LTC3411A 1.25A、4MHz、同期整流式 降圧DC/DCコンバータ 特長 概要 ■ 小型のコンデンサやインダクタを使用 LTC®3411Aは、固定周波数同期整流式降圧DC/DCコンバー タです。 このデバイスは中規模電力アプリケーション向けで、 2.5V∼5.5Vの入力電圧範囲で動作し、最大4MHzの動作 周波数を設定できます。 これにより、高さ1mm以下の小型で 安価なコンデンサやインダクタを使用可能です。出力電圧は 0.8V∼5.5Vの範囲で調整可能です。内蔵の同期パワー・ス イッチにより、高効率を実現します。LTC3411Aは電流モード・ アーキテクチャを採用し、外部補償を備えているので、広範囲 の負荷および出力コンデンサに対して過渡応答を最適化でき ます。 ■ 高周波数動作：最大4MHz ■ 低RDS の内部スイッチ：0.15Ω （ON） ■ 高効率：最大96% ■ 低リップル （＜25mVP-P）Burst IQ = 40µA Mode®動作を選択可能： ■ セラミック・コンデンサで安定 ■ 電流モード動作による優れた入力および 負荷トランジェント応答 ■ 短絡保護 ■ 低ドロップアウト動作：デューティ・サイクル100% ■ 低シャットダウン電流：IQ ■ 出力電圧：0.8V～5V ≤ 1µA ■ 外部クロックに同期可能 ■ プリバイアスされた出力をサポート ■ 小型10ピン3mm×3mm DFNまたはMSOPパッケージ LTC3411Aは、自動的に電力を節減するBurst Mode動作 （I Q =40µA）に設定できるので、負荷電流が連続動作に必要 なレベルを下回った場合にゲート電荷損失を低減できます。 ノ イズやRF干渉を低減する場合は、SYNC/MODEピンによって パルス・スキップ・モードまたは強制連続動作を設定できます。 バッテリの寿命を最大限に延ばすため、 ドロップアウト時には PチャネルMOSFETが常時オンになります （デューティ・サイク ル100%）。 シャットダウン時にデバイスに流れる電流は1µA未 満です。 アプリケーション ■ ノートブック・コンピュータ ■ デジタル・カメラ ■ 携帯電話 L、LT、LTC、LTM、Linear Technology、Linearのロゴ、Burst ModeおよびOPTI-LOOPはリニアテク ノロジー社の登録商標です。Hot SwapとThinSOTはリニアテクノロジー社の商標です。他のす べての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。 5481178、 6580258、6498466、6611131を 含む米国特許によって保護されています。 ■ ハンドヘルド計測器 ■ 基板実装電源 標準的応用例 効率および電力損失と出力電流 2.5V/1.25A降圧レギュレータ 100 VIN 2.5V TO 5.5V 80 PVIN PGOOD SVIN LTC3411A SW 22pF ITH 680pF VFB SHDN/RT 12.1k SGND 549k 2.2µH 887k VOUT 2.5V 1.25A 22µF 0.1 70 60 0.01 50 40 30 10 PGND 0 0.1 412k 1 100 1000 10 OUTPUT CURRENT (mA) fO = 1MHz Burst Mode OPERATION 3411a TA01a 0.001 VIN = 2.7V VIN = 3.6V VIN = 4.2V 20 POWER LOSS (W) SYNC/MODE EFFICIENCY (%) 10µF SYNC 1 90 0.0001 10000 3411A TA01b 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 1 LTC3411A 絶対最大定格 （Note 1） PVIN、SVIN電圧 ........................................................ −0.3V～6V VFB、ITH、SHDN/RT電圧 ............................. −0.3V～（VIN＋0.3V） SYNC/MODE電圧 ..................................... −0.3V～（VIN＋0.3V） SW電圧 .................................................... −0.3V～（VIN＋0.3V） PGOOD電圧.............................................. −0.3V～（VIN＋0.3V） 接合部動作温度範囲（Notes2、5、8）................ −40°C～125°C 保存温度範囲.................................................... −65°C～125°C リード温度（半田付け、10秒） MSパッケージ...................................................................300°C ピン配置 TOP VIEW TOP VIEW SHDN/RT 1 10 ITH SYNC/MODE 2 SGND 3 9 VFB 8 PGOOD SW 4 7 SVIN PGND 5 6 PVIN 11 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 SHDN/RT SYNC/MODE SGND SW PGND ITH VFB PGOOD SVIN PVIN MS PACKAGE 10-LEAD PLASTIC MSOP DD PACKAGE 10-LEAD (3mm × 3mm) PLASTIC DFN TJMAX = 125°C, θJA = 120°C/W TJMAX = 125°C, θJA = 43°C/W EXPOSED PAD (PIN 11) IS PGND, MUST BE SOLDERED TO PCB 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 LTC3411AEDD#PBF LTC3411AEDD#TRPBF LAJM 10-Lead (3mm × 3mm) Plastic DFN –40°C to 125°C LTC3411AIDD#PBF LTC3411AIDD#TRPBF LAJM 10-Lead (3mm × 3mm) Plastic DFN –40°C to 125°C LTC3411AEMS#PBF LTC3411AEMS#TRPBF LTAJK 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LTC3411AIMS#PBF LTC3411AIMS#TRPBF LTAJK 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C さらに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。 非標準の鉛ベース仕様の製品の詳細については、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。 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。 電気的特性 ●は全動作接合部温度範囲での規格値を意味する。 それ以外は注記がない限りTA = 25 C、VIN = 3.6V、 RT = 125kでの値。 （Note 2） SYMBOL PARAMETER VIN Operating Voltage Range CONDITIONS IFB Feedback Pin Input Current (Note 3) VFB Feedback Voltage (Note 3) MIN l ΔVLINEREG Reference Voltage Line Regulation VIN = 2.5V to 5.5V ΔVLOADREG Output Voltage Load Regulation ITH = 0.55V to 0.9V gm(EA) Error Amplifier Transconductance ITH Pin Load = ±5µA (Note 3) l l TYP 2.5 0.784 MAX UNITS 5.5 V ±0.1 µA 0.8 0.816 V 0.04 0.2 %/V 0.02 0.2 % 300 µS 3411afd 2 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A 電気的特性 ●は全動作接合部温度範囲での規格値を意味する。 それ以外は注記がない限りTA = 25 C、VIN = 3.6V、 RT = 125kでの値。(Note 2) SYMBOL PARAMETER IS fOSC Input DC Supply Current (Note 4) Active Mode Sleep Mode Shutdown Shutdown Threshold High Active Oscillator Resistor Oscillator Frequency VSHDN/RT CONDITIONS fSYNC Synchronization Frequency ILIM Peak Switch Current Limit VFB = 0.5V RDS(ON) Top Switch On-Resistance MS Package DD Package (Note 6) MS Package DD Package (Note 6) VIN = 5.5V, VSHDN/RT = 5.5V, VSW = 0V or 5.5V VIN Ramping Down Bottom Switch On-Resistance Switch Leakage Current VUVLO Undervoltage Lockout Threshold PGOOD Power Good Threshold Power Bad Threshold RPGOOD Power Good Pull-Down On-Resistance PGOOD Blanking VSYNC-MODE tSOFT-START Pulse Skip Force Continous Burst TYP MAX 2.25 330 40 0.1 VIN – 0.6 125k 2.5 450 60 1 VIN – 0.4 1M 2.8 4 4 1.6 2.1 2.6 A 0.15 0.15 0.13 0.13 0.01 0.18 1 Ω Ω Ω Ω µA 1.8 2.1 2.4 V –5 5 –7 7 –10 10 15 –12 12 30 % % % % Ω VSYNC/MODE = 3.6V, VFB = 0.75V VSYNC/MODE = 3.6V, VFB = 0.84V VSHDN/RT = 3.6V RT = 125k (Note 7) (Note 7) ISW(LKG) MIN 0.4 VFB Ramping Up from 0.68V to 0.8V VFB Ramping Down from 0.92V to 0.8V VFB Ramping Down from 0.8V to 0.68V VFB Ramping Up from 0.8V to 0.9V VFB Step from 0V to 0.8V VFB Step from 0.8V to 0V VIN = 2.5V to 5.5V VIN = 2.5V to 5.5V VIN = 2.5V to 5.5V 10% to 90% of Regulation 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。 LTC3411AEは0°C Note 2：LTC3411A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。 ～85°Cの接合部温度範囲で規定された性能仕様に適合することが保証されている。−40°C～ 125°Cの動作接合部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。 LTC3411AIは−40°C～125°Cの全動作接合温度範囲で保証 されている。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および他の環境要因 と関連した特定の動作条件によって決まることに注意。 にサーボ制御する帰還ループでテ Note 3：LTC3411AはVFBをエラー・アンプの中点（VITH=0.7V） ストされている。 0.16 40 105 1.2 VIN – 0.6 0.5 0.6 VIN – 1.1 0.8 1.0 UNITS µA µA µA V Ω MHz MHz MHz µs µs V V V ms Note 4：スイッチング周波数で供給される内部ゲート電荷により、動作時消費電流は増加す る。 Note 5：TJは周囲温度TAおよび電力損失PDから次式にしたがって計算される。 LTC3411AEDD：TJ=TA+(PD・43°C/W) LTC3411AEMS：TJ=TA+(PD・120°C/W) Note 6：DDパッケージについては、 スイッチのオン抵抗はウェハ・レベルの測定によってサンプ リングされ、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。 Note 7：4MHzでの動作は設計によって保証されているが製造時にはテストされず、 デューティ・ サイクルによって制約を受ける （「アプリケーション情報」 を参照）。 Note 8：このデバイスには短時間の過負荷状態の間デバイスを保護するための過温度保護機 能が備わっている。過温度保護機能がアクティブな時、接合部温度は125°Cを超える。規定さ れた最大動作温度を超えた動作が継続すると、 デバイスの信頼性を損なうおそれがある。 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 3 LTC3411A 標準的性能特性 注記がない限りTA = 25 C、VIN = 3.6V、fO = 1MHz 効率と入力電圧 IOUT = 100mA 効率と出力電流 IOUT = 10mA EFFICIENCY (%) 80 IOUT = 1.25A 70 EFFICIENCY (%) 90 IOUT = 1mA 60 50 IOUT = 0.1mA 効率と出力電流 100 100 90 90 80 80 70 70 EFFICIENCY (%) 100 60 50 40 30 VIN = 2.7V VIN = 3.6V VIN = 4.2V 20 40 30 2.5 10 VOUT = 1.8V 4.5 4.0 3.5 INPUT VOLTAGE(V) 3.0 5.5 5.0 VOUT = 1.8V 0 0.1 1 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) 効率と出力電流 30 20 VOUT = 1.8V 1 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) 1 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) 2.2µH 91 88 10000 1µH 3411A G03 Burst Mode OPERATION 0.25 PULSE SKIP 0.00 –0.25 VOUT = 1.8V ILOAD = 400mA 0 0.50 FORCED CONTINUOUS 3 2 FREQUENCY (MHz) 1 3411A G04 4 VOUT = 1.8V 5 –0.50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 OUTPUT CURRENT(mA) 3411A G06 3411A G05 ライン・レギュレーション リファレンス電圧と温度 周波数変動と温度 815 0.6 10000 ロード・レギュレーション 92 89 0 0.1 10000 VOUT = 1.5V 0.75 90 10 0 0.1 VOUT ERROR (%) EFFICIENCY (%) EFFICIENCY (%) FORCED CONTINUOUS 40 10 4.7µH 93 60 VIN = 2.7V VIN = 3.6V VIN = 4.2V 1.00 94 PULSE SKIP 50 30 効率と周波数 80 70 40 20 95 Burst Mode OPERATION 90 50 3411A G02 3411A G01 100 60 6 VIN = 3.6V 0.2 0.0 –0.2 –0.4 –0.6 2.5 4.5 4.0 3.5 INPUT VOLTAGE(V) 5.0 805 800 795 790 VOUT = 1.8V ILOAD = 400mA 3.0 810 FREQUENCY VARIATION (%) REFERENCE VOLTAGE (mV) VOUT ERROR (%) 0.4 5.5 3411A G07 785 –50 4 2 0 –2 –4 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE(°C) 100 125 3411A G08 –6 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE(°C) 100 125 3411A G09 3411afd 4 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A 標準的性能特性 注記がない限りTA = 25 C、VIN = 3.6V、fO = 1MHz 周波数変動とVIN RDS（ON）と入力電圧 6 0.30 0.20 0.25 0 –2 RDS(ON) (Ω) 2 RDS(ON) (Ω) FREQUENCY VARIATION (%) 4 RDS（ON）と温度 0.25 0.15 0.10 0.15 0.10 –4 0.05 0.05 MAIN SWITCH SYNCHRONOUS SWITCH –6 –8 2.5 3.0 3.5 4.0 VIN (V) 4.5 5.0 0.0 2.5 5.5 3.0 4.5 4.0 3.5 INPUT VOLTAGE (V) 5.0 動作時消費電流と入力電圧 0.0 –50 5.5 PULSE SKIP Burst Mode OPERATION 0.1 0.01 0.001 2.5 VOUT = 1.8V ILOAD = 0A 3.0 3.5 4.0 VIN (V) 4.5 5.0 5.5 100 FORCED CONTINUOUS 10 1 2000 PULSE SKIP Burst Mode OPERATION 0.1 0.01 MAIN SWITCH 1500 1000 SYNCHRONOUS SWITCH 500 0.001 –50 VOUT = 1.8V ILOAD = 0A –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 3411A G13 100 125 0 0 1 4 3 2 INPUT VOLTAGE(V) 3411A G14 スイッチ・リーク電流と温度 125 スイッチ・リーク電流と入力電圧 SWITCH LEAKAGE (pA) DYNAMIC SUPPLY CURRENT (mA) 1 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 2500 100 FORCED CONTINUOUS –25 3411A G12 動作時消費電流と温度 100 10 MAIN SWITCH SYNCHRONOUS SWITCH 3411A G11 3411A G10 DYNAMIC SUPPLY CURRENT (mA) 0.20 5 6 3411A G15 パルス・スキップ・モード Burst Mode動作 600 SW 2V/DIV SW 2V/DIV 300 VOUT 50mV/DIV AC COUPLED VOUT 50mV/DIV AC COUPLED 200 IL 200mA/DIV IL 200mA/DIV SWITCH LEAKAGE (nA) 500 400 MAIN SWITCH SYNCHRONOUS SWITCH 100 0 –50 –25 50 25 75 0 TEMPERATURE (°C) 4µs/DIV 100 125 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 50mA 4µs/DIV 3411A G17 3411A G18 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 5mA 3411A G16 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 5 LTC3411A 標準的性能特性 注記がない限りTA=25 C、VIN=3.6V、fO=1MHz シャットダウンからの起動 強制連続モード SW 2V/DIV VOUT 50mV/DIV AC COUPLED IL 200mA/DIV 2µs/DIV シャットダウンからの起動 SHDN/RT 2V/DIV SHDN/RT 2V/DIV VOUT 1V/DIV VOUT 1V/DIV IL 1A/DIV IL 1A/DIV 200µs/DIV 3411A G19 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 80mA 200µs/DIV 3411A G20 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 0A プリバイアスされた出力での シャットダウンからの起動 （強制連続モード） 負荷ステップ 負荷ステップ VOUT 1V/DIV VOUT 100mV/DIV AC COUPLED VOUT 100mV/DIV AC COUPLED IL 500mA/DIV IL 1A/DIV IL 1A/DIV ILOAD 1A/DIV ILOAD 1A/DIV 200µs/DIV VIN = 3.6V PREBIASED VOUT = 3V, VOUT = 1.8V ILOAD = 0A 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 0A to 1.25A Burst Mode OPERATION 3411A G22 負荷ステップ 3411A G21 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 1.25A 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 50mA to 1.25A Burst Mode OPERATION 3411A G23 3411A G24 VINに短絡するVOUT （強制連続モード） グランドに短絡するVOUT VOUT 1V/DIV VOUT 100mV/DIV AC COUPLED VOUT 1V/DIV IL 1A/DIV IL 2A/DIV ILOAD 1A/DIV 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 250mA to 1.25A Burst Mode OPERATION IL 500mA/DIV 40µs/DIV 3411A G25 40µs/DIV 3411A G26 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 0A 3411A G27 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 0A 3411afd 6 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A ピン機能 SHDN/R（ ：シャットダウンとタイミング抵抗の共用ピ T ピン1） ン。 このピンからグランドに抵抗を接続して発振周波数をプロ グラムします。 このピンをSVINにすると、 デバイスはシャットダ ウンします。 シャットダウン時にはすべての機能がディスエーブ ルされます。 PGND（ピン5） ：主電源グランド・ピン。COUTの()端子および CINの()端子に接続します。 PVIN（ピン6） ：主電源ピン。PGNDの近くでデカップリングしま す。 SYNC/MODE（ピン2） ：モードの選択と発信器同期の共用 ピン。 このピンはデバイスの動作を制御します。SV INまたは SGNDに接続すると、 それぞれBurst Mode動作またはパルス・ スキップ・モードが選択されます。 このピンがSVINの半分に保 たれると、強制連続モードが選択されます。 このピンに接続し た外部発信器に発振周波数を同期することができます。外部 クロックに同期しているときは、パルス・スキップ・モードが選 択されます。 SVIN（ピン7） ：信号電源ピン。 すべてのアクティブな回路はこの ピンから電力が供給されます。SGNDの近くでデカップリング します。SVINはPVIN以上でなければなりません。 PGOOD（ピン8） ：パワーグッド・ピン。 このコモン・ドレインのロ ジック出力は、 出力電圧がレギュレーション電圧の 7%以内 にない時に、 SGNDに引き下げられます。 ：出力に接続された外部抵抗分割器からの帰還 VFB（ピン9） 電圧を受け取ります。 このピンの公称電圧は0.8Vです。 SGND（ピン3） ：信号グランド・ピン。 すべての小信号部品と補 償部品はこのグランドに接続します （「基板レイアウトの検討 事項」 を参照）。 ITH（ピン10） ：エラー・アンプの補償点。電流コンパレータのス レッショルドが、 この制御電圧に応じて上昇します。 このピン の公称電圧範囲は0.4V∼1.4Vです。 SW（ピン4） ：インダクタへのスイッチ・ノードの接続。 このピン はPVINからPGNDまでスイングします。 PIN NAME PGND（露出パッド・ピン11、DFNパッケージ） ：電源グランド。 PCBの電気的グランドに接続する必要があります。 DESCRIPTION MIN NOMINAL (V) TYP Shutdown/Timing Resistor –0.3 0.8 1 SHDN/RT 2 SYNC/MODE 3 SGND 4 SW 5 PGND Main Power Ground 6 PVIN Main Power Supply 7 SVIN Signal Power Supply 8 PGOOD Power Good Pin 0 9 VFB Output Feedback Pin 0 10 ITH Error Amplifier Compensation and Run Pin 0 Mode Select/Sychronization Pin MAX MIN ABSOLUTE MAX (V) MAX SVIN –0.3 SVIN + 0.3 SVIN –0.3 SVIN + 0.3 PVIN –0.3 PVIN + 0.3 –0.3 5.5 –0.3 SVIN + 0.3 2.5 5.5 –0.3 6 0 Signal Ground 0 Switch Node 0 0 0.8 SVIN –0.3 6 1.0 –0.3 SVIN + 0.3 1.5 –0.3 SVIN + 0.3 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 7 LTC3411A ブロック図 SVIN 7 0.8V SGND 3 ITH 10 PVIN VOLTAGE REFERENCE PMOS CURRENT COMPARATOR ITH LIMIT + BCLAMP + 9 – VFB – 0.74V + – ERROR AMPLIFIER VB 6 – + BURST COMPARATOR SLOPE COMPENSATION OSCILLATOR SW 4 + 0.86V LOGIC – + PGOOD 8 NMOS COMPARATOR – – SHDN/RT 1 SYNC/MODE 2 REVERSE COMPARATOR + PGND 5 3411A BD 3411afd 8 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A 動作 LTC3411Aは固定周波数、電流モード・アーキテクチャを採用 しています。動作周波数はRT抵抗の値によって決めるか、 また は外部発振器に同期させることができます。多様なアプリケー ションに適合させるため、選択可能なMODEピンを使って、 ユーザーはノイズと効率の妥協を図ることができます。 低電流動作 低電流でLTC3411Aの動作を制御するために3つのモードを 利用することができます。3つのモードはすべて、 負荷電流が低 いときに連続モードから選択されたモードに自動的にスイッ チされます。 出力電圧はVFBピンに戻される外部分割器によって設定され ます。 エラー・アンプは分圧された出力電圧を0.8Vのリファレ ンス電圧と比較し、 それにしたがってピーク・インダクタ電流を 調節します。過電圧コンパレータと低電圧コンパレータは、 出 力電圧がレギュレーション値から 7%以内にないと、PGOOD 出力を L に引き下げます。40µsのトリップ遅延と105µsのト リップのない遅延により、VOUTの過渡スパイクに起因するグ リッチがPGOODに発生することはありません。 効率を最適化するにはBurst Mode動作を選択することがで きます。負荷が比較的軽いとき、LTC3411Aは自動的にBurst Mode動作に切り替わります。 この場合、PMOSスイッチは負荷 需要に応じて間欠的に動作します。 サイクルを断続的に実行 することにより、 パワーMOSFETのゲート電荷損失によって支 配されるスイッチング損失が小さく抑えられます。 出力電圧が 必要なレギュレーション値に達したら、 メイン制御ループは中 断します。I THが約0.5Vより低くなるとバースト・コンパレータ がトリップし、 スイッチをシャットオフして電力を減少させます。 ITHが約0.5Vを超えて、 スイッチとメイン制御ループがオンし、 新たなサイクルを開始するまで、 出力コンデンサとインダクタが 負荷に電力を供給します。 メイン制御ループ 通常動作時、 トップ・パワー・スイッチ （PチャネルMOSFET） が クロック・サイクルの始点でオンします。 ピーク・インダクタ電流 がITHピンの電圧によって設定されたリミットに達するまで、 こ のスイッチを通ってインダクタと負荷に流れこむ電流が増加し ます。 トップ・スイッチがオフし、 ボトム・スイッチがオンすると、 インダクタに蓄えられたエネルギーにより、次のクロック・サイ クルまで、 ボトム･スイッチとインダクタを通って電流が負荷に 流れます。 ピーク・インダクタ電流はエラー・アンプEAの出力であるI TH ピンの電圧によって制御されます。 エラー・アンプが帰還電圧 VFBを0.8Vリファレンス電圧と比較することにより、出力が発 生します。 負荷電流が増加すると、 出力電圧とVFB電圧がわず かに減少します。 このV FBの減少により、平均インダクタ電流 が新しい負荷電流に合致するまでエラー・アンプがITHの電圧 を上昇させます。 SHDN/RTピンをSVINにするとメイン制御ループはシャットダ ウンされ、 内部のソフトスタートはリセットされます。SHDN/RT ピンを解放することによってメイン制御ループが再びイネーブ ルされると、内部ソフトスタートが起動し、 出力電圧は安定す るまで約0.8msの間ゆっくりと上昇します。 低電流で出力電圧リップルを下げるには、パルス・スキップ・ モードを使うことができます。 このモードでは、LTC3411Aは非 常に低い電流まで固定周波数でスイッチングを継続します。 こ の場合、最終的にはパルスをスキップし始めます。 最後に、強制連続モードでは、 インダクタ電流は一定のサイ クルを繰り返し、 すべての出力電流レベルで一定の出力電圧 リップルを生じます。 この機能はテレコム分野で必要です。 な ぜなら、 ノイズが一定の周波数になるのでフィルタで除去する のが容易だからです。 このモードの別の利点は、 レギュレータ が負荷への電流をソースする能力と、 出力からの電流をシンク する能力の両方をもつことです。 ドロップアウト動作 入力電源電圧が出力電圧に向かって低下すると、 デューティ・ サイクルが100%に増加しますが、 これはドロップアウト状態で す。 ドロップアウトではPMOSスイッチが連続的にオンし、 この ときの出力電圧は、入力電圧から内部PチャネルMOSFETとイ ンダクタの電圧降下を差し引いた電圧に等しくなります。 低電源電圧動作 LTC3411Aは低電圧ロックアウト回路を内蔵しており、 この回 路は入力電圧が約2.1Vを下回るとデバイスをシャットダウンし て不安定な動作を防ぎます。 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 9 LTC3411A アプリケーション情報 一般的なLTC3411Aの応用回路を図4に示します。外付け部 品の選択は負荷の要求条件に基づいて行われ、 インダクタL1 の選択から始めます。L1が選択されると、CINとCOUTも選択で きます。 動作周波数 動作周波数の選択は、効率と部品サイズのあいだのトレード オフです。動作周波数が高いので、小さい値のインダクタとコ ンデンサを使うことができます。低い周波数での動作は内部 ゲート電荷による損失を減らして効率を上げますが、 出力リッ プル電圧を低く抑えるには、大きな値のインダクタンスや容量 を必要とします。 LTC3411Aの動作周波数fOは、RTピンとグランド間に接続し た外部抵抗によって決定されます。 この抵抗の値により、発振 器内の内部タイミング・コンデンサを充放電するために使われ るランプ電流が設定されます。 この抵抗の値は次式を使って 計算することができます。 リップル電流を設定するための妥当な出発点は∆I L = 0.4 • ここで、IOUT(MAX)は1.25Aです。最大リップル IOUT(MAX)です。 電流∆ILは最大入力電圧で発生します。 リップル電流が規定さ れた最大値を超えないようにするには、次式にしたがってイン ダクタ値を選択します。 L= VOUT fO • ΔIL インダクタ値はBurst Mode動作にも影響を与えます。 ピーク・イ ンダクタ電流がバースト・クランプによって設定されたレベルよ り下に下がると、低電流動作からの遷移が開始されます。 イン ダクタの値が小さいとリップル電流が大きくなるので、 この遷 移も低負荷電流で起きるようになります。 このため、低電流動 作の上の範囲で効率が低下します。Burst Mode動作では、 イ ンダクタンス値が小さくなるとバースト周波数が上がります。 5000 4000 利用可能な最大動作周波数は最小オン時間とデューティ・サ イクルによって制限されます。 これは次のように計算されます。 VIN(MAX) FREQUENCY (kHz) ここで、fOの単位はkHzで、図1を使用して選択可能です。 VOUT TA = 25°C 4500 7 –1.6508 （kΩ）, RT = 5 • 10（f O） fO(MAX) ≈ 6.67 • ⎛ VOUT ⎞ • ⎜1− ⎟ ⎝ V IN(MAX) ⎠ 3500 3000 2500 2000 1500 1000 (MHz) 500 0 最小周波数は200kHz前後に内部設定されます。 0 400 800 1200 RT (kΩ) 1600 3411A F01 インダクタの選択 動作周波数fOはインダクタの値に直接影響を与え、 このインダ クタ値はインダクタのリップル電流∆ILに影響します。 ΔIL = VOUT fO • L ⎛ V ⎞ • ⎜1− OUT ⎟ V IN ⎠ ⎝ インダクタのリップル電流はインダクタンスまたは周波数が大 きいほど減少し、VINまたはVOUTが高いほど増加します。大き な∆I Lの値を許容すれば低いインダクタンスを使用できます が、 出力電圧リップルが高くなり、 コア損失が大きくなり、 出力 電流能力が低下します。 図1. 周波数とRT インダクタのコアの選択 コアの材質と形状が異なると、 インダクタのサイズ/電流および 価格/電流の関係が変化します。 フェライトやパーマロイを素 材とするトロイド・コアやシールドされたポット型コアは、小型 でエネルギー放射は大きくありませんが、類似の電気特性を 有する鉄粉コアのインダクタより一般に高価です。使用するイ ンダクタの種類の選択は、主にLTC3411Aの動作条件に依存 するよりも、価格とサイズの条件や放射フィールド/EMIの条件 に依存します。LTC3411Aのアプリケーションで適切に動作す る標準的な表面実装インダクタをいくつか表1に示します。 3411afd 10 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A アプリケーション情報 表1. 代表的な表面実装インダクタ MANUFACTURER PART NUMBER MAX DC VALUE CURRENT DCR HEIGHT Toko A914BYW-1R2M=P3: D52LC 1.2µH 2.15A 44mΩ 2mm A960AW-1R2M=P3: D518LC 1.2µH 1.8A 46mΩ 1.8mm DB3015C-1068AS-1R0N 1.0µH 2.1A 43mΩ 1.5mm DB3018C-1069AS-1R0N 1.0µH 2.1A 45mΩ 1.8mm Coilcraft Sumida DB3020C-1070AS-1R0N 1.0µH 2.1A 47mΩ 2mm A914BYW-2R2M-D52LC 2.2µH 2.05A 49mΩ 2mm A915AY-2ROM-D53LC 3.3A 22mΩ 3mm 2.0µH LPO1704-122ML 1.2µH 2.1A 80mΩ 1mm D01608C-222 2.2µH 2.3A 70mΩ 3mm LP01704-222M 2.2µH 2.4A 120mΩ 1mm CR32-1R0 1.0µH 2.1A 72mΩ CR5D11-1R0 1.0µH 2.2A 40mΩ 1.2mm CDRH3D14-1R2 1.2µH 2.2A 36mΩ 1.5mm CDRH4D18C/LD-1R1 1.1µH 2.1A 24mΩ CDRH4D28C/LD-1R0 1.0µH 3.0A CDRH4D28C-1R1 1.1µH 3.8A CDRH4D28-1R2 1.2µH 2.56A 23.6mΩ 3mm 37.5mΩ 1.5mm 3mm 2mm 17.5mΩ 3mm 22mΩ 3mm CDRH6D12-1R0 1.0µH 2.80A CDRH4D282R2 2.2µH 2.04A 23mΩ CDC5D232R2 2.2µH 2.16A 30mΩ 2.5mm Taiyo Yuden NPO3SB1ROM N06DB2R2M 3mm 1.0µH 2.6A 27mΩ 1.8mm 2.2µH 3.2A 29mΩ 3.2mm N05DB2R2M 2.2µH 2.9A 32mΩ 2.8mm Murata LQN6C2R2M04 2.2µH 3.2A 24mΩ 5mm FDK MIPW3226DORGM 0.9µH 1.4A 80mΩ 1mm キャッチ・ダイオードの選択 ほとんどのアプリケーションでは不要ですが、図4に示されて いるオプションのダイオードD1を追加すると、 いくつかのアプ リケーションではわずかながらも効率を改善することができ ます。 このダイオードは同期スイッチがオフのとき電流を流し ます。Burst Mode動作やパルス・スキップ・モードを使うと、同 期スイッチは低電流でオフし、残りの電流はこのオプションの ダイオードを流れます。 ダイオードの定格を超えないように、 ダ イオードのピーク電流と平均電力消費を適切に指定するこ とが重要です。 ショットキー・ダイオードの主な問題点は、寄 生容量によって効率が低下することです。 このため、通常の場 合、LTC3411A回路の可能な利点が打ち消されてしまいます。 ショットキー・ダイオードがもたらすおそれのあるもう1つの問 題は高い温度でリーク電流が大きくなることです。 このため、 低電流での効率が低下する可能性があります。 リンギングや消費電力の増加を防止するために、 リード長を 短くして適切な接地を行ってください （「基板レイアウトの検討 事項」 を参照）。 入力コンデンサCINの選択 連続モードでは、 コンバータの入力電流は、 デューティ・サイク ルがほぼVOUT/V INの方形波になります。大きな過渡電圧を 防止するには、最大RMS電流に対応できる大きさの低い等 価直列抵抗（ESR） の入力コンデンサを使用する必要がありま す。最大RMSコンデンサ電流は次式で与えられます。 IRMS ≈ IMAX VOUT (VIN − VOUT ) VIN ここで、最大平均出力電流I MAXは、 ピーク電流からピーク ピーク間リップル電流の半分を差し引いたものに等しくなりま す （IMAX = ILIM∆IL/2）。 この式はVIN = 2VOUTのとき最大値をとります。 この時、IRMS I OUT/2です。大きく変化させてもそれほど状況が改善され ないため、一般的にこの単純な最悪条件が設計に使用され ます。多くの場合、 コンデンサ製造業者のリップル電流定格 は、 わずか2000 時間の寿命時間によって規定されていること に留意して下さい。 このため、 コンデンサをさらにディレーティ ングするか、 または要求条件よりも高い温度での定格をもっ たコンデンサを選択するようにしてください。 サイズまたは高さ の設計条件に適合させるため、複数のコンデンサを並列に接 続することもできます。 すべてセラミック・コンデンサを使うソ リューションを採用しない場合は、高周波のデカップリングの ために0.1μF∼1μFのセラミック・コンデンサをVINに追加する ことを推奨します。 出力コンデンサCOUTの選択 COUTの選択は、電圧リップルおよび負荷ステップに対する過 渡応答を小さくするために必要なESRによって決まります。一 般に、ESRの要求条件が満たされれば、 その容量はフィルタリ 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 11 LTC3411A アプリケーション情報 ングに対しても十分です。 出力リップル∆VOUTは次式で決定さ れます。 ⎛ 1 ⎞ ΔVOUT ≈ ΔIL ⎜ESR + ⎟ 8fO COUT ⎠ ⎝ ここで、fO＝動作周波数、COUT＝出力容量、∆IL＝インダクタ のリップル電流です。∆I Lは入力電圧に応じて増加するため、 出力リップルは入力電圧が最大のときに最も大きくなります。 ∆IL = 0.4 • IOUT(MAX)のとき、最大VIN、10µFの最小COUT、fO =1MHzで出力リップルは100mV未満になります。 ESRCOUT < 150mΩ すべてセラミックを使っ COUTのESRの条件が満たされれば、 たソリューションの場合を除いて、一般に実効電流定格は IRIPPLE(P-P)の条件をはるかに上回ります。 表面実装のアプリケーションでは、 アプリケーションの要求 する容量、ESRまたは実効電流の条件を満たすため、複数の コンデンサの並列接続が必要になることがあります。 アルミ電 解、特殊ポリマ、 セラミック、 および乾式タンタルの各コンデン サはすべて、表面実装パッケージで入手できます。三洋製の OS- CON半導体誘電体コンデンサは、ESRとサイズの積がア ルミニウム電解コンデンサの中で最も低いものですが、やや 高価です。三洋製のPOSCAPなど特殊ポリマ・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・コンデンサは容量密度は最大ですが、 ESRが大きく、 スイッチング電源に使うためにはサージ試験さ れていることが必須条件です。 ケースの高さが2mm∼4mmの 表面実装タンタル・コンデンサのAVX TPSシリーズが最適で す。 アルミ電解コンデンサははるかに大きなESRをもっていま 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、 コスト要求の非常に厳しいアプリケーションでよく使用さ れます。 セラミック・コンデンサはESRが小さくコストも低いの ですが、容量密度が低く、電圧係数と温度係数も高くて、可聴 範囲で圧電効果を示します。 さらに、配線インダクタンスをとも なったセラミック・コンデンサの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。他のコンデンサのタイプには、 パナ ソニックの特殊ポリマ （SP） コンデンサがあります。 ほとんどの場合、高周波デカップリングのため、 メイン・コン デンサと並列に0.1μFから1μFのセラミック・コンデンサを LTC3411Aの近くに配置します。 入力および出力のセラミック・コンデンサ 値の大きな低価格セラミック・コンデンサが今では小さなケー ス・サイズで入手できるようになりました。 これらのコンデンサ はリップル電流定格と電圧定格が大きく、ESRが小さいので、 スイッチング・レギュレータのアプリケーションに最適です。 LTC3411Aの制御ループの安定動作は出力コンデンサのESR に依存しないので、 自由にセラミック･コンデンサを使用して出 力リップルを非常に小さくし、 回路サイズを小さくすることがで きます。 ただし、入力と出力にセラミック・コンデンサを使うときは、注 意が必要です。 セラミック・コンデンサを入力に使い、長いコー ドを通してACアダプタから電力を供給すると、出力の負荷ス テップによって入力 （VIN） にリンギングが誘起されることがあ ります。 よくても、 このリンギングが出力に結合して、 ループが 不安定であると誤認されることがあります。最悪の場合、長い コードを通して急に電流が突入すると、VINに電圧スパイクが 生じ、 デバイスを損傷する恐れがあります。 入力と出力にセラミック・コンデンサを選択する場合は、X5R またはX7Rの誘電体のものを選択します。 これらの誘電体は ある特定の値とサイズに対してすべてのセラミックの中で温度 特性と電圧特性が最もすぐれています。 セラミック・コンデンサのESRは非常に小さいので、 入力コンデ ンサと出力コンデンサは代りに、電荷保存の要求を満たす必 要があります。負荷ステップ発生時には、帰還ループがスイッ チ電流を十分に増加させて負荷に対応できるまで、 出力コン デンサが即座に電流を供給して負荷に対応する必要がありま す。帰還ループが応答するのに要する時間は、補償部品と出 力コンデンサのサイズに依存します。 負荷ステップに応答する には標準で3∼4サイクルを要しますが、最初のサイクルだけは 出力が直線的に低下します。出力の垂下V DROOPは通常、最 初のサイクルの直線的な低下の約2∼3倍です。 したがって、 お よそ以下の出力コンデンサのサイズから開始するのが良いで しょう。 COUT ≈ 2.5 ∆IOUT fO • VDROOP デューティ・サイクルと負荷ステップの要求により、 さらに大き な容量が必要になることがあります。 3411afd 12 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A アプリケーション情報 ほとんどのアプリケーションでは、電源のインピーダンスは非 常に小さいので、入力コンデンサは単に高周波のバイパスに 供給するために必要です。 ほとんどのアプリケーションでは通 常、10μFセラミック・コンデンサで十分です。 出力電圧の設定 LTC3411Aは、図4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0.8Vのリファレンス電圧を発生します。 出力電 圧は次式にしたがい、分割抵抗によって設定されます。 ⎛ R2⎞ VOUT ≈ 0.8V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ これらの抵抗を流れる電流を小さく （< 5μA）抑えると効率が 向上しますが、 あまり小さくしすぎると、寄生容量がノイズの問 題を発生させ、 エラー・アンプのループの位相マージンが減少 するおそれがあります。 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 C Fを使うこともできます。V FBラインをインダクタやSWライン 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。 シャットダウンとソフトスタート SHDN/RTピンには2 つの機能があり、発振器の周波数を設定 し、LTC3411Aをシャットダウンする手段を与えます。 このピン は、図2と図3に示されているように、 いくつかの方法で制御ロ ジックとインタフェースすることができます。 いずれの場合も、 LTC3411AはRUN = 0 でシャットダウンされ、RUN = 1 で 起動します。 を結合した大容量のトランジスタの寄生ドレイン容量により、 RC定数は大きくなります。RUNが L になると、 トランジスタの ドレインはゆっくりと充電され、発振周波数は次第に低くなり ます。 これにより、大きなインダクタ電流リップルは、大きな出力 電圧リップルに変換されます。 ただし、 出力電圧が危険なレベ ルまで上昇する可能性もあります。 LTC3411Aを起動させると、 内部のソフトスタート機能により、 出力電圧は安定するまでゆっくりと上昇します。 ソフトスター トは起動時に出力電圧を徐々に上げることにより、VINからの サージ電流を抑えます。出力電圧は約0.7msの間ゼロからフ ル・スケールまで次第に上昇します。 このため、 LTC3411Aが出 力コンデンサを高速充電する必要がないので、瞬時に過大な 電流を供給することはありません。 LTC3411Aは強制連続動作モードでバックバイアスされた出 力を供給するように起動することができます。出力電圧がレ ギュレーション値よりも高い電圧または低い電圧にプリバイア スされている場合、LTC3411Aは出力電圧をレギュレーション 値に戻すために必要な電流をシンクまたはソースします。 ただ し、 ソフトスタート時には、 レギュレータは、SYNC/MODEピン で選択されたモードを無視して、常にパルス・スキップ・モード で起動します。 このため、 ソフトスタート時に出力電圧がレギュ レーション値以下まで放電されることはありません。 SHDN/RT SVIN RT 100k RUN 図3の回路を使用して強制連続モードでデバイスをシャット ダウンする場合は、注意が必要です。 プルアップ抵抗はアプリ ケーションが許す限り小さくし、 またプルダウン・トランジスタ はできる限り小さくして、寄生ドレイン容量を最小限に抑えま す。可能であれば、 パルス・スキップ・モードまたはBurst Mode 動作時に常にデバイスをシャットダウンすることが必要です。 図4はRUN= L の時、強制連続モードからパルス・スキップ・ モードに切り換える方法の一例です。大きいプルアップ抵抗 3411A F03 図3. スイッチでアクティブになるSHDN/RTピン SHDN/RT SHDN/RT RT 0V OFF ON SVIN 1M 3V 100k RT SYNC/MODE 100k RUN 3411A F02 3411A F04 図2. ロジック入力でアクティブになるSHDN/RTピン 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 図4. 自動モード切換回路 3411afd 13 LTC3411A アプリケーション情報 モードの選択と周波数の同期 SYNC/MODEピンは多目的ピンで、 モード選択機能と周波数 同期機能を備えています。 このピンをV INに接続するとBurst Mode動作がイネーブルされ、出力電圧リップルが大きくなる 代わりに低電流で最善の効率が得られます。 このピンをグラ ンドに接続するとパルス・スキップ動作が選択され、低電流で の効率が下がる代わりに出力の電圧と電流のリップルを最小 にできます。入力電圧の半分の電圧を加えると強制連続モー ドになり、出力リップルが固定され、最大0.4Aをシンクするこ とができます。 このモードではスイッチング・ノイズが一定なの で、 フィルタによる除去も簡単です。 SYNC/MODEピンを使ってLTC3411Aを外部クロック信号に 同期させることもできます。 スロープ補償は内部発振器から 得られるので、 内部発振器周波数を外部クロック周波数から 20%の値に設定し、適切なスロープ補償がおこなえるように します。 同期時、 モードはパルス・スキップに設定され、 トップ・ スイッチのオンが外部クロックの立下りエッジに同期します。 過渡応答のチェック OPTI-LOOP®補償により、広範囲な負荷と出力コンデンサに 対して過渡応答の最適化を図ることができます。ITHピンによ り、制御ループ動作を最適化できるだけでなく、DC結合され てACフィルタされた閉ループ応答のテスト・ポイントも得られ ます。 このテスト・ポイントでのDCステップ、立上り時間、 および セトリングは、正確に閉ループ応答を反映します。2次特性が 支配的なシステムを想定すれば、 このピンで見られるオーバ VIN C6 PGND + PGND スイッチング・レギュレータは負荷電流のステップに対して応 答するのに数サイクルを要します。 負荷にステップが生じると、 VOUTは∆ILOAD • ESRに等しい量だけ直ちにシフトします。 ここ で、ESRはCOUTの等価直列抵抗です。∆ILOADはさらにCOUT の充電あるいは放電を開始し、 レギュレータがVOUTをその定 常値へ戻すために使う帰還誤差信号を発生します。 この回復 時間の間、安定性の問題を示すオーバ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。 R5 SVIN C8 PGOOD PVIN SW LTC3411A SYNC/MODE ITH RC CITH 本データシートの表紙に記載された回路に示すITHピンの外 部部品は、 ほとんどのアプリケーションにおいて妥当な開始点 となります。直列RCフィルタにより、支配的なポールとゼロによ るループ補償が設定されます。 これらの値は、 プリント基板の レイアウトが完了し、特定の出力コンデンサの種類と容量値を 決定した後で、過渡応答を最適化するために多少（推奨値の 0.5∼2倍）変更することができます。 さまざまな種類と値によっ てループ帰還係数の利得と位相が決まるので、 まず出力コン デンサを選択する必要があります。1μs∼10μsの立上り時間を 持つ全負荷電流の20%∼100%の出力電流パルスによって発 生する出力電圧波形とITHピンの波形により、帰還ループを開 くことなく全体的なループの安定性を判断することができま す。 R6 CIN SGND SGND シュートの割合を使って、位相マージンと減衰係数を推定す ることができます。 このピンの立上り時間を調べることにより、 帯域幅も推定できます。 L1 PGOOD CF VFB SGND PGND R2 SHDN/RT RT CC + D1 OPTIONAL PGND VOUT COUT C5 PGND R1 3411A F05 SGND SGND GND SGND SGND 図5. LTC3411Aの一般的回路図 3411afd 14 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A アプリケーション情報 最初の出力電圧ステップは帰還ループの帯域幅内にない場 合があるため、位相マージンを決定するのに、標準的な2次 オーバシュート/DC比率を使用することはできません。 ループ の利得はRを大きくすると増加し、 ループの帯域幅はCを小さ くすると拡大します。Cを減少させたのと同じ比率だけRを増加 させるとゼロの周波数は変化しないので、帰還ループの最も 重要な周波数範囲で位相を同じに保ちます。 さらに、図5に示 されているように、 フィードフォワード・コンデンサCFを追加し て高周波数応答を改善することができます。 コンデンサC Fは R2とともに高い周波数のゼロを作って位相進みを与え、位相 マージンを改善します。 出力電圧のセトリング動作は閉ループ・システムの安定性に 関係し、電源の実際の全体的な性能を示します。制御ループ 理論の概説をはじめ、補償部品の最適化の詳細については、 アプリケーション・ノート76を参照してください。 降圧レギュレータは、 ドロップアウト時にフル出力電流を供給 可能ですが、入力電圧VINがVOUTに向けて低下するにつれ、 インダクタ両端の電圧が下がることによって負荷ステップ能力 が著しく低下する、 ということに注意してください。 ドロップアウ ト近くで高い負荷ステップ能力を必要とするアプリケーション では、SEPIC、Zeta、 またはインダクタ１個を使用した正の昇降 圧などの異なるトポロジーを使用します。 1 VIN = 3.6V fO = 1MHz POWER LOSS (W) 0.01 0.0001 0.1 VOUT = 1.2V VOUT = 1.5V = 1.8V VOUTVOUT = 1.2V - 1.8V 1 効率の検討 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。 パーセント効率は次式で表すことができます。 %効率 = 100%−（L1＋L2＋L3＋...） ここで、L1、L2などは入力電力に対するパーセンテージで表し た個々の損失です。 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、 LTC3411A回路の損失の大部分は4つの主な要因によって生 スイッチング損失、3）I2R損失、 じます。 これらは1）VIN電流、2） 4） その他の損失です。 1）V IN 電流は電気的特性に記載したDC電源電流であり、 MOSFETドライバと制御回路の電流は含まれません。無負荷 でも、VIN電流によって小さな （0.1%以下の）損失が発生し、 こ の損失はVINに従って増加します。 0.1 0.001 大容量（1μF以上） の入力コンデンサを備えた負荷にスイッチ で接続すると、 アプリケーションによってはさらに大きな過渡 現象が発生することがあります。放電した入力コンデンサが実 質的にCOUTと並列接続状態になるため、VOUTが急速に降下 します。負荷を接続するスイッチの抵抗が低く、 しかも瞬間的 にドライブされると、 どんなレギュレータでもこの問題を防止 するだけ十分な電流を供給することはできません。解決策は、 負荷スイッチのドライバのオン速度を制限することです。Hot Swap™コントローラは特にこの目的のために設計されており、 電流制限、短絡保護、 およびソフトスタート機能を通常は備え ています。 10 100 1000 LOAD CURRENT (mA) 10000 3411A F06 図6. 電力損失と負荷電流 2） スイッチング電流はMOSFETドライバ電流および制御回 路電流の和です。MOSFETドライバ電流はパワーMOSFET のゲート容 量をスイッチングすることによって流 れます。 MOSFETゲートが L から H 、 そして再び L に切り替わる その たびに、V IN からグランドに微小電荷dQが移動します。 結果のdQ/dtはVINでの電流であり、一般にDCバイアス電流 よりはるかに大きくなります。連続モードでは、I GATECHG＝ fO(QT＋QB)です。 ここで、QTとQBは内部のトップとボトムの MOSFETスイッチのゲート電荷です。 ゲート電荷損失はVINに 比例するので、 それらの影響は電源電圧が高くなると顕著に なります。 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 15 LTC3411A アプリケーション情報 3）I2R損失は内部スイッチのDC抵抗RSWと外部インダクタの DC抵抗RLから計算されます。連続モードでは、 インダクタLを 流れる平均出力電流は内部のトップ・スイッチとボトム・スイッ チ間で 「こま切れ」 にされます。 したがって、SWピンから見た直 列抵抗は、次式のとおり、 トップMOSFETとボトムMOSFETの 両方のRDS（ON）およびデューティ・サイクル （DC） と相関関係 があります。 （DC） ＋ （RDS（ON）BOT） （1−DC） RSW =（RDS（ON）TOP） トップMOSFETとボトムMOSFETの両方のRDS（ON）は、標準 的性能特性の曲線から求めることができます。 したがって、I2R 損失は次式で求めます。 I2R losses = IOUT2（RSW＋RL） 4）銅トレースや内部バッテリ抵抗などの他の「隠れた」損失 が、携帯用システムではさらなる効率低下の原因になる可能 性があります。 これらの 「システム」 レベルの損失をシステムの 設計に含めることが非常に重要です。 内部バッテリとヒューズ の抵抗の損失は、 スイッチング周波数においてC INが適切な 電荷蓄積と非常に低いESRをもつようにすれば最小限に抑え ることができます。 デッドタイム中のダイオード導通損失やイン ダクタ・コア損失などのその他の損失は、一般に全追加損失 の2%以下にすぎません。 熱に関する検討事項 ほとんどのアプリケーションで、LTC3411Aは効率が高いので 大きな発熱はありません。 ただし、周囲温度が高く、 （ドロップ アウトの場合のように）低い電源電圧、高いデューティ・サイク ルでLTC3411Aが動作するアプリケーションでは、発熱がデバ イスの最大接合部温度を超えることがあります。接合部温度 が約150 Cに達すると、両方のパワー・スイッチがオフし、SW ノードがハイ・インピーダンスになります。 LTC3411Aが最大接合部温度を超えないようにするには、熱 に関する分析を行う必要があります。熱に関する分析の目標 は、消費される電力によってデバイスの最大接合部温度を超 えるかどうかを判断することです。温度上昇は次式で与えられ ます。 TRISE = PD • θJA ここで、PDはレギュレータによる電力損失で、θJAはダイの接合 部から周囲温度までの熱抵抗です。 接合部温度TJは次式で与えられます。 TJ = TRISE＋TAMBIENT 一 例として、入 力 電 圧 が 3 . 3 V 、負 荷 電 流 が 1 A のとき、 LTC3411Aがドロップアウト状態である場合について考えま す。 スイッチ抵抗の標準的性能特性のグラフから、Pチャネル・ スイッチのRDS（ON）抵抗は約0.15Ωです。 したがって、 デバイス による電力消費は以下のとおりです。 PD = I2 • RDS（ON）= 150mW MS10パッケージの接合部−周囲間熱抵抗θJAは100 C/W∼ 120 C/Wの範囲になります。 したがって、70 Cの周囲温度で動 作しているレギュレータの接合部温度はおよそ次のようになり ます。 TJ = 0.15 • 120＋70 = 88°C 上記の接合部温度は25 CでのR DS（ON）から得られたことに 留意すると、 もっと大きなRDS（ON）に基づいて接合部温度を 再計算することもできるでしょう。 それは、 RDS（ON）は温度に依 存して増加するからです。 ただし、実際の接合部温度は125 C の絶対最大接合部温度を超えないとゆとりをもって判断する ことができます。 設計例 設計例として、 リチウムイオン・バッテリを使った携帯用アプ リケーションにLTC3411Aを使う場合を考えます。バッテリは VIN = 2.5V∼4.2Vを供給します。負荷はアクティブ・モードで 最大1.25Aを必要とし、 スタンバイ・モードで10mAを必要とし ます。 出力電圧はVOUT = 2.5Vです。負荷はスタンバイでも電 力を必要とするので、低負荷での効率を良くするためにバース ト・モード動作が選択されています。 最初に、1MHzでの動作のタイミング抵抗を計算します。 7 3 –1.6508 ） = 557.9k RT = 5 • 10（10 549kの標準値を使います。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値を計算します。 L= 2.5V 2.5V • 1− = 2µH 1MHz • 500mA 4.2V ベンダーから入手できる最も近い標準インダクタ値2.2μHを選 択すると、最大リップル電流は次のようになります。 ΔIL = 2.5V 1MHz • 2.2µ ⎛ 2.5V ⎞ • ⎜1− = 460mA ⎝ 4.2V ⎟⎠ コストに配慮して、 セラミック・コンデンサが使われます。COUT 3411afd 16 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A アプリケーション情報 PCボードをレイアウトするときには、以下のチェックリストを使 用してLTC3411Aが正しく動作するよう配慮しなければなりま せん。これらの項目は、図7のレイアウト図にイラストで示して あります。 レイアウトでは、以下の項目をチェックしてください。 の選択は、ESRの必要条件ではなく、 負荷ステップによる垂下 を基にしておこないます。5%の出力垂下の場合は次のように なります。 COUT ≈ 2.5 1.25A = 25µF 1MHz • (5% • 2.5V) 最も近い標準値は22μFです。 リチウムイオン・バッテリの出力 インピーダンスは非常に低いので、C INは標準で10μFです。 ノイズの多い環境では、1Ω/0.1μFのR6/C8フィルタを使って SV INをPV INからデカップリングするのが有効でしょうが、通 常は必要ありません。 これで、 出力電圧はR1とR2の値を選択してプログラムすること ができます。高い効率を維持するには、 これらの抵抗を流れる 電流を小さく抑えます。0.8Vの帰還電圧で2μAを選択すると、 R1はおよそ400kになります。 これに近い標準1%抵抗は412k で、 このときR2は887kになります。 補償は、 負荷ステップ応答を検討して、 これらの部品に対して 最適化しますが、LTC3411Aの場合、12.1kΩと680pFのフィル タから始めるのが適当でしょう。 負荷ステップに対する実際の アンダーシュートに応じて、出力コンデンサを大きくする必要 があるかもしれません。 1. コンデンサCINは電源VIN(ピン6)と電源グランド(ピン5)に できるだけ近づけて接続されていますか？このコンデンサは、 内部パワーMOSFETとそれらのドライバにAC電流を供給しま す。 2. COUTとL1は近づけて接続されていますか？COUTの(−)端 子はPGNDおよびCINの(−)端子に電流を戻します。 3. 抵抗分割器R1とR2は、COUTの(＋)端子と、SGND(ピン3)の 近くで終端されたグランド・ラインの間に接続する必要があり ます。帰還信号VFBはSWライン(ピン4)のようなノイズの多い 部品やトレースから離して配線し、 トレースをできるだけ短くし ます。 4. 敏感な部品はSWピンから離します。入力コンデンサCIN、補 償コンデンサCCとCITHおよびすべての抵抗R1、R2、RT、 およ びRCはSWトレースおよびインダクタL1から離して配線します。 SWピンのパッドはできる限り小さくします。 5. グランド・プレーンが望ましいのですが、 それが利用できな ければ信号グランドと電源グランドを分離し、小信号部品は1 点でSGNDピンに戻し、 この1点をPGNDピンに接続します。 PGOODピンはコモン・ドレイン出力で、 プルアップ抵抗を必要と します。 適切な速度にするため、 100kの抵抗が使われています。 6. すべての層のすべての未使用領域を銅で覆います。銅で覆 うと、電源部品の温度上昇を抑えます。 これらの銅領域は入 SVINまたはSGND)の1つに接続します。 力電源(PVIN、PGND、 本データシートの１ページ目にこの設計例の完全な回路を示 します。 基板レイアウトの検討事項 CIN VIN R5 PGOOD C4 R2 R1 PVIN PGND SVIN SW LTC3411A SGND L1 VOUT VIN PGOOD VFB SYNC/MODE ITH SHDN/RT PS RC CC COUT CITH BM RT 3411A F07 BOLD LINES INDICATE HIGH CURRENT PATHS 図7. LTC3411Aのレイアウト図（「基板レイアウト・チェックリスト」 を参照） 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 17 LTC3411A 標準的応用例 セラミック・コンデンサを使った汎用降圧レギュレータ VIN 2.5V TO 5.5V C1 10µF PGND PVIN SVIN RS1 1M BM FC PGOOD LTC3411A SYNC/MODE PS RS2 1M ITH R5 100k PGOOD SW 1.8V PGND R3 12.1k R4 549k C3 680pF VOUT 1.2V/1.5V/1.8V AT 1.25A R2 442k VFB SHDN/RT SGND L1 2.2µH 1.5V R1A 357k 1.2V R1B 511k C2 22µF C4 22pF R1C 887k 3411A TA02a SGND GND SGND PGND SGND NOTE: IN DROPOUT, THE OUTPUT TRACKS THE INPUT VOLTAGE C1, C2: TAIYO YUDEN JMK325BJ226MM L1: TOKO A914BYW-2R2M (D52LC SERIES) 効率と出力電流 100 90 Burst Mode OPERATION VOUT 100mV/DIV AC COUPLED EFFICIENCY (%) 80 70 PULSE SKIP 60 IL 1A/DIV 50 40 20 VIN = 3.6V VOUT = 1.2V fO = 1MHz 10 0 0.1 ILOAD 1A/DIV FORCED CONTINUOUS 30 1 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.2V ILOAD = 100mA TO 1.25A Burst Mode OPERATION 10000 3411A TA02c 3411A TA02b VOUT 100mV/DIV AC COUPLED IL 1A/DIV ILOAD 1A/DIV 40µs/DIV 3411A TA02d VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 100mA TO 1.25A PULSE SKIPPING MODE 3411afd 18 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A パッケージ 最新のパッケージ図面については、 http://www.linear-tech.co.jp/designtools/packaging/ をご覧ください。 DD Package 10-Lead Plastic DFN (3mm × 3mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1699 Rev C) 0.70 ±0.05 3.55 ±0.05 1.65 ±0.05 2.15 ±0.05 (2 SIDES) PACKAGE OUTLINE 0.25 ±0.05 0.50 BSC 2.38 ±0.05 (2 SIDES) RECOMMENDED SOLDER PAD PITCH AND DIMENSIONS 3.00 ±0.10 (4 SIDES) R = 0.125 TYP 6 0.40 ±0.10 10 1.65 ±0.10 (2 SIDES) PIN 1 NOTCH R = 0.20 OR 0.35 × 45° CHAMFER PIN 1 TOP MARK (SEE NOTE 6) 5 0.200 REF 1 0.75 ±0.05 0.00 – 0.05 (DD) DFN REV C 0310 0.25 ±0.05 0.50 BSC 2.38 ±0.10 (2 SIDES) BOTTOM VIEW—EXPOSED PAD NOTE： 1. 図はJEDECパッケージ外形M0-229のバリエーション （WEED-2） になる予定 バリエーションの指定の現状についてはLTCのwebサイトのデータシートを参照 2. 図は実寸とは異なる 3. すべての寸法はミリメートル 4. パッケージ底面の露出パッドの寸法にはモールドのバリを含まない モールドのバリは （もしあれば）各サイドで0.15mmを超えないこと 5. 露出パッドは半田メッキとする 6. 網掛けの部分はパッケージの上面と底面のピン1の位置の参考に過ぎない 3411afd 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 19 LTC3411A パッケージ 最新のパッケージ図面については、 http://www.linear-tech.co.jp/designtools/packaging/ をご覧ください。 MS Package 10-Lead Plastic MSOP (Reference LTC DWG # 05-08-1661 Rev F) 0.889 ±0.127 (.035 ±.005) 5.10 (.201) MIN 3.20 – 3.45 (.126 – .136) 3.00 ±0.102 (.118 ±.004) (NOTE 3) 0.50 0.305 ±0.038 (.0197) (.0120 ±.0015) BSC TYP RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUT 0.254 (.010) 10 9 8 7 6 3.00 ±0.102 (.118 ±.004) (NOTE 4) 4.90 ±0.152 (.193 ±.006) DETAIL “A” 0.497 ±0.076 (.0196 ±.003) REF 0° – 6° TYP GAUGE PLANE 1 2 3 4 5 0.53 ±0.152 (.021 ±.006) DETAIL “A” 0.18 (.007) SEATING PLANE 0.86 (.034) REF 1.10 (.043) MAX 0.17 – 0.27 (.007 – .011) TYP 0.50 (.0197) BSC NOTE： 1. 寸法はミリメートル（/ インチ） 2. 図は実寸とは異なる 3. 寸法にはモールドのバリ、突出部、 またはゲートのバリを含まない モールドのバリ、突出部、 またはゲートのバリは、各サイドで0.152mm （0.006"） を超えないこと 4. 寸法には、 リード間のバリまたは突出部を含まない リード間のバリまたは突出部は、各サイドで0.152mm （0.006"） を超えないこと 5. リードの平坦度（成形後のリードの底面） は最大0.102mm （0.004"） であること 0.1016 ±0.0508 (.004 ±.002) MSOP (MS) 0213 REV F 3411afd 20 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A LTC3411A 改訂履歴 （Rev Bよりスタート） Rev 日付 概要 ページ番号 B 4/10 「ピン配置」 セクションからθJCを削除 「電気的特性」 のVSYNC/MODEのMIN値の更新 Note 2の更新 「ピン機能」 のピン11の記述の更新 2 3 3 7 C 10/13 VSYNC-MODEのテストの条件と制限値を変更 3 D 6/14 「最大絶対定格」PGOOD電圧の最大値を修正 「最大絶対定格」 リード温度の最大値をMSパッケージで規定 2 2 3411afd 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。 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A 21 LTC3411A 標準的応用例 VIN 2.5V TO 4.2V 高さ1mm、 2MHz、 リチウムイオン・バッテリから1.8Vへのコンバータ C1 10µF PVIN PGOOD SVIN SW LTC3411A SYNC/MODE ITH R3 13.3k SGND PGND C3 470pF R5 100k L1 0.9µH VFB SHDN/RT R4 178k 効率と出力電流 PGOOD C4 22pF R1 698k C2 10µF ×2 VOUT 1.8V AT 1.25A R2 887k C1, C2: TAIYO YUDEN JMK107BJ106MA L1: FDK MIPW3226DORGM 3411A TA04a 100 90 EFFICIENCY (%) 80 70 VOUT 100mV/DIV AC COUPLED VOUT 100mV/DIV AC COUPLED IL 1A/DIV IL 1A/DIV ILOAD 1A/DIV ILOAD 1A/DIV 60 50 40 30 20 10 VIN = 2.7V VIN = 3.6V VIN = 4.2V VOUT = 1.8V fO = 2MHz 0 0.1 1 10 100 1000 OUTPUT CURRENT (mA) 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 50mA TO 1.25A 10000 3411A TA04c 40µs/DIV VIN = 3.6V VOUT = 1.8V ILOAD = 250mA TO 1.25A 3411A TA04d 3411A TA04b 関連製品 製品番号 説明 LTC3406A/LTC3406AB 600mA（IOUT）、1.5MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3407A/LTC3407A-2 600mA/800mA（IOUT）、1.5MHz/2.25MHz、 デュアル同期整流式降圧DC/DCコンバータ LTC3410/LTC3410B 300mA（IOUT）、2.25MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3411 1.25A（IOUT）、4MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3412A 2.5A（IOUT）、4MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3531/LTC3531-3 200mA（IOUT）、1.5MHz同期整流式昇降圧 LTC3531-3.3 DC/DCコンバータ LTC3532 500mA（IOUT）、2MHz同期整流式昇降圧 DC/DCコンバータ LTC3542 500mA（IOUT）、2.25MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3544/LTC3544B 300mA＋2 200mA＋100mA、2.25MHz、 クワッド同期整流式降圧DC/DCコンバータ LTC3547/LTC3547B 300mA、2.25MHz、 デュアル同期整流式降圧 DC/DCコンバータ LTC3548/LTC3548-1 400mA/800mA、 （IOUT）、2.25MHz、 LTC3548-2 デュアル同期整流式降圧DC/DCコンバータ LTC3560 800mA（IOUT）、2.25MHz同期整流式降圧 DC/DCコンバータ 注釈 96%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 20µA、ISD < 1µA、ThinSOT™パッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 40µA、ISD < 1µA、MS10E、DFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.8V、 IQ = 26µA、ISD < 1µA、SC70パッケージ 96%の効率、VIN：2.6V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.8V、 IQ = 60µA、ISD < 1µA、MS10および3mm 3mm DFNパッケージ 96%の効率、VIN：2.6V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.8V、 IQ = 62µA、ISD < 1µA、TSSOP16Eおよび4mm 4mm QFNパッケージ 95%の効率、VIN：1.8V∼5.5V、VOUT（最小）= 2V∼5V、 IQ = 16µA、ISD < 1µA、ThinSOTおよびDFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.4V∼5.5V、VOUT（最小）= 2.4V∼5.25V、 IQ = 35µA、ISD < 1µA、MS10およびDFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 26µA、ISD < 1µA、2mm 2mm DFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.8V、 IQ = 70µA、ISD < 1µA、3mm 3mm QFNパッケージ 96%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 40µA、ISD < 1µA、2mm 3mm DFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 40µA、ISD < 1µA、MS10EおよびDFNパッケージ 95%の効率、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（最小）= 0.6V、 IQ = 16µA、ISD < 1µA、ThinSOTパッケージ 3411afd 22 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8F 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3411A TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp/LTC3411A ● ● LT 0614 REV D • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2008