistor 에에 의한의한 구분구분 (V(VDD : Dropout Voltage) ]: Dropout Voltage) ]

[ Regulator[ Regulator의의 Power Dissipation ]Power Dissipation ] LDO Regulator : PD가 작아 열적으로 우수함

VD = 2VBE + PNP Sat

≒ 1.7 ~ 2.5V

VD = VBE + PNP Sat

≒ 0.9 ~ 1.5V

VD = PNP Sat

≒ 0.1 ~ 0.7V

특성 비교 (1)

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[ Type[ Type별별 Output Voltage Output Voltage 안정화안정화 특성특성 비교비교 ]]

1) 출력 전압 안정화 지점 : VIN = VOUT ＋ VD

가) LDO General Type (KIA78R05PI) : 5V ＋ 0.3V (VD 항목) = 5.3V 나) Quasi Type (KIA1117PI50) : 5V ＋ 1.1V (VD 항목) = 6.1V 다) General Type (KIA7805API) : 5V ＋ 2.0V (VD 항목) = 7.0V

2) 열적인 측면 및 전압 안정화 측면에서 ①LDO ②Quasi ③General Type 순으로 우수하다

특성 비교 (2)

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[ Power Tr.[ Power Tr.의의 공정공정 차이차이 ]]

Bipolar vs. CMOS

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1. Bipolar LDO 보다 소비전류가 적다 CMOS 프로세스는 전압구동소자

(KIC3201S/T-xx : Typ. 8uA, KIC3210T-xx : 0.2uA (at shutdown)

대기상태를 가진 기기에 사용 : 전자기기의 스탠바이 상태나 Portable 기기의 대기상태 등에서

저 소비전력화를 기대할 수 있다.

컬렉터

베이스

이미터

베이스 전류

출력전류게이트

드레인

소스

출력전류베이스에 전류를 흘림으로써 이미터와 컬렉터사이에전류가 흐르게 된다. 출력전류를 얻기 위해서는 베이스 전류를 계속 흘려야 한다.

게이트에 전압을 인가함으로써 소스와 드레인사이에 전류가 흐르게된다. 게이트로의 전하 차지 후에는On시키기 위한 전류를 필요로 하지않는다.

2. Low dropout voltage 가능 P채널 MOSFET 의 저 포화 출력 특징

작은 입출력 전압차에서도 동작하기 때문에 열 손실을 억제하면서 전류를 흘릴 수 있다. 배터리의 장시간화 가능

(휴대전화 / PDA / DSC / 노트북 PC 등)

3. 출력 전압이 정밀하다 레이저 트리밍 기술에 의해 전압설정 용이함 (0.05V /0.1V Step 제품 가능)

[ CMOS LDO[ CMOS LDO의의 특징특징]]

CMOS LDO

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Switching Regulator

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[ Switching Regulator IC ][ Switching Regulator IC ]Switching Regulator는 입력된 에너지를 자기 에너지로 변환한 후, 다시 전기에너지로 변환하여

발열이 적고 고효율인 전압 변환을 할 수 있는 IC 이다.

Vref

OSC

Error AMP

Comparator

SWControl

[ Switching Regulator[ Switching Regulator의의 내부내부 구성구성 ]]

부하전류의 증감 출력전압 변화 Error AMP의 Vref와 차이 증폭 PWM제어

Duty비 제어 & Inductor 전류 제어

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+

Vin

_

Cin

+

VD

_

Lo

iL +

Vo

_

Co Ro

VDVO

iLL

Vin

LVV oin −

LVo−

LVo−

+

Vin

_

Cin

+

VD

_

Lo

iL +

Vo

_

Co Ro

isw

Switch ONSwitch OFF

[ Buck Converter ][ Buck Converter ]

동작 원리

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Vin - Vout

L× T(on)

Vout

L× T(off)

Switch ON동안의 Inductor 전류

Switch OFF동안의 Inductor 전류

Vin - Vout

L× T(on)

Vout

L× T(off)＝ Inductor전류의 증감이 같아지는 시점

Vout

Iout

VD

iL

Vout

Vin

T(on)

T(on) + T(off)＝

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Electrical CharacteristicsDescription

(KIA7805 / G.P Regulator)

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최대로 인가할 수 있는 입력 전압

제품이 견딜 수 있는 최대 전력 손실

안전동작을 위한 Junction 온도 범위

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주어진 입력전압 및 부하조건에서 출력되어야 하는 전압 범위를 의미

입력전압의 변동에 따른 출력전압의 변동량을 의미 (mV 및 %로 표시)

부하 변동에 따른 출력전압의 변동량을 의미 (mV 및 %로 표시)

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회로가 정상 동작하기 위해 필요한 Bias 전류를 의미

입력전압 및 부하 변동에 따른 Bias전류 변동량을 의미

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정상적인 출력전압을 얻기 위한 입력과 출력전압의 차를 의미

출력이 GND와 Short 되었을 때(비정상적인 조건), 출력으로 흐르는 전류를 의미

IOUT

VOUT

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Device 자체에서 생성된 Noise 의 절대값.

PSRR : 입력에 존재하는 AC 저주파 Noise가 출력으로 얼마나 감소가 되어 나오는 지를 나타내는 항목.

Ex.) PSRR = 60dB 이면, 입력에 10mV 의 AC Noise가 존재할 시, 출력에서 10uV로 감쇠되도록 Filtering

역할을 한다. (1000배 감소), 78dB 정도이므로 약 10,000배 가까이 Filtering 된다.

PSRRVOUTPUTRipple

VINPUT Ripple= 20 log

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[ [ 과전류과전류 보호회로보호회로 ]]최대전류 이상의 출력전류가 흐를 때, 그 용량을 제한하여 IC가 파괴되는 것을 보호하는 회로

IOUT

VOUT

[ [ 온도온도 보호회로보호회로 ]]IC Chip의 온도가 설정된 이상 되면, 출력을 Off하여 열에 의해 IC가 파괴되지 않도록 보호하는 회로

Tj

VOUT

150℃

Protection Function

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[ [ 과전압과전압 보호회로보호회로 ]]입력전압이 설정된 전압 이상 인가되었을 경우, 과전압에 의해 IC가 파괴되는 것을 보호하는 회로

VIN

VOUT

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[ Regulator IC[ Regulator IC의의 열열 관리관리 ]]Regulator IC는 동작 중에 (VIN – VOUT) × IOUT 의 에너지가 열이 된다.

설계 시 항상 이러한 IC의 자체 손실 전력(PD)을 고려하여야 하며, Junction온도를 기준으로

방열 설계가 필요하다.

PD는 아래 식으로 계산할 수 있다.

PD = [(VIN – VOUT) × IOUT ] + (VIN × IGND)

Junction 온도는 IC 단품의 PD에 의해 결정된다. ( Tj (max) =150℃ 를 기준으로 함.)

Junction온도는 Application회로 조건 및 주위온도, Heatsink 에 의해 달라진다.

PD = [TJ(MAX) – TA(MAX)] / RTH(J-A)

상기 계산식에 의해 TJ(MAX) 를 계산하여 추정할 수 있다.

계산된 TJ(MAX) 값이 150℃ 를 기준으로 20% 내의 Margin을 갖도록 설계하는 것이 안정하다.

Thermal Consideration

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(1) θJ-C : Junction-Case間 Thermal Resistance. (2) θC-A : Case-Ambient間 Thermal Resistance. (3) θC-HS : Case-Heat Sink間 Thermal Resistance. (4) θHS : Heat Sink Thermal Resistance.

78

θC-A

0.5

θC-HS

84

θJ-AθJ-C

6

Thermal Resistance (℃/W)

KIA7805API (1A)

ITEM

KIA7805API 열 저항 발표치

[ Regulator IC[ Regulator IC의의 열저항열저항 등가회로등가회로 ]]

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(ΘC-A ＋ ΘC-HS ＋ ΘHS)

(ΘC-A) × (ΘC-HS ＋ ΘHS) ΘTOTAL = ΘJ-C ＋

[℃/W]78 ＋ ΘHS

(78 × ΘHS) ΘTOTAL = 6＋

[℃/W]PD

TJ(MAX) – TA(MAX)ΘTOTAL =

1. 전체 열 저항은 등가회로를 이용하여 다음과 같이 계산되어질 수 있다.

2. 전체 열 저항을 Junction 온도와 PD 로 나타낼 수 있다.

---- Eq. (1)

---- Eq. (2)

[ Heatsink Size [ Heatsink Size 산출산출 예예 ]]

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- Vin=10V, Vout=5V, Io=1A.- Ta (max) = 50℃ (주위온도를 50℃미만에서 사용한다고 가정)- Tj (max)=150℃

상기 조건에서, Power dissipation 은 아래와 같다.- PD = (Vin - Vout) ×Iout = (10V – 5V) × 1A = 5W

Equation (2)를 사용하여 대입하면,50℃ + (5W × ΘTOTAL) ＜ 150℃

ΘTOTAL ＜ 20 ℃/W

다시 ΘTOTAL 을 Equation (1)에 대입하여 ΘHS 를 구한다.

ΘHS = 17.06 ℃/W

3. Heatsink size 를 계산하기 위해 다음과 같은 조건을 예로 들면,

KIA7805API의Maximum Junction 온도는 150℃

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Heat sink size Graph

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[ Input / Output Capacitor 설정]

Regulator의 내부회로에는 높은 Gain (70~80dB) 의 OP AMP가 있어 부귀환 동작을 하게 된다.

이 때, 부귀환 System을 안정화 시키기 위해 (발진 방지) Output 단자에 전해Capacitor를

추가한다.

LDO Regulator의 경우 ESR 이 낮은 전해 Capacitor가 Regulator를 안정화시키는데 유리하다.

일반적으로 KEC의 Regulator는 COUT 10uF이상 (4단자 LDO : 47uF이상) 을 추가하여 Noise

및 발진을 방지한다.

<기본 Application 회로>

Capacitor Selection

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Power Management ICProducts Guide

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SOT-89 TO-92 TO-92L DPAK TO-126 TO-220IS

KIA79MxxPIKIA79MxxTKIA79MxxF1.1-350.5

KIA79LxxF

KIA78LxxF

SOT-89

KIA79SxxP

KIA78SxxP

TO-92

KIA79LxxBP

KIA78LxxBP

TO-92L

KIA78MxxPIKIA78MxxTKIA78MxxF2350.5

1

0.15A

1

0.15

IOUT

(A)

1.735

Positive

1.7-35

Negative

KIA79xxT

TO-126

KIA79xxPIKIA79xxF2-35

KIA317PI-40

2

VD

(V)

24201815

35

VIN

(MA

X)

10 129

KIA78xxAPI

TO-220IS

KIA78xxAF

DPAK

865

AD

J

polarityOutput Voltage (V)

Voltage Regulator Line-up (G/P)

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SOT-223 D-PAK D-PAK-5 D2PAK-5 TO-220IS TO-220IS-4 TO-220IS-5

1

0.5

3.0

KIA278RxxxP5(TO-220IS-5)

○0.510

KIA578RxxxFP

KIA378RxxxFP

KIA278RxxxFP

D2PAK-5

KIA78DMxxxPIKIA78DMxxxFKIA78DMxxx

S-0.316

KIA78RMxxxPIKIA78RMxxxF○0.316

KIA578RxxxPI○0.575

KIA378RxxxPI○0.57

KIA278RxxxPI○0.515

KIA378RxxPI○0.5353

1.5

KIA278RxxPI○0.535

2

KIA78RxxxPIKIA78RxxxF

KIA78RxxxZF○0.316

KIA78DxxxPIKIA78DxxxFKIA78DxxxS-0.316

KIA78RxxPIKIA78RxxF○0.535

KIA78DxxPIKIA78DxxF-0.535

Enable

VD

(V)

15

VIN

(MA

X)

10 129

TO-220IS-4TO-220ISDPAK-5DPAK

8653.53.32.82.52.01.8

AD

J

I(A) SOT-223Output Voltage (V)

Voltage Regulator Line-up (Low Dropout)

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First & BestFirst & BestVoltage Regulator Line-up (1A∼5A Quasi-LDO)

5

3

1.51.2

Output Voltage (V)

5.0

KIA1117APIxxKIA1117AFxxKIA1117ASxx2%1.110

KIA1112FKIA1112S2%1.1101

*KIA1084PIxx

*KIA1085PIxx

*KIA1086PIxx

KIA1578QxxxPI

TO-220IS

Adj.

*KIA1084FPxx*KIA1084Fxx2%1.310



2%

VO

UT (Tor.)

1.3

VD

(V)

10

VIN

(MA

X)

KIA1578QxxFP

D2PAK

KIA1578QxxF

DPAK

3.32.852.51.8

1.5

IOUT

(A)SOT-223

SOT-223 D-PAK D2PAK TO-220IS

* Under development

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TSV

2.9X1.6X0.7

TSM

2.9X1.6X0.7

SOT-89

4.7X2.5X1.7

CMOS’09.06SON1612-61.2~4V(0.1V Step), Tolerance=1%0.15A6V* KIC3211SN-xx

CMOS’09.06TSV1.2~4V(0.1V Step), Tolerance=1%0.2A6V* KIC3211T-xx

12V

12V

6V

Max VIN

OK

OK

OK

MP

CMOS

CMOS

CMOS

Type

TSV1.8~3.5V(0.1V Step), 2.75/2.85V

Tolerance=1%0.15AKIC3210T-xxx

SOT-891.2~6.0V (0.05V Step), Tolerance=2%0.4AKIC3201S-xx

TSM1.2~6.0V(0.05V Step), Tolerance=2%0.4AKIC3201T-xx

PackageVOUTIOUTPart No.

Voltage Regulator Line-up (C-MOS LDO)

SON1612-6

1.2X1.6X0.6

* Under development

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First & BestFirst & BestShunt-Regulator Line-up

KIA431BM/BM2

KIA431AM/AM2

KIA431M/M2

SOT-23

1.24

1.24

1.24

2.495

2.495

2.495

Vref (V)

KIA431BF

KIA431AF

KIA431F

SOT-89

* KIA2431BS

KIA2431AS

KIA2431S

KIA431BS

KIA431AS

KIA431S

TSM

* KIA2431BP

KIA2431AT

KIA2431T

TSV

KIA2431P± 1.55016

50

50

-100~150

-100~150

-100~150

IK (㎃)

16

37

37

16

37

VKA (V)

* KIA2431BP

KIA2431AP

KIA431B

KIA431A

KIA431

TO-92

± 0.5

± 0.5

± 1.0

± 1.0

± 2.2

Tolerance (%)

TSV2.9X1.6X0.7

TSM2.9X1.6X0.7

SOT-894.7X2.5X1.7

TO-924.8X4.7X3.7

SOT-232.93X1.3X1.0

* Under development

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First & BestFirst & BestDC-DC Converter Line-up

’09. 10PSOP-8600KHzAdj. (Min. 0.8V)3A24V* KAB3426F

’09. 5TDFN62MHzAdj. (Min. 0.8V)1.5A5.5V* KAC3424DN

40V

40V

Max

VIN

OKD2PAK-552KHzAdj/3.3/5/12V3AKIA2576FPxx

52KHz

fSW

OKTO-220IS-5Adj/3.3/5/12V3AKIA2576PIxx

MPPackageVOUTIOUTPart No.

DPAK-5 D2PAK-5 TO-220IS-5 PSOP-8

* Under development

First & Best


First & BestFirst & BestOP & Comparator Line-up

TSV1.3㎲2 / 7㎷36VKIA75S393F

US-81 ㎒2 / 7㎷12VKIA358AFK

1.3㎲

1.3㎲

1.3㎲

3 ㎒

1 ㎒

5 ㎒

3 ㎒

1 ㎒

1 ㎒

1 ㎒

fT (㎒) /Trsp(㎲)(Typ)

FLP-14/DIP-142 / 7㎷36VKIA324F/P

FLP-14/DIP-142 / 7㎷36VKIA339F/P

FLP-81 / 5㎷32VLM393F

KIA393F/P

KIA75S558F

KIA75S358F

KIA4559F/P

KIA4558F/P

LM358F

KIA358F/P

Part No.

36V

36V

36V

36V

36V

32V

36V

VCC(Max)

TSV0.5 / 6㎷

FLP-8/DIP-80.5 / 6㎷

FLP-82.9 / 7 ㎷

FLP-8/DIP-82 / 5㎷

Comparator

TSV2 / 7㎷

FLP-8/DIP-80.5 / 6㎷

FLP-8/DIP-82 / 7 ㎷

OP-AMP

PackageVIO

(Typ / Max)Type

DIP-89.6X6.45X3.8

FLP-148.66X6.0X1.63

DIP-1419.3X6.45X3.8

TSV2.9X1.6X0.7

FLP-84.9X3.9X1.6

US-82.0X2.3X0.7

First & Best



THANK YOU