データシート

[AP2403]
AP2403
Current-Mode PWM Step-Down DC-DC Converter
1.
概
要
AP2403は過渡負荷応答特性に優れた電流モード制御の同期整流PWM制御降圧DC-DCコンバータです。
出力電圧は外部抵抗で 0.8V～5.0Vの範囲を設定できます。入力電圧範囲は 3.0V～5.5Vで、1.0V、1.2V、
1.8Vなどを生成するのに最適です。パワーMOSFETを内蔵し、最大出力電流 2.5Aを供給可能です。駆
動周波数は外付けの抵抗により 300kHz～4MHzの範囲で設定されます。保護機能として出力過電流保
護、低入力電圧保護、過熱保護、パワーグッド機能を搭載しています。
2.
特
1.
入力電圧範囲 :
Vin = 3.0V～5.5V
2.
出力電圧範囲 :
Vout = 0.8V～5.0V
長
（外部抵抗により可変）
3.
最大出力電流 :
Iout(max) = 2.5A
4.
動作温度範囲 :
Ta = 40C ～105C
5.
駆動周波数：
f = 300kHz ～ 4MHz
http://akm.transim.com/
（外部抵抗により可変、外部同期対応）
6.
内部基準電圧精度：
0.6V ±1.5％
7.
最大デューティ：
100%
8.
低入力電圧保護
9.
パワーグッド機能搭載
10. 自動復帰型過電流保護機能搭載
11. 過熱保護機能
12. ソフトスタート機能搭載
13. パッケージ：
16-pin HTSSOP
MS1528-J-02
2014/01
-1-
[AP2403]
3.
目
次
1.
概
要 ............................................................................................................................................................... 1
2.
特
長 ............................................................................................................................................................... 1
3.
目
次 ............................................................................................................................................................... 2
4.
ブロック図 ....................................................................................................................................................... 3
5.
ピン配置と機能説明 ....................................................................................................................................... 4
■ オーダリングガイド ..................................................................................................................................... 4
■ ピン配置図 ..................................................................................................................................................... 4
■ 機能説明 ......................................................................................................................................................... 4
6.
絶対最大定格 ................................................................................................................................................... 6
7.
推奨動作条件 ................................................................................................................................................... 6
8.
電気的特性 ....................................................................................................................................................... 7
9.
機能説明 ........................................................................................................................................................... 8
■ 起動タイミングチャート ........................................................................................................................... 10
■ 過電流保護タイミングチャート ............................................................................................................... 11
■ 外部同期タイミングチャート ................................................................................................................... 12
10. アプリケーション情報 ................................................................................................................................. 13
11. 外部接続回路例 ............................................................................................................................................. 15
12. 推奨レイアウトパターン ............................................................................................................................. 16
13. パッケージ ..................................................................................................................................................... 17
■ 外形寸法図 ................................................................................................................................................... 17
■ マーキング ................................................................................................................................................... 18
14. 改訂履歴 ......................................................................................................................................................... 19
重要な注意事項 ..................................................................................................................................................... 20
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[AP2403]
ブロック図
4.
RT
AP2403
FSYN
VIN
VIN
UVLO
OSC
BGR
&
VREF
20uA
+
-
SS
V1P0_BUFF
CURR_
MONI
VSEN
V1P0_BUFF
PWM_comp
+
-
ERRAMP
1.4V OCL_comp
+
+
-
1V
DRIVER
CC
LOGIC
IRAMP
PGATE
SW
NGATE
0.78V OVP_comp
+
-
BACK
_OCL
FB_
MONI
FB
PWGD
PWON
_LVS
PWON
SGND
PGND
Figure 1. ブロック図
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[AP2403]
5.
ピン配置と機能説明
■ オーダリングガイド
AP2403
-40°C to 105°C
16-pin HTSSOP
■ ピン配置図
Figure 2. ピン配置図
■ 機能説明
No.
Pin Name
I/O
1
PWGD
O
2
FSYN
I
3
PWON
I
4
RT
O
5
SGND
Function
パワーグッド出力端子です。ロジック出力となっており出力
電圧が設定値 ±20％の範囲に入るとVoutレベルの “H”信号を
出力します。
外部同期信号入力端子です。RT端子で設定された周波数に対
して ±20%の範囲での外部同期信号に同期します。
Condition (Note 1)
GND
VIN 端子に300kΩ
でプルアップ
パワーオン端子です。1.5V以上の電圧印加で起動開始します。
周波数設定端子
HiZ (GND間に外
部抵抗有り)
グラウンド端子
6
SS
O
7
CC
O
-
ソフトスタート端子です。GND間に 0.047μF以上のコンデン
サを接続してください。起動時に外部コンデンサを充電しソ
フトスタート動作を行います。また、過電流保護時は外部コ
ンデンサを放電し、ヒカップ動作の休止時間を生成します。
GND
エラーアンプの出力端子です。CC端子とSS端子間に抵抗とコ
ンデンサを並列接続し、エラーアンプの位相補償を行います。 GND
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[AP2403]
8
FB
9
VIN
10
SW
11
SW
12
I
出力フィードバックアンプ（エラーアンプ）の入力端子です。
この端子電圧が 0.6V になるように出力電圧を制御します。
HiZ (GND間に外
フィードバック抵抗を出力電圧部とGND間にシリーズで挿入
部抵抗有り)
し、この中点をFB端子へ接続してください。
主電源電圧入力端子です。VIN-GND間に4.7μF以上のバイパス
コンデンサを接続してください。
-
O
スイッチングノード端子です。内蔵出力MOSのN ch MOSFET
とP ch MOSFETの中点です。
HiZ
O
スイッチングノード端子です。内蔵出力MOSのN ch MOSFET
とP ch MOSFETの中点です。
HiZ
PGND
グランド端子
-
13
PGND
グランド端子
-
14
SW
O
スイッチングノード端子です。内蔵出力MOSのN ch MOSFET
とP ch MOSFETの中点です。
HiZ
15
SW
O
スイッチングノード端子です。内蔵出力MOSのN ch MOSFET
とP ch MOSFETの中点です。
HiZ
16
VIN
主電源電圧入力端子です。VIN-GND間に4.7μF以上のバイパス
コンデンサを接続してください。
-
Note 1. PWON pin = “L” 時の端子状態
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[AP2403]
6.
絶対最大定格
(GND=0V: Note 2)
Parameter
Symbol
min
max
Unit
Vin
VSW
VIND
Tj1
Tj2
Ta
TSTG
0.3
0.3
0.3
40
40
40
40
6.0
Vin + 0.3
Vin
150
135
105
150
V
V
V
C
C
C
C
VIN端子電圧
SW端子電圧
SW，VIN以外の端子電圧
接合部温度
(Note 4)
接合部温度 (寿命保証)
動作時周囲温度
保存温度
許容損失(Ta=25C)
(Note 3)
PD
2750
Note 2. 電圧は全てGND端子に対する値です。
Note 3. PKGの熱抵抗 (Rth): 40C/W（JEDEC51準拠の 4層基板）
Note 4. Tj=135Cを超えた動作が継続すると、デバイスの信頼性を損なう恐れがあります。
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。
7.
推奨動作条件
Symbol
min
typ
max
(GND=0V)
Unit
VIN端子電圧
Vin
3.0

5.5
V
出力電流範囲
Iout
0

2.5
A
動作周囲温度
Ta
40

105
C
Parameter
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。
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[AP2403]
8.
電気的特性
特記無き場合は、VIN=5.0V、Tj=40C～135C
Parameter
電源電圧範囲
フィードバック基準電圧
動作時消費電流
(スイッチング停止)
シャットダウン電流
ロードレギュレーション (Note 5)
出力PMOSのON抵抗
出力NMOSのON抵抗
過電流検出電流
発振周波数設定範囲
Symbol
min
typ
max
Unit
Condition
Vin
VFBref
3.0
591
600
5.5
609
V
mV
Tj=25°C
ISUPPLY
0.48
0.8
1.12
mA
Tj=25°C
Istandby
-
-
10
A
VLOAD
-
1
-
%
Rpmos
Rnmos
Ioclpeak
Fosc
-
65
65
mΩ
mΩ
3.15
300
4.5
-
100
100
4000
A
kHz
Fext300
240
-
360
kHz
Fext2000
1600
-
2400
kHz
Facu
20
0
20
%
Tj=25°C
0A～2A,
Ta = -40°C～105°C
Tj=25°C
Tj=25°C
Tj=25°C
RT=702kΩ～47kΩ
RT=702kΩ (300kHz
設定時)
RT=100kΩ(2MHz設
定時)
RT=100kΩ(2MHz設
定時)、Tj=25°C
MAXDut
y
Vuvlo
Vuvlorel
Vuvhys
Vovp
-
-
100
%
2.30
2.35
0.05
+26
2.50
2.70
0.20
+30
2.85
2.90
0.50
+34
V
V
V
%
Iss+
18.0
20.0
22.0
A
Iss-
0.70
1.0
1.30
A
Tsd
Tsdhys
Vpgonh
Vpgoffh
Vpgonl
Vpgoffl
Vpghys
Vponl
Vponh
Vponhys
Gm
135
5
+16
+21
16
21
3
1.5
50
360
155
15
+20
+25
20
25
5
100
500
185
25
+24
+29
24
29
7
0.4
150
730
VEih
VEil
VPoh
VPol
0.7*VIN
VIN0.4
-
-
0.3*VIN
0.4
C
C
%
%
%
%
%
V
V
mV
A/
V
V
V
V
V
FSYN入力周波数範囲
発振周波数精度
最大デューティ幅 (Note 5)
UVLO検出電圧
UVLO解除電圧
UVLO ヒス幅
出力過電圧検出
ソフトスタートコンデンサ
充電電流
ソフトスタートコンデンサ放電電流
過熱保護開始温度(Note 6)
過熱保護ヒステリシス幅 (Note 6)
上側パワーグッド判定検出
上側パワーグッド判定解除
下側パワーグッド判定検出
下側パワーグッド判定解除
パワーグッドヒス幅
パワーオフスレッショルド
パワーオンスレッショルド
パワーオンヒス幅
エラーAMPのGm値
FSYN入力端子閾値電圧
PWGD出力端子電圧
VFBrefに対して
Css=0V → 1.0V 上
昇時,Tj=25°C
Css=1.0V → 0.40V
下降時Tj=25°C
(ヒカップ動作)
VFBrefに対して
VFBrefに対して
VFBrefに対して
VFBrefに対して
Tj=25C
Tj=25C
Tj=25C
Ipoh=100A
Ipol=100A
Note 5. 推奨回路を用いた場合の参考値
Note 6. 設計保証値
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[AP2403]
9.
機能説明
1. シャットダウン
主電源電圧(VIN)が印加されていてもPWON端子への信号入力が Loの場合はシャットダウン状態とな
っています。PWON端子へ Hi信号を入力すると起動開始となりソフトスタート動作へ移行します。
2. ソフトスタート動作
ソフトスタートは起動時に出力電圧のオーバーシュートを防ぐため、緩やかに出力電圧を上昇させま
す。SS端子に接続されたソフトスタートコンデンサを20Aの定電流によって0Vから1.0Vに充電する期
間がソフトスタートとなります。ソフトスタート中はSS端子電圧に応じて過電圧制限をリニアに変化さ
せ、出力電圧上昇を制限します。過電流制限はソフトスタート開始時50%（2.25Atyp）で固定していま
す。SS端子電圧が上昇し、0.5Vに到達すると1.0Vまでの期間はリニアに変化します。ソフトスタートが
完了するとPWM制御へ移行します。
3. 定電圧動作
AP2403は電流モードPWM制御方式で動作します。FB端子と0.6Vフィードバック基準電圧の電位差をFB
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。内蔵 Pch 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。オン期間のインダクタ電流が目標値に達すると、内蔵 Pch
MOSFETがオフ、内蔵 Nch MOSFETがオンとなり同期整流動作を行います。
4. 電源電圧監視回路 (UVLO)
主電源電圧が低下してV5が2.5Vを下回るとUVLO状態となり全てのブロックを停止させます。UVLOは
ヒステリシスを有し、再び主電源電圧が上昇し2.5V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。
5. 出力過電圧保護 (OVP)
出力電圧が設定出力電圧の+30%以上になると内蔵 PchMOSFET、内蔵 NchMOSFETをオフさせて保護
を掛けます。FBアンプによる内蔵 PchMOSFETのオン指令まで、この状態は継続されます。出力過電圧
保護からの復帰は通常動作となっており、ソフトスタートへは移行しません。
6. ヒカップ型出力過電流制限 (OCL)
AP2403の出力電流制限はヒカップ動作により過電流状態の出力電圧・出力電流を低減させます。過電流
状態を検出すると内蔵 PchMOSFET、内蔵 NchMOSFETをオフさせ、1.0Vとなっている SS端子電圧を
0.4Vまで1.0Aの定電流で放電します。このSS端子放電期間中はソフトスタートへ移行せず動作を休止
しています。SS端子電圧が0.4Vまで低下すると、AP2403内部スイッチによってGNDのレベルまで放電
した後、ソフトスタート動作へ移行します。過電流状態が解除されない場合はこれらの動作を繰り返し
ます。
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[AP2403]
7. 過熱保護 (TSD)
IC内チップ温度をモニターし、約150C以上になると内蔵 PchMOSFET、内蔵 NchMOSFETを停止させ
ます。この時SS端子も放電されており、再起動は必ずソフトスタートからのシーケンスとなります。過
熱保護はヒステリシスを有し、過熱保護動作温度より約15C低下すると、ソフトスタートによる再起動
を行います。
8. 発振周波数選択
発振周波数はRT端子－GND端子間に接続する抵抗によって決定されます。この周波数決定用抵抗の計
算式はアプリケーション情報の頁にてご確認下さい。
9. 外部同期
外部同期を行う場合はFSYN端子へクロックを入力します。外部同期の周波数はRT端子－GND端子間に
接続する抵抗によって決定された設定値の±20％で入力可能です。
10. パワーグッド
AP2403は出力電圧の状態を表すパワーグッド機能を備えています。出力電圧が設定出力電圧の±25%以
内に入りますとPWGD端子電位がHレベル(VIN電位)となります。パワーオフ状態及びソフトスタート期
間中は常にLレベルです。
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[AP2403]
■ 起動タイミングチャート
Vin
PWON
Vref
T1
100％
50％
T1：
Css
[s]
20  10-6
SS
Vout
100％
50％
OCL Level
0％
130％
100％
OVP Level
0％
OCL&OVP
Control
PWM
Control
SS_END
Figure 3. 起動タイミング
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[AP2403]
■ 過電流保護タイミングチャート
T1：
Css
[s]
20 10-6
T2：512clock
0.6  Css
T3 : [sec]
110-6
T4 : 384clock
512clock
SS=0.1F 時
T1：ソフトスタート時間 5ms、
T3：休止時間 60ms
T2：256s（512クロック/2MHz）、 T4：192s（384クロック/2MHz）
Css=0.22F 時 T1：ソフトスタート時間 11ms、 T3：休止時間 132ms
Figure 4. 過電流保護タイミング
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[AP2403]
■ 外部同期タイミングチャート
33%固定
1 : 2
残り67%で変化
内部クロック
（RT端子で設定）
(1)
FSYN端子入力
固定分33%以内
のクロック無視
SW端子出力
(2)
(1)内部クロック1周期よりも長いFSYN Hi信号は内部優先
(2)内部クロック1周期よりも短いFSYN Hi信号は外部優先
RT端子の接続抵抗により設定したtyp.値に対して±20%以内の範囲で外部同期可能です。
VIN
VIN
300k Ω
10k Ω
FSYN
ゲート入力
AP2403
AL2010内部
外部同期信号
Figure 5. 外部同期タイミング
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[AP2403]
10. アプリケーション情報
1. インダクタンス
外部インダクタンスはリップル電流の最大が定格電流の30[%]となるように選択することを推奨するも
のとし、インダクタンス値は、次式で求めることができる。但し、VINは使用する最大入力電圧値とす
る。
L
Vout （Vin - Vout ）
[ H]
0.6  Vin  Frequency
2. 位相補償
CC端子－Vref／SS端子間に接続する位相補償用抵抗・コンデンサは、以下の値を標準値として動作確認
を実施するが、必ずしも固定値ではなく、VIN、VOUT、周波数の設定により、位相補償用素子の値を
最適化することが可能である。(11.外部接続回路例の場合の値です。)
R4＝220[kΩ], R5＝4.7[kΩ], C5=2200[pF]
3. ソフトスタート時間
SS端子-GND間に接続するコンデンサC4でソフトスタート時間を設定する。コンデンサ容量とソフトス
タート時間の関係は次式で算出できる。
Tss = C4／20×10-6 [s]
4. ヒカップ時休止時間
SS端子-GND間に接続するコンデンサC4で過電流保護ヒカップ時の休止時間が決定される。コンデンサ
容量と休止時間の関係は次式で算出できる。
THIC＝
0.6  C4
[s]
1 10-6
5. 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する。このシリー
ズに挿入されるR2（出力コンデンサ－FB端子間）と、R1（FB端子－GND間）の値は、次式で求めるこ
とができる。
 1
Vout ＝0.6  R2
　[ V]
R1
但し、抵抗に流れる電流を少なくし過ぎると、スイッチングノイズの影響で動作が不安定になることが
あるので注意が必要である。
6. 発振周波数
RT端子-GND間に接続する抵抗R3で発振周波数を設定できる。抵抗値と発振周波数の関係は次式で算出
できる。
0.6 
（1/Frequency - 33 10-9 )
R3＝　[Ω]
1.2  2.35 10-12
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[AP2403]
7. 熱損失について
ディレーティング・カーブ
3000
2750
2500
2250
許容損失 Pd (mW)
2000
1750
1500
1250
1000
750
500
250
0
-50- 40
0
25
50
75
100 105
100
125
135
150
周囲温度 Ta (C )
Figure 6. HTSSOP-16 許容損失熱低減特性
パッケージ 16-pin HTSSOPの 許容損失熱低減特性です。周囲温度 Ta が 常温（25C）であっても、チ
ップ（接合部）温度 Tj は高温になることがありますので、ご使用の際は許容損失Pd内でICを動作させ
てください。
MS1528-J-02
2014/01
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[AP2403]
11. 外部接続回路例
AP2403
C1
VIN
PWGD
1
PWGD
VIN
16
FSYN
2
FSYN
SW
15
PWON
3
PWON
SW
14
4
RT
PGND
13
5
SGND
PGND
12
6
SS
SW
11
7
CC
SW
10
8
FB
VIN
9
R3
L1
C3
C4
C5
VOUT
R1
R4
R5
R2
C2
Figure 7. 標準回路例
部品表
記号
C1
C2
C3
C4
C5
R1
R2
R3
R4
R5
L1
VIN=5V, VOUT=1.8V, F=2MHz設定
名称
入力コンデンサ
10F
入力コンデンサ
10F
出力コンデンサ
10F
SSコンデンサ
0.1F
2200pF
位相補償コンデンサ
150kΩ
FB抵抗(High)
100kΩ
FB抵抗(Low)
100kΩ
周波数設定抵抗
220kΩ
位相補償抵抗
4.7kΩ
位相補償抵抗
パワーインダクタ
2.7H
値
メーカ
セラミック
セラミック
セラミック
セラミック
セラミック
TDK
MS1528-J-02
LTF5022-2R2N3R2-LC
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[AP2403]
12. 推奨レイアウトパターン
Figure 8. 推奨レイアウトパターン
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- 16 -
[AP2403]
13. パッケージ
■ 外形寸法図
HTSSOP 16-pin (Unit: mm)
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- 17 -
[AP2403]
■ マーキング
1)
2)
3)
Pin #1 indication
Date Code : XXXXXX (6 digits: Date Code)
Marketing Code : AP2403
MS1528-J-02
2014/01
- 18 -
[AP2403]
14. 改訂履歴
Date (Y/M/D)
13/04/23
13/07/02
Revision
00
01
Page
14/01/24
02
14
4, 9,
12, 13
Contents
初版
・ピン説明表内のI/Oの表記を訂正。
・過電流保護タイミングチャート内の誤記訂正（T3とT4の計算式
を入れ替え）。
・D1 回生ダイオード削除 (Figure 7)
・D1 シルク削除 (Figure 8)
・許容損失について を追加
MS1528-J-02
2014/01
- 19 -
[AP2403]
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。
MS1528-J-02
2014/01
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