LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 消費電流2.8μAの 55V、1.2A降圧 レギュレータ 特長 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 概要 超低消費電流：12VINから3.3VOUTに安定化時にIQが2.8μA 固定出力電圧:3.3V、5V 12V入力でレギュレーション時の消費電流：IQ = 2.1μA 低リップルBurst Mode®動作：出力リップル < 15mVP-P 広い入力電圧範囲：4.3V∼55V 出力電流：最大1.2A 調整可能なスイッチング周波数：200kHz∼2MHz 250kHz∼2MHzの範囲で同期可能 高速過渡応答 高精度のイネーブル・ピン・スレッショルド：1V 低いシャットダウン電流：IQ = 700nA パワーグッド・フラグ ソフトスタート機能 内部補償 飽和スイッチ設計：0.44Ωのオン抵抗 出力電圧：1.19V～30V 熱特性が改善された小型10ピンMSOPパッケージ および （3mm×3mm）DFNパッケージ LT ®3991は、最大55Vまでの広い入力電圧範囲が可能な可 変周波数モノリシック降圧スイッチング・レギュレータです。低 消費電流デザインにより、無負荷時安定化動作の消費電流 はわずか2.8μAです。低リップルのBurst Mode動作により、標 準的なアプリケーションにおいて出力リップルを15mV以下に 抑えながら低出力電流で高効率を維持します。高速過渡応 答と優れたループ安定性を得るため、内部補償された電流 モード・トポロジーが使われています。高効率の0.44Ωスイッチ に加え、昇圧ショットキー･ダイオード、必要な発振器、制御回 路、 ロジック回路を1個のチップに搭載しています。精確な1V スレッショルドのイネーブル・ピンを使ってLT3991をシャット ダウンし、入力消費電流を700nAに減らすことができます。SS ピンのコンデンサにより、突入電流を制御することができます （ソフトスタート）。パワーグッド・フラグが、V OUTが設定され た出力電圧の91%に達したことを知らせます。LT3991は露出 パッド付きの小型10ピンMSOPおよび3mm 3mm DFNパッ ケージで供給されるので、熱抵抗を低く抑えることができま す。 L、LT、LTC、LTM、Linear Technology、LinearのロゴおよびBurst Modeはリニアテクノロジー社 の登録商標です。 その他すべての商標の所有権は、 それぞれの所有者に帰属します。 アプリケーション 車載バッテリの安定化 ■ 携帯機器の電源 ■ 産業用電源 ■ 標準的応用例 無負荷時消費電流 3.0 3.3V降圧コンバータ OFF ON EN./UVLO VIN BOOST 0.47µF PG SS 4.7µF INPUT CURRENT (µA) VIN 4.3V TO 55V LT3991-3.3 12µH SW RT BD 118k f = 400kHz SYNC GND VOUT 47µF 3991 TA01a VOUT 3.3V 1.2A OUTPUT IN REGULATION 2.5 LT3991-5 2.0 LT3991-3.3 1.5 1.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 INPUT VOLTAGE (V) 3991 G06 3991fa 1 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 絶対最大定格 （Note 1） VIN、ENの電圧 ...................................................................... 55V BOOSTピンの電圧 ............................................................... 75V SWピンを超えるBOOSTピンの電圧 .................................... 30V FB、VOUT、RT、SYNC、SSの電圧 .............................................. 6V PG、 BDの電圧 ...................................................................... 30V 昇圧ダイオードの電流 .......................................................... 1A 動作接合部温度範囲（Note 2） LT3991E ..........................................................−40℃～125℃ LT3991I ...........................................................−40℃～125℃ 保存温度範囲................................................−65℃～150℃ リード温度（半田付け、10秒） （MSEのみ）................................................................... 300℃ ピン配置 LT3991 LT3991 LTC991-3.3, LT3991-5 TOP VIEW BD 1 BOOST 2 SW 3 VIN 4 EN 5 11 GND BD BOOST SW VIN EN 9 PG 8 RT 7 SS 6 FB DD PACKAGE 10-LEAD (3mm × 3mm) PLASTIC DFN θJA = 45°C, θJC = 10°C/W EXPOSED PAD (PIN 11) IS GND, MUST BE SOLDERED TO PCB TOP VIEW TOP VIEW 10 SYNC 1 2 3 4 5 11 GND 10 9 8 7 6 SYNC PG RT SS FB MSE PACKAGE 10-LEAD PLASTIC MSOP θJA = 45°C, θJC = 10°C/W EXPOSED PAD (PIN 11) IS GND, MUST BE SOLDERED TO PCB BD BOOST SW VIN EN 1 2 3 4 5 11 GND 10 9 8 7 6 SYNC PG RT SS VOUT MSE PACKAGE 10-LEAD PLASTIC MSOP θJA = 45°C, θJC = 10°C/W EXPOSED PAD (PIN 11) IS GND, 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 LT3991EDD#PBF LT3991EDD#TRPBF LFJR 10-Lead (3mm × 3mm) Plastic DFN –40°C to 125°C LT3991IDD#PBF LT3991IDD#TRPBF LFJR 10-Lead (3mm × 3mm) Plastic DFN –40°C to 125°C LT3991EMSE#PBF LT3991EMSE#TRPBF LTFJS 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LT3991IMSE#PBF LT3991IMSE#TRPBF LTFJS 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LT3991EMSE-3.3#PBF LT3991EMSE-3.3#TRPBF LTFRS 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LT3991IMSE-3.3#PBF LT3991IMSE-3.3#TRPBF LTFRS 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LT3991EMSE-5#PBF LT3991EMSE-5#TRPBF LTFRV 10-Lead Plastic MSOP –40°C to 125°C LT3991IMSE-5#PBF LT3991IMSE-5#TRPBF LTFRV 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。 3991fa 2 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 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。注記がない限り、VIN = 12V、VEN = 12V、VBD = 3.3V。 （Note 2） PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS Minimum Input Voltage (Note 4) l 4 4.3 V Quiescent Current from VIN VEN Low VEN High, VSYNC Low VEN High, VSYNC Low l 0.7 1.7 1.2 2.7 4.5 μA μA μA LT3991 FB Pin Current VFB = 1.19V l 0.1 12 nA Internal Feedback Resistor Divider 10 MΩ Feedback Voltage l 1.175 1.165 1.19 1.19 1.205 1.215 V V LT3991-3.3 Output Voltage l 3.25 3.224 3.3 3.3 3.35 3.376 V V LT3991-5 Output Voltage l 4.93 4.89 5 5 5.07 5.11 V V 0.0002 0.01 %/V 2 1 200 2.4 1.2 240 MHz MHz kHz FB Voltage Line Regulation 4.3V < VIN < 40V (Note 4) Switching Frequency RT = 11k RT = 35.7k RT = 255k 1.6 0.8 160 Minimum Switch On Time 110 Minimum Switch Off Time Switch Current Limit Switch VCESAT 1.7 ISW = 1A ISH = 100mA Boost Schottky Reverse Leakage VREVERSE = 12V VIN = 5V BOOST Pin Current ISW = 1A, VBOOST = 15V EN Voltage Threshold EN Rising l l 0.95 A mV 1 VFB Rising 60 LT3991 PG Hysteresis 0.02 1 μA 1.4 1.8 V 25 33 mA 1.01 1.07 VOUT Rising 5.5 0.2 20 nA 100 140 mV 9 mV 12.5 1.3 PG Leakage VPG = 3V PG Sink Current VPG = 0.4V SYNC Threshold 0.02 l 300 570 0.6 0.8 SYNC Pin Current 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：LT3991Eは0℃～125℃の接合部温度で性能仕様に適合することが保証されている。 0.6 1 % % 1 µA μA 1.0 V 1.6 μA 0.1 VSS = 1V V mV 20 LT3991X PG Hysteresis μA mV 30 EN Pin Current SS Source Current ns 2.9 800 EN Voltage Hysteresis LT3991-X PG Threshold Offset from VOUT 200 2.3 0.02 Minimum Boost Voltage (Note 3) LT3991 PG Threshold Offset from VFB 150 440 Switch Leakage Current Boost Schottky Forward Voltage ns nA Note 3：これはスイッチが完全に飽和するのを保証するのに必要な、 昇圧コンデンサの両端の 最小電圧である。 Note 4：最小入力電圧はアプリケーション回路に依存する。 −40℃～125℃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。LT3991Iは−40℃～125℃の動作接合部温度範囲 で動作することが保証されている。接合部温度が高いと動作寿命が短くなる。125℃を超える 接合部温度では動作寿命がディレーティングされる。 3991fa 3 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 効率、 VOUT = 5V 効率、VOUT = 3.3V VIN = 12V VIN = 12V 70 EFFICIENCY (%) VIN = 24V VIN = 36V 60 VIN = 48V 40 VOUT = 5V R1 = 1M R2 = 309k 30 0 0.2 30 20 1.2 VIN = 36V VIN = 48V 50 40 1 VIN = 24V 60 50 0.4 0.6 0.8 LOAD CURRENT (A) 効率、 VOUT = 3.3V 80 0 0.2 0.4 0.6 0.8 LOAD CURRENT (A) 1 VIN = 48V 40 30 VIN = 36V 30 VIN = 48V 0 0.01 1.2 0.1 1 10 100 LOAD CURRENT (mA) 1000 3991 G03 無負荷時消費電流 3.0 DIODES, INC. DFLS2100 INPUT CURRENT (µA) INPUT CURRENT (µA) VIN = 36V VIN = 24V 40 10 VIN = 12V VIN = 24V 50 50 無負荷時消費電流 100 60 60 3991 G02 90 70 VIN = 12V 70 20 3991 G01 EFFICIENCY (%) VOUT = 5V 90 R1 = 1M R2 = 309k 80 80 80 70 100 EFFICIENCY (%) 90 EFFICIENCY (%) 効率、VOUT = 5V 90 100 10 20 OUTPUT IN REGULATION 2.5 LT3991-5 2.0 LT3991-3.3 1.5 10 0 0.01 0.1 1 10 100 LOAD CURRENT (mA) 1 –55 1000 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 125 1.0 155 3991 G05 3991 G04 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 INPUT VOLTAGE (V) 3991 G06 LT3991-3.3の出力電圧 LT3991-5の出力電圧 5.06 1.200 3.330 5.04 1.195 1.190 1.185 1.180 1.175 –55 OUTPUT VOLTAGE (V) 3.345 OUTPUT VOLTAGE (V) FEEDBACK VOLTAGE (V) LT3991の帰還電圧 1.205 3.315 3.300 3.285 3.270 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 125 155 3991 G07 3.255 –50 –25 5.02 5.00 4.98 4.96 65 35 95 5 TEMPERATURE (°C) 125 155 3991 G28 4.94 –50 –25 65 35 95 5 TEMPERATURE (°C) 125 155 3991 G29 3991fa 4 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 最大負荷電流 3.0 最大負荷電流 2.5 VOUT = 3.3V VOUT = 5V 0.20 MINIMUM 1.5 1.0 LOAD REGULATION (%) TYPICAL 2.0 TYPICAL 1.5 MINIMUM 1.0 0.5 0.5 REFERENCED FROM VOUT AT 0.5A LOAD 0.25 2.0 LOAD CURRENT (A) LOAD CURRENT (A) 2.5 負荷レギュレーション 0.30 0.15 0.10 0.05 0 –0.05 –0.10 –0.15 –0.20 –0.25 0 5 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 INPUT VOLTAGE (V) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 INPUT VOLTAGE (V) スイッチング周波数 FREQUENCY (kHz) 800 750 700 650 2.4 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 600 –55 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 125 0 155 0 20 40 60 DUTY CYCLE (%) 80 500 400 300 200 100 900 40 800 35 30 25 20 15 10 250 500 750 1000 1250 SWITCH CURRENT (mA) 1500 3991 G14 700 600 500 400 300 200 100 5 0 155 LT3991の周波数フォールドバック 45 SWITCHING FREQUENCY (kHz) BOOST PIN CURRENT (mA) 600 125 3991 G13 BOOSTピンの電流 スイッチのVCESAT 700 0 DUTY CYCLE = 30% 1.5 –55 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 100 3991 G12 3991 G11 VCESAT (mV) 1200 2.5 SWITCH CURRENT LIMIT (A) SWITCH CURRENT LIMIT (A) 950 400 600 800 1000 LOAD CURRENT (mA) スイッチ電流制限 スイッチ電流制限 850 200 3991 G10 3.0 1000 900 0 3991 G09 3991 G08 0 –0.30 0 250 500 750 1000 1250 SWITCH CURRENT (mA) 1500 3991 G15 0 0 0.2 0.6 0.4 0.8 FB PIN VOLTAGE (V) 1 1.2 3991 G16 3991fa 5 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 350 600 500 400 300 200 tOFF(MIN) 1A LOAD 300 250 tOFF(MIN) 0.5A LOAD 200 150 tON(MIN) 100 2.0 1.5 1.0 0.5 50 100 0 2.5 SWITCH CURRENT LIMIT (A) 800 700 ソフトスタート スイッチの最小オン時間/オフ時間 400 SWITCH ON/OFF TIME (ns) SWITCHING FREQUENCY (kHz) LT3991-X の周波数フォールドバック 900 0 0 –55 100 80 20 60 40 VOUT (% OF REGULATION VOLTAGE) –25 35 95 5 65 TEMPERATURE (°C) 125 0 155 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 SS PIN VOLTAGE (V) 3991 G17 2 3991 G18 3991 G30 最小入力電圧 5.0 VOUT = 3.3V 4.8 VOUT = 5V 1.04 TO START 4.2 4.0 3.8 TO RUN 3.6 3.4 6.0 TO START 5.8 5.6 5.4 5.2 3.2 0 200 600 400 800 1000 LOAD CURRENT (mA) 5.0 1200 THRESHOLD VOLTAGE (V) 4.4 INPUT VOLTAGE (V) INPUT VOLTAGE (V) 1.05 6.2 4.6 3.0 ENのスレッショルド 最小入力電圧 6.4 TO RUN 0 200 1.00 0.99 1.4 94 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 400 800 1000 600 LOAD CURRENT (mA) 1200 0.97 0.95 –55 1500 3991 G22 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 125 155 3971 G21 過渡負荷応答：負荷電流は （Burst Mode動作） から 25mA 525mAにステップされる 93 VOUT 100mV/DIV 92 91 90 89 88 87 IL 500mA/DIV 86 250 500 750 1000 1250 BOOST DIODE CURRENT (mA) FALLING THRESHOLD 0.98 パワーグッド・スレッショルド 95 THRESHOLD VOLTAGE (%) BOOST DIODE VF (V) 昇圧ダイオードの順方向電圧 1.2 RISING THRESHOLD 1.01 3991 G20 1.6 0 1.02 0.96 3991 G19 0 1.03 85 –55 –25 5 35 65 95 TEMPERATURE (°C) 125 155 3991 G23 10µs/DIV VIN = 48V, VOUT = 3.3V COUT = 47µF 3991 G24 3991fa 6 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 過渡負荷応答：負荷電流は 0.5Aから1Aにステップされる VOUT 100mV/ DIV VSW 5V/DIV VSW 5V/DIV IL 500mA/ DIV 10µs/DIV VIN = 48V, VOUT = 3.3V COUT = 47µF スイッチング波形； 最大周波数の連続動作 スイッチング波形；Burst Mode動作 3991 G25 IL 500mA/DIV IL 500mA/DIV VOUT 20mV/DIV VOUT 20mV/DIV 5µs/DIV VIN = 48V, VOUT = 3.3V ILOAD = 20mA COUT = 47µF 3971 G26 1µs/DIV VIN = 48V, VOUT = 3.3V ILOAD = 1A COUT = 47µF 3971 G27 ピン機能 BD（ピン1） ：このピンは昇圧ダイオードのアノードに接続され ています。BDピンは通常は出力に接続します。 BOOST （ピン2） ：このピンは入力電圧より高いドライブ電圧を 内蔵バイポーラNPNパワースイッチに与えるのに使います。 FB （ピン6、LT3991のみ） ：LT3991はそのFBピンを1.19Vに安定 化します。帰還抵抗分割器のタップをこのピンに接続します。 また、位相リード・コンデンサをFBとVOUTの間に接続します。 このコンデンサは標準10pFです。 VOUT （ピン6、LT3991-3.3およびLT3991-5のみ） ：LT3991-3.3と SW （ピン3） ：SWピンは内部パワースイッチの出力です。 このピ ンは、 インダクタ、 キャッチ・ダイオードおよび昇圧コンデンサに 接続します。 LT3991-5はVOUTピンをそれぞれ3.3Vと5Vに安定化します。 こ のピンは、固定出力電圧を設定する10MΩの内部帰還抵抗分 割器に接続されています。 VIN （ピン4） ：VINピンはLT3991の内部回路および内部パワー スイッチに電流を供給します。 このピンはローカルにバイパス する必要があります。 SS （ピン7） ：コンデンサと直列抵抗をSSとグランドの間に接続 して、 スタートアップ時にLT3991のピーク電流リミットをゆっ くりランプアップさせます。 ソフトスタート・コンデンサはENが L のときだけアクティブに放電します。ENピンが H になると SSピンがリリースされます。 ソフトスタートをディスエーブルす るには、 このピンをフロートさせます。 ソフトスタート抵抗の標 準的値は100kです。 EN（ピン5 ） ：このピンが L のときデバイスはシャットダウン 状態になり、 このピンが H のときアクティブになります。 ヒス テリシスのあるスレッショルド電圧は上昇時1.005V、下降時 0.975Vです。VINが約4.3Vより上のときだけENスレッショルド は正確です。VINが4.3Vより低い場合、ENを接地してデバイス をシャットダウンします。 シャットダウン機能を使用しない場 合、VINに接続します。 RT （ピン8） ：RTとグランドの間に抵抗を接続してスイッチング 周波数を設定します。 3991fa 7 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 ピン機能 PG（ピン9） ：PGピンは内部コンパレータのオープン・ドレイン 出力です。PGOODはFBピンが最終安定化電圧の9%以内に 入るまで L に保たれます。LT3991がイネーブルされていて VINが4.3Vを超えている限りPGOODは有効です。 SYNC（ピン10） ：これは外部クロック同期入力です。低出力負 荷での低リップルBurst Mode動作では、 このピンを接地しま す。同期させるにはクロック・ソースに接続します。 そうすると、 低出力負荷ではパルス・スキップが行われます。 パルス・スキッ プ・モードでは、消費電流は1.5mAに増加します。 GND （露出パッド・ピン11） ：グランド。露出パッドはPCBに半田 付けする必要があります。 ブロック図 VIN C1 INTERNAL 1.19V REF 1V EN RT – + VIN + – Σ SHDN BD SLOPE COMP OSCILLATOR 200kHz TO 2MHz RT SWITCH LATCH BOOST R S C3 Q L1 SYNC PG ERROR AMP + – + – 1.09V D1 1µA SS SHDN R2 FB LT3991 ONLY GND R2 C2 VC CLAMP VC C5 VOUT SW Burst Mode DETECT C4 LT3991-3.3 LT3991-5 ONLY R1 VOUT R1 3991 BD C5 3991fa 8 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 動作 LT3991は固定周波数の電流モード降圧レギュレータです。 RTによって周波数が設定される発振器により、RSフリップ・フ ロップがセットされ、内部のパワースイッチがオンします。 アン プおよびコンパレータはVINピンとSWピンの間を流れる電流 を検出し、 この電流がVCの電圧によって決まるレベルに達す るとスイッチをオフします （「ブロック図」 を参照）。誤差アンプ はFBピンに接続された外部抵抗分割器を通して出力電圧を 測定し、V Cノードをサーボ制御します。誤差アンプの出力が 増加すると出力に供給される電流が増加します。誤差アンプ の出力が減少すると供給される電流が減少します。VCノード のアクティブ・クランプによって電流制限がおこなわれます。 VCノードはSSピンの電圧によってもクランプされます。 ソフトス タートは外付けのコンデンサと抵抗を使ってSSピンに電圧ラ ンプを発生させて実現します。 ENピンが L だと、LT3991はシャットダウンし、入力から 700nAが流れます。ENピンが1.01Vを超えると、 スイッチング・ レギュレータがアクティブになります。 スイッチ・ドライバはVINピンまたはBOOSTピンのどちらかで 動作します。外付けのコンデンサを使って入力電源より高い 電圧をBOOSTピンに発生させます。 これにより、 ドライバは内 部バイポーラNPNパワースイッチを完全に飽和させ、高い効 率で動作させることができます。 効率をさらに上げるため、LT3991は軽負荷状態では自動的に Burst Mode動作に切り替わります。 バーストとバーストの間は、 出力スイッチ制御関連の全回路がシャットダウンし、入力消費 電流が1.7μAに減少します。 標準的なアプリケーションでは、 無 負荷で安定化しているとき電源から2.8μAを消費します。 FBピンの電圧が低いと発振器はLT3991の動作周波数を下 げます。 この周波数フォールドバックは起動時および過負荷時 の出力電流を制御するのに役立ちます。 LT3991にはパワーグッド・コンパレータが備わっており、FBピ ンが安定化電圧値の91%になるとトリップします。PG出力は オープン・ドレイン・トランジスタであり、出力が安定化してい るときオフしているので、外部抵抗によりPGピンを H に引き 上げることができます。LT3991がイネーブルされていてVINが 4.3Vを超えている限りパワーグッドは有効です。 アプリケーション情報 1000 SWITCHING FREQUENCY (kHz) 超低消費電流の達成 軽負荷での効率を上げるため、LT3991は低リップルBurst Modeで動作し、入力消費電流を最小に抑えながら、出力コ ンデンサを望みの出力電圧に充電された状態に保ちます。 LT3991はBurst Mode動作では1パルスの電流を出力コンデン サに供給し、 それに続いてスリープ期間には出力コンデンサか ら出力電力が負荷に供給されます。LT3991はスリープ・モード では1.7μAを消費しますが、電流パルスを供給するため全回 路をオンすると、LT3991はスイッチ電流に加えて1.5mAの入 力電流を消費します。 したがって、安定化しているとき全消費 電流は1.7μAより大きくなります。 VIN = 12V VOUT = 3.3V 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 LOAD CURRENT (mA) 100 120 3991 F01 出力負荷が減少すると、単一電流パルスの頻度が減少し （図1 を参照）、LT3991がスリープ・モードに留まるパーセンテージ が増加するので、軽負荷での効率がはるかに高くなります。 パ ルスの間隔を最大にすると、 コンバータの消費電流が1.7μA の理想値に近づきます。 したがって、軽負荷での消費電流の 性能を最適化するには、帰還抵抗分割器の電流とキャッチ・ 図1．Burst Mode動作のスイッチング周波数 ダイオードの逆電流を最少にする必要があります。 これらは負 荷電流として出力に現れるからです。LT3991の超低消費電流 性能を有効に利用するアプリケーションでは、 できるだけ大き な帰還抵抗と低リークのショットキー・キャッチ・ダイオードを 3991fa 9 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 使います。帰還抵抗はできればMΩのオーダー、 ショットキー・ キャッチ・ダイオードは室温での標準逆リーク電流が1μA未 満のものにします。 これら2つの検討事項は、 「FBの抵抗ネット ワーク」 および 「キャッチ・ダイオードの選択」 のセクションで再 度取り上げます。 パルス周波数を下げるもうひとつの方法は各単一電流パルス の大きさを増やすことであることに注意してください。 ただし、 これにより出力電圧リップルが増加します。 なぜなら、各サイク ルが出力コンデンサに供給する電力が増加するからです。電 流パルスの大きさは、標準的アプリケーションで出力リップル が15mVを下回るように選択されています。図2を参照してくだ さい。 に同期しているとき、軽負荷の状態では消費電流が1.5mAに 大きく増加します。SYNCピンを H に保持しても、 出力リップ ルまたは最大周波数での最少負荷に関してはどんな利点も生 じないので推奨しません。 FBの抵抗ネットワーク 出力電圧は出力とFBピンの間に接続した抵抗分割器を使っ てプログラムします。次式に従って抵抗の値を選択します。 ⎞ ⎛ V R1= R2 ⎜ OUT − 1⎟ ⎝ 1.19V ⎠ 参照名についてはブロック図を参照してください。 出力電圧の 精度を保つため、1%の抵抗を推奨します。 FBの抵抗分割器の合計抵抗は、低電流性能を上げるため、 できるだけ大きくなるように選択します。抵抗分割器は出力に 小さな負荷を生じるので、軽負荷での低消費電流を最適化す るためこの負荷を最小にします。 VSW 5V/DIV IL 500mA/DIV 大きなFB抵抗を使うときは、10pFの位相リード・コンデンサを VOUTからFBに接続します。 VOUT 20mV/DIV 5µs/DIV 3991 F02 VIN = 48V VOUT = 3.3V ILOAD = 20mA 図2．Burst Mode動作 Burst Mode動作では、 バースト周波数と各パルスで供給され る電荷量が出力容量によって変化することはありません。 した がって、 出力電圧リップルは出力容量に反比例します。47μFの 出力コンデンサを使う標準的アプリケーションでは、 出力リッ プルは約8mV、100μFの出力コンデンサでは出力リップルは約 4mVです。 出力容量を増やすことにより、 出力電圧リップルをさ らに減らすことができます。 高い出力負荷（表紙のアプリケーションでは86mA以上）で は、LT3991はRT抵抗でプログラムされた周波数で動作し、標 準的PWMモードで動作します。PWMと低リップルBurst Mode 動作の間の移行により、 わずかに周波数ジッタが現れますが、 出力電圧を乱すことはありません。 適切なBurst Mode動作を確実に行わせるには、SYNCピン を接地する必要があります。外部クロックに同期していると、 LT3991は軽負荷でパルス・スキップを行います。外部クロック LT3991-3.3とLT3991-5は、10Mの内部FB抵抗分割器と内部 位相リード・コンデンサを制御します。 スイッチング周波数の設定 LT3991には固定周波数PWMアーキテクチャが使われてお り、RTピンからグランドに接続した抵抗を使って200KHz∼ 2MHzの範囲でスイッチングするようにプログラムすることがで きます。望みのスイッチング周波数に必要なRTの値を表1に示 します。 表1． スイッチング周波数とRTの値 スイッチング周波数（MHz） RTの値（kΩ） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 255 118 71.5 49.9 35.7 28.0 22.1 17.4 14.0 11.0 3991fa 10 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 動作周波数のトレードオフ 動作周波数の選択には、効率、部品サイズ、最小損失電圧、 お よび最大入力電圧の間のトレードオフが必要です。高周波数 動作の利点は小さな値のインダクタとコンデンサを使うことが できることです。不利な点は、効率が下がり、最大入力電圧が 下がり、損失電圧が大きくなることです。与えられたアプリケー ションの最高許容スイッチング周波数（f SW(MAX)） は次のよう に計算することができます。 fSW(MAX) = VOUT + VD tON(MIN)(VIN − VSW + VD ) ここで、V INは標準入力電圧、V OUTは出力電圧、V Dはキャッ チ・ダイオードの電圧降下（約0.5V）、VSWは内部スイッチの電 圧降下（最大負荷で約0.5V） です。 この式は、高いVIN/VOUT 比を安全に実現するには、 スイッチング周波数を下げる必要 があることを示しています。 また、 「入力電圧範囲」 のセクション で示されているように、 周波数を下げると、損失電圧を下げる ことができます。LT3991のスイッチには有限の最小オン時間と 最小オフ時間があるため、入力電圧範囲はスイッチング周波 数に依存します。 スイッチの最小オン時間および最小オフ時間 は温度の強い関数です。標準の最小オンおよび最小オフの曲 線を使ってアプリケーションの最大温度に対して設計し、 デバ イス間のバラツキのために約30%を追加します。最小オン時間 と最小オフ時間を考慮して、達成できる最小と最大のデュー ティ・サイクルは次のようになります。 DCMIN = fSW tON(MIN) DCMAX = 1− fSW tOFF(MIN) ここで、fSWはスイッチング周波数、tON（MIN）は最小スイッチ・ オン時間、t OFF（MIN）は最小スイッチ・オフ時間です。 これら の式は、 スイッチング周波数が低下するにつれ、 デューティ・ サイクルの範囲が増加することを示しています。t ON（MIN）と tOFF（MIN）の値に関しては、 「電気的特性」 のセクションを参照 してください。 スイッチング周波数の選択が適切だと、適切な入力電圧範囲 が可能になり （「入力電圧範囲」 のセクションを参照）、 インダ クタとコンデンサの値が小さく保たれます。 入力電圧範囲 最小入力電圧は、LT3991の4.3Vの最小動作電圧またはその 最大デューティ・サイクルのどちらかによって決まります （「動 作周波数のトレードオフ」のセクションの式を参照）。 デュー ティ・サイクルによる最小入力電圧は次のとおりです。 VIN(MIN) = VOUT + VD −V +V 1− fSW tOFF(MIN) D SW ここで、V IN（MIN）は最小入力電圧、V OUTは出力電圧、V Dは キャッチ・ダイオードの電圧降下（約0.5V）、VSWは内蔵スイッ チの電圧降下（最大負荷で約0.5V）、fSWは （RTによって設定 される） スイッチング周波数、tOFF（MIN）は最小スイッチ・オフ時 間です。 スイッチング周波数が高いほど、最小入力電圧が増加 することに注意してください。損失電圧を下げたい場合、低い スイッチング周波数を使います。 LT3991のアプリケーションの最大入力電圧は、 スイッチング 周波数、V INピンとBOOSTピンの絶対最大定格、および動 作モードに依存します。 スイッチング周波数と出力電圧が既 に選択されている特定のアプリケーションでは、 そのアプリ ケーションの最適出力電圧リップルを保証する最大入力電圧 （VIN（OP-MAX）） は、次式を適用して求めることができます。 VIN(OP-MAX) = VOUT + VD –V +V fSW • tON(MIN) D SW ここで、tON（MIN）は最小スイッチ・オン時間です。 スイッチング 周波数が高いほど最大動作入力電圧が減少することに注意 してください。逆に、高い入力電圧で通常動作を実現するに は、 スイッチング周波数を低くする必要があります。 ただし、選択されたスイッチング周波数に関係なく、回路は 最大動作入力電圧を超えるV INピンとBOOSTピンの絶対最 大定格までの入力に耐えます。ただし、V INがV IN（OP-MAX） より高いこのような過渡の間、LT3991は出力を安定化され た状態に保つためにスイッチング・パルスをいくつかスキップ するパルス・スキップ動作に入ります。出力電圧リップルとイ ンダクタ電流リップルが通常動作時より高くなります。V INが VIN（OP-MAX）より大きいときは過負荷にしないでください。 3991fa 11 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 インダクタの選択と最大出力電流 最初に選択するインダクタの値としては次の値が良いでしょ う。 L= VOUT + VD fSW ここで、fSWはMHzで表したスイッチング周波数、VOUTは出力 電圧、VDはキャッチ・ダイオードの電圧降下（約0.5V）、LはμH で表したインダクタの値です。 スイッチがオフのとき、 インダクタ両端には出力電圧にキャッ チ・ダイオードの電圧降下を加えた電圧が加わります。 した がって、 インダクタのピーク・トゥ・ピーク・リップル電流は次の とおりです。 ∆IL = (1−DC) •(VOUT + VD ) L • fSW ここで、fSWはLT3991のスイッチング周波数、DCはデューティ・ サイクル、Lはインダクタの値です。 したがって、LT3991が供 給する最大出力電流は、 スイッチ電流制限、 インダクタの値、 および入力電圧と出力電圧に依存します。望みのアプリケー インダクタのRMS電流定格は最大負荷電流より大きくなけれ ばならず、 その飽和電流は約30%大きくなければなりません。 ションで使われるスイッチング周波数と最大入力電圧が与え インダクタのリップル電流が十分な出力電流 フォールト状態（起動時または短絡）や高入力電圧（> 30V） られているとき、 を許さない場合、 インダクタの値を大きくする必 で堅牢な動作を実現するには、飽和電流を2.8Aより大きくし （IOUT（MAX）） 要があるかもしれません。 ます。高い効率を保つには、直列抵抗（DCR） が0.1Ωより小さ く、 コア材が高周波アプリケーション向けのものにします。適し 特定のアプリケーションに最適なインダクタは、 この簡単な設 ている種類とメーカーのリストを表2に示します。 計ガイドで示されているものと異なることがあります。 インダク タの値を大きくすると最大負荷電流が増加し、出力電圧リッ インダクタの値は望みの最大出力電流（IOUT（MAX）） を供給す るのに十分な大きさにします。 これはスイッチ電流制限（ILIM） プルが減少します。実際の負荷が最大負荷電流より小さけれ ば、 インダクタの値を小さくして高いリップル電流で動作させる およびリップル電流の関数です。 ことができます。 この場合、物理的に小さいインダクタを使うこ ∆IL とができます。 または、DCRの小さいものを使って効率を上げ IOUT(MAX) =ILIM – 2 ることができます。上述の簡単な規則と異なるインダクタンス の場合、最大負荷電流は入力電圧に依存することに注意して LT3991は自己とシステムを過負荷フォールトから保護する ください。 また、 インダクタンスが低いと不連続モード動作にな ためにピーク・スイッチ電流を制限します。LT3991のスイッチ ることがあり、最大負荷電流がさらに減少します。最大出力電 電流リミット （I LIM） は、低デューティ・サイクルでは少なくとも 流と不連続動作の詳細については、 「アプリケーションノート 2.33Aですが、直線的に低下してDC = 0.8では1.8Aになりま 44」 を参照してください。最後に、 デューティ・サイクルが50%を す。 超える場合（VOUT/VIN > 0.5）、低調波発振を防ぐため小さな 表2． インダクタ・メーカー インダクタンスが必要です。 アプリケーションノート19を参照し VENDOR URL PART SERIES TYPE てください。 Murata www.murata.com LQH55D Open TDK www.componenttdk.com SLF7045 SLF10145 Shielded Shielded Toko www.toko.com D62CB D63CB D73C D75F Shielded Shielded Shielded Open Coilcraft www.coilcraft.com MSS7341 MSS1038 Shielded Shielded Sumida www.sumida.com CR54 CDRH74 CDRH6D38 CR75 Open Shielded Shielded Open インダクタ選択の一方法として、 上述の単純な規則から始めて、 利用可能なインダクタを調べ、 目標とするコストとスペースに適 合するものを選択します。 次に、 上の式を使って、 LT3991が必要 な出力電流を供給できるかチェックします。 これらの式はインダ クタ電流が連続して流れると仮定していることに注意してくださ い。 IOUTがΔIL/2より小さいと不連続動作になります。 3991fa 12 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 入力コンデンサ X 7 RまたはX 5 Rタイプのセラミック・コンデンサを使って LT3991回路の入力をバイパスします。Y5Vタイプは温度や加 えられる電圧が変化すると性能が低下するので使用しないで ください。4.7μF∼10μFのセラミック・コンデンサはLT3991をバ イパスするのに適しており、容易にリップル電流に対応できま す。低いスイッチング周波数を使うと、 （オン時間が長くなるの で）大きな入力容量が必要になることに注意してください。入 力電源のインピーダンスが高かったり、長い配線やケーブル による大きなインダクタンスが存在する場合、追加のバルク容 量が必要になることがあります。 これには性能の高くない電解 コンデンサを使うことができます。 降圧レギュレータには入力電源から高速の立ち上がりと立ち 下がりを伴うパルス電流が流れます。 そのためにLT3991に生 じる電圧リップルを減らし、非常に高い周波数のこのスイッチ ング電流を狭い範囲のループに押し込めてEMIを抑えるため に入力コンデンサが必要です。4.7μFのコンデンサはこの役目 を果たしますが、 それがLT3991の近くに配置される場合に限 られます （「PCBレイアウト」 のセクションを参照）。2番目の注 意は、入力セラミック・コンデンサとLT3991の最大入力電圧定 格の関係に関するものです。入力のセラミック・コンデンサはト レースやケーブルのインダクタンスと結合して質の良い （減衰 の小さな）共振タンク回路を形成します。LT3991の回路を給 電中の電源に差し込むと、入力電圧に公称値の2倍のリンギ ングが生じて、LT3991の電圧定格を超えるおそれがあります。 この状況は容易に避けられます（「安全な活線挿入」のセク ションを参照）。 出力コンデンサと出力リップル 出力コンデンサには2つの基本的な機能があります。 インダク タとともに、 出力コンデンサはLT3991が生成する方形波をフィ ルタしてDC出力を生成します。 この機能では出力コンデンサ は出力リップルを決定するので、 スイッチング周波数でのイン ピーダンスが低いことが重要です。2番目の機能は、過渡負荷 に電流を供給してLT3991の制御ループを安定させるために エネルギーを蓄積することです。 セラミック・コンデンサの等価 直列抵抗（ESR） は非常に小さいので、最良のリップル性能を 与えます。次の値が出発点として適当です。 COUT = 100 VOUT fSW ここで、fSWの単位はMHz、COUTはμFで表した推奨出力容量 です。X5RまたはX7Rのタイプを使ってください。 この選択によ り、 出力リップルが小さくなり、過渡応答が良くなります。過渡 性能はコンデンサの値を大きくして改善することができます。 また、 出力容量を大きくすると出力電圧リップルが減少します。 スペースとコストを節約するため、 もっと小さな値の出力コン デンサを使うこともできますが、過渡性能が低下します。 コンデンサを選択するときは、 データシートを注意深く調べ て、動作条件（加えられる電圧や温度） での実際の容量を確 認してください。物理的に大きなコンデンサまたは電圧定格が 高いコンデンサが必要なことがあります。 コンデンサ・メーカー のリストを表3に示します。 表3．推奨セラミック・コンデンサ・メーカー MANUFACTURER WEBSITE AVX www.avxcorp.com Murata www.murata.com Taiyo Yuden www.t-yuden.com Vishay Siliconix www.vishay.com TDK www.tdk.com キャッチ・ダイオードの選択 キャッチ・ダイオード （ブロック図のD1） はスイッチ・オフ時間の 間だけ電流を流します。通常動作時の平均順方向電流は次 式で計算することができます。 ID(AVG) =IOUT VIN – VOUT VIN ここで、IOUTは出力負荷電流です。公称動作に必要な電流定 格より大きな電流定格のダイオードを検討する唯一の理由 は、 出力が短絡したときのワーストケース条件に対処するため です。 この場合、 ダイオード電流は標準ピーク・スイッチ電流ま で増加します。 ピーク逆電圧はレギュレータの入力電圧に等し くなります。逆電圧定格が入力電圧より大きいダイオードを使 います。 3991fa 13 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 表4． ショットキー・ダイオード。示されている逆電流値は25℃での 逆電流と逆電圧の標準曲線に基づいた推定値である。 VR (V) IAVE (A) MBR0520L 20 0.5 MBR0540 40 0.5 620 MBRM120E 20 1 530 MBRM140 40 1 550 PART NUMBER VF at 1A (mV) VF at 2A (mV) IR at VR = 20V 25°C (µA) On Semiconductor 30 0.4 595 0.5 20 Diodes Inc. B0530W 30 0.5 15 B0540W 40 0.5 620 1 B120 20 1 500 1.1 B130 30 1 500 1.1 B140 40 1 500 1.1 B150 50 1 700 0.4 B220 20 2 500 20 B230 30 2 500 0.6 B140HB 40 1 DFLS240L 40 2 DFLS140 40 1.1 510 1 DFLS160 60 1 500 2.5 DFLS2100 100 2 770 B240 40 2 1 500 4 860 0.01 500 0.45 Central Semiconductor CMSH1 - 40M 40 1 500 CMSH1 - 60M 60 1 700 CMSH1 - 40ML 40 1 400 CMSH2 - 40M 40 2 550 CMSH2 - 60M 60 2 700 CMSH2 - 40L 40 2 400 CMSH2 - 40 40 2 500 CMSH2 - 60M 60 2 700 さらに逆リーク電流にも配慮が必要です。 キャッチ・ダイオー ドが逆バイアスされると、 どんなリーク電流も負荷電流として 現れます。軽負荷状態で動作しているとき、LT3991によって 消費される低消費電流は逆リーク電流が最小のキャッチ・ダ イオードを使うことにより最適化されます。低リークのショット キー・ダイオードは多くの場合ある特定の電流で順方向電圧 降下が大きくなるので、低負荷と高負荷の効率の間にトレー ドオフが必要となることがあります。多くの場合、逆バイアス定 格が大きいショットキー・ダイオードのある出力電圧でのリー ク電流は逆バイアス定格が小さいダイオードに比べて小さく なります。 したがって、 ダイオードのサイズを代価にして優れた リーク電流性能を達成することができます。 いくつかのショッ トキー・ダイオードとそのメーカーを表4に示します。 セラミック・コンデンサ セラミック・コンデンサは小さく堅牢で、ESRが非常に小さい コンデンサです。 ただし、 セラミック・コンデンサは圧電特性の ため、LT3991に使用すると問題を生じることがあります。Burst Mode動作のとき、LT3991のスイッチング周波数は負荷電流 に依存し、非常に軽い負荷ではLT3991はセラミック・コンデン サを可聴周波数で励起し、可聴ノイズを発生することがありま す。LT3991はBurst Mode動作では低い電流リミットで動作す るので、普通に聴くとノイズは一般に非常に静かです。 それで も許容できない場合、高性能のタンタル・コンデンサまたは電 解コンデンサを出力に使用します。 セラミック・コンデンサに関する最後の注意点はLT3991の最 大入力電圧定格に関係します。前に述べたように、入力のセ ラミック・コンデンサはトレースやケーブルのインダクタンスと 結合して質の良い （減衰の小さな）共振タンク回路を形成しま す。LT3991の回路を給電中の電源に差し込むと、入力電圧に 公称値の2倍のリンギングが生じて、LT3991の定格を超える おそれがあります。 この状況は容易に避けられます （「安全な 活線挿入」 のセクションを参照）。 BOOSTピンとBDピンに関する検討事項 入力電圧より高い昇圧電圧を発生させるため、 コンデンサC3 と内部ショットキー・ダイオード （ブロック図を参照） が使われ ます。 ほとんどの場合、0.47μFのコンデンサで問題なく動作し ます。図3に昇圧回路の構成法を3つ示します。最高の効率を 得るには、BOOSTピンはSWピンより2.3V以上高くする必要 があります。3V以上の出力の場合、標準回路（図3a） が最適で す。2.8V∼3Vの出力には、1μFの昇圧コンデンサを使います。 2.5Vの出力は特殊なケースです。 なぜなら、 内部昇圧ダイオー ドを使って昇圧するドライブ段をサポートするのにかろうじて 3991fa 14 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 使えるからです。2.5Vの出力で信頼性の高いBOOSTピン動作 （4.3V） と最大デューティ・サイクルによって制限されます。正 を実現するには、 （ON SemiconductorのMBR0540のような） しく起動するには、最小入力電圧は昇圧回路によっても制限 条件に合った外部ショットキー・ダイオードと1μF昇圧コンデ されます。入力電圧をゆっくりランプさせると、昇圧コンデンサ ンサを使います（図3bを参照）。2.5Vより低い出力電圧の場 が完全に充電されないことがあります。昇圧コンデンサはイン 合、昇圧ダイオードを入力 （図3c） または2.8Vより高い別の外 ダクタに蓄えられたエネルギーによって充電されるので、昇圧 部電源に接続することができます。 ただし、電圧の低い方の電 回路を適切に動作させるには、回路は何らかの最小負荷電 圧源からBOOSTピンの電流が供給されるので、図3aの回路 流を必要とします。 この最小負荷は、入力電圧、 出力電圧およ の方が効率が高くなります。BOOSTピンとBDピンの最大電 び昇圧回路の構成に依存します。回路が起動した後は最小 圧定格を超えないようにすることも必要です。 負荷電流は通常ゼロになります。起動および動作に必要な最 小負荷電流を入力電圧の関数としてプロットしたものを図4に LT3991のアプリケーションの最小動作電圧は、 「 入力電圧 示します。多くの場合、放電した出力コンデンサがスイッチャ 範囲」のセクションで説明されているように、最小入力電圧 の負荷となるので、 スイッチャは起動できます。 プロットはVIN が非常にゆっくりランプアップするワーストケースの状態を 示しています。 もっと低い起動電圧の場合、昇圧ダイオードを BD VINに接続することができます。 ただし、 この場合、入力範囲が VIN VIN BOOST BOOSTピンの絶対最大定格の半分に制限されます。 LT3991 4.7µF GND C3 SW VOUT 5.0 4.8 4.6 VIN D2 BD VIN BOOST LT3991 4.7µF INPUT VOLTAGE (V) （3a）VOUT > 2.8Vの場合 GND TO START 4.2 4.0 TO RUN 3.8 3.6 3.4 VOUT = 3.3V TA = 25°C 3.2 L = 10µH f = 400kHz 3.0 10 C3 SW 4.4 VOUT 100 LOAD CURRENT (mA) 1000 100 LOAD CURRENT (mA) 1000 6.4 （3b）2.5V < VOUT < 2.8Vの場合 BD VIN BOOST LT3991 4.7µF GND C3 VOUT SW INPUT VOLTAGE (V) VIN 6.2 6.0 5.8 5.6 5.4 5.2 3991 FO3 （3c） VOUT < 2.5V、 VIN（MAX）= 27Vの場合 図3．昇圧電圧を発生させる3つの回路 TO START 5.0 TO RUN VOUT = 5V TA = 25°C L = 10µH f = 400kHz 10 3991 F04 図4．最小入力電圧は出力電圧、 負荷電流 および昇圧回路に依存する 3991fa 15 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 軽負荷ではインダクタ電流は不連続になり、 このため最小入 力電圧がVOUTの約400mV上に減少します。 もっと大きな負 荷電流ではインダクタ電流は連続しており、 デューティ・サイク ルはLT3991の最大デューティ・サイクルによって制限されるの で、安定化を維持するにはもっと高い入力電圧が必要です。 入力電圧が4.3Vより下のとき、 入力電流が数百μAに上昇する ことがあることに注意してください。 また、 デバイスは低温で、 ま たは7Vより下のVIN（EN）スレッショルドでスイッチング可能なこ とがあります。 VIN（EN）を異なる値に設定した標準的アプリケー ションにおける増加した入力電流の大きさを図6に示します。 イネーブル・ピン ENピンが L のときLT3991はシャットダウン状態になり、 この ピンが H のときアクティブになります。ENコンパレータの上 昇時スレッショルドは1.01Vで、30mVのヒステリシスがありま す。 シャットダウン機能を使わない場合、ENピンはV INに接続 することができます。 軽負荷電流に対してBurst Modeで動作しているとき、VIN（EN） の抵抗ネットワークを流れる電流はLT3991の消費電流より 簡単に大きくなることがあります。 したがって、VIN（EN）の抵抗 を大きくして低負荷での効率に対する影響を最小に抑えま す。 400 300 200 100 0 0 R3 +1 R4 LT3991 VIN R3 EN 1V + – 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 INPUT VOLTAGE (V) 6VのVIN（EN）の入力電流 500 この場合、 出力の安定化はVINがVIN（EN）を超えるまで開始さ れません。 コンパレータのヒステリシスのため、入力がVIN（EN） よりわずか下に下がるまでレギュレーションは停止しません。 1 VIN(EN) = 12V R3 = 11M R4 = 1M 400 INPUT CURRENT (µA) VIN(EN) = 12VのVIN（EN）の入力電流 500 INPUT CURRENT (µA) 抵抗分割器をVINからENに追加して、VINが望みの電圧を超 えているときだけ出力を安定化するようにLT3991をプログラ ムします （図5を参照）。 このスレッショルド （VIN（EN）） は、入力 電源が電流制限されているか、 または入力電源のソース抵抗 が比較的高い状況で通常使用されます。 スイッチング・レギュ レータはソースから一定の電力を引き出すので、 ソース電圧 が低下するにつれ、 ソース電流が増加します。 この現象はソー スからは負の抵抗負荷のように見えるため、低いソース電圧 状態では、 ソースが電流制限したり、 あるいは低電圧にラッチ することがあります。VIN（EN）スレッショルドはこの問題が発生 するおそれのあるソース電圧でレギュレータが動作するのを 防ぎます。 このスレッショルドは、次式を満足するようにR3と R4の値を設定することにより調整することができます。 300 200 100 SHDN 0 R4 0 1 3991 F05 図5． プログラムされたイネーブル・スレッショルド VIN(EN) = 6V R3 = 5M R4 = 1M 2 3 4 INPUT VOLTAGE (V) 5 6 3991 F06 図6．6Vおよび12Vのプログラムされた VIN（EN）の入力電流と入力電圧 3991fa 16 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 ソフトスタート SSピンを使ってスタートアップ時の最大入力電流を抑えるこ とにより、LT3991をソフトスタートさせることができます。内部 1μA電流源が外部コンデンサを充電して、SSピンに電圧ラン プを発生します。SSピンは内部のVCノードをクランプし、 それ によって電流リミットをゆっくりランプアップさせます。SSピン が約1.5V以上のとき最大電流リミットに達します。十分大きな コンデンサを選択することにより、出力はオーバーシュートな しにレギュレーションに達することができます。 ソフトスタート・ コンデンサに直列な100k抵抗を推奨します。負荷が3.3Ωで、 SSに10nFのコンデンサと100kの抵抗を使った標準的アプリ ケーションで、ENピンを10msの間 H に引き上げたときの、 ス タートアップ波形を図7に示します。 外部SSコンデンサはENが L のときだけアクティブに放電し ます。ENが L のとき、外部SSコンデンサは約150Ωを通して 放電します。ENピンは、 スタートアップ前に、外部コンデンサが 150Ωのプルダウン抵抗と外部直列抵抗を通して完全に放電 するのに十分な時間 L にする必要があります。 VSS 0.5V/DIV VOUT 2V/DIV IL 0.5A/DIV 2ms/DIV 3991 F07 図7．SSに10nFのコンデンサと100kの抵抗を使った 表紙のアプリケーションのソフトスタート波形。 ENを約10msのパルスで H にドライブ 3.3Ωの負荷抵抗を使い、 同期 低リップルBurst Mode動作を選択するには、 SYNCピンを0.6V より下に接続します （これにはグランドまたはロジック L の出 力を使うことができます）。 LT3991は外部クロックに同期しているときは低負荷でBurst Mode動作に入らず、代わりにパルスをスキップして安定化状 態を維持します。 LT3991は250kHz∼2MHzの範囲で同期させることができま す。LT3991のスイッチング周波数を最低同期入力より20%下 に設定するようにRT抵抗を選択します。 たとえば、 同期信号が 250kHz以上であれば、200kHzに設定するRTを選択します。信 頼性が高く安全な動作を保証するため、出力が安定化状態 に近づいたことをPGフラグが示すときだけLT3991は同期しま す。 したがって、RT抵抗で設定された周波数で必要な出力電 流を供給するのに十分大きなインダクタの値を選択する必要 があります （「インダクタの選択」 のセクションを参照）。 スロー プ補償はRTの値によって設定され、低調波発振を防ぐのに 必要な最小スロープ補償はインダクタのサイズ、入力電圧、 お よび出力電圧によって決まります。同期周波数はインダクタの 電流波形のスロープを変えないので、 インダクタが十分大きく てRTによって設定される周波数で低調波発振を防ぐなら、 ス ロープ補償は全同期周波数で十分です。 短絡入力と逆入力に対する保護 過度に飽和しないようにインダクタを選択すると、LT3991降 圧レギュレータは出力の短絡に耐えます。LT3991に入力が加 わっていないときにも出力が高く保たれるシステムでは考慮す べき別の状況があります。 それはバッテリ充電アプリケーショ ンまたはバッテリや他の電源がLT3991の出力とダイオードOR 接続されているバッテリ・バックアップ・システムで発生するこ とがあります。VINピンがフロート状態で、ENピンが（ロジック 信号によって、 あるいはVINに接続されていて）H に保持され ていると、SWピンを通してLT3991の内部回路に静止電流が 流れます。 この状態で数μAの電流を許容できるシステムであ ればこれは問題ありません。ENピンを接地すればSWピンの 電流は実質的にゼロに低下します。 ただし、 出力を高く保持し た状態でVINを接地すると、ENには関係なく、 出力からSWピ ンおよびVINピンを通ってLT3991内部の寄生ダイオードに電 流が流れる可能性があります。入力電圧が与えられているとき だけ動作し、短絡入力や逆入力に対して保護する回路を図8 に示します。 デューティ・サイクルが20%∼80%の方形波をSYNCピンに接 続することにより、LT3991の発振器を外部周波数に同期させ ることができます。方形波の振幅は、0.6Vより下の谷と1.0Vよ り上（最大6V） の山が必要です。 3991fa 17 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 D4 MBRS140 VIN VIN BOOST EN SW L1 C2 VOUT VOUT LT3991 GND BD FB + BACKUP RPG C4 3991 F07 図8． ダイオードD4は、 出力に接続されたバックアップ用バッテリが 短絡入力によって放電するのを防ぐ。 また、逆入力から回路を 保護する。LT3991は入力が与えられているときだけ動作する PCBのレイアウト 動作を最適化し、EMIを最小にするには、 プリント回路基板の レイアウト時に注意が必要です。推奨部品配置とトレース、 グ ランド・プレーンおよびビアの位置を図9に示します。大きなス イッチング電流がLT3991のVINピンとSWピン、 キャッチ・ダイ オード （D1） および入力コンデンサ （C1） を流れることに注意し てください。 これらの部品が形成するループはできるだけ小さ くします。 これらの部品とインダクタおよび出力コンデンサは回 路基板の同じ側に配置し、 それらをその層で接続します。 これ らの部品の下には切れ目のないローカル・グランド・プレーン を配置します。SWノードとBOOSTノードはできるだけ小さくし ます。最後に、 グランド・トレースがSWノードとBOOSTノード からFBノードとRTノードをシールドするように、FBノードとVC ノードは小さくします。 パッケージの底の露出パッドは、 ヒート シンクとして機能するように、 グランド・プレーンに半田付けす る必要があります。熱抵抗を低く保つには、 グランド・プレーン をできるだけ広げ、基板内の追加グランド・プレーンや裏側へ のサーマル・ビアをLT3991の下や近くに追加します。 安全な活線挿入 セラミック・コンデンサはサイズが小さく、堅牢でインピーダン スが低いので、LT3991の回路の入力バイパス・コンデンサに 最適です。 ただし、 スイッチの入った電源にLT3991が差し込ま れると、 これらのコンデンサは問題を生じることがあります。低 損失のセラミック・コンデンサは電源に直列の浮遊インダクタ ンスと結合して減衰の小さなタンク回路を形成し、LT3991の C5 D1 GND RT C3 R1 R2 C1 GND 3991 F09 ローカル・グランド・プレーンへのビア RUN/SSへのビア VOUTへのビア PGへのビア SYNCへのビア VINへのビア ローカル・グランド・ プレーンのアウトライン 図9．適切な低EMI動作を保証する優れたPCBレイアウト VINピンの電圧に公称入力電圧の2倍に達するリンギングを生 じる可能性があり、LT3991の定格を超えてデバイスを傷める おそれがあります。入力電源の制御が十分でなかったり、 ユー ザーがLT3991を給電中の電源に差し込んだりする場合、 この ようなオーバーシュートを防ぐように入力ネットワークを設計 する必要があります。詳細な説明に関しては、弊社の 「アプリ ケーションノート88」 を参照してください。 高温に関する検討事項 もっと高い周囲温度では、PCBのレイアウトに注意を払い、 LT3991に十分なヒートシンクが与えられるようにします。パッ ケージの底の露出パッドをグランド・プレーンに半田付けする 必要があります。 このグランドはサーマル・ビアを使って下の大 きな銅層に接続します。 これらの層はLT3991が発生する熱を 放散します。 ビアを追加すると、熱抵抗をさらに減らすことがで きます。周囲温度が最大接合部温度の定格に近づくにつれ、 最大負荷電流をディレーティングします。 3991fa 18 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 アプリケーション情報 LT3991内部の電力損失は効率測定から計算される総電力損 失からキャッチ・ダイオードの損失とインダクタの損失を差し 引いて推測することができます。 ダイ温度は、LT3991の電力損 失に （接合部から周囲への）熱抵抗を掛けて計算します。 パワー・ショットキー・ダイオードのリーク電流は、接合部温度 とともに指数関数的に増加することにも注意してください。パ ワー・スイッチが閉じると、パワー・ショットキー・ダイオードは パワー・コンバータの出力フィルタ段に並列になります。 その 結果、 ダイオードのリーク電流の増加により実質的に負荷が 増加し、 それに対応して入力電力が増加します。 したがって、 キャッチ・ショットキー・ダイオードは注意して選択し、高温で の軽負荷時消費電流の過度の増加を防ぐ必要があります。 リニアテクノロジー社の他の出版物 「アプリケーションノート」の19、35および44には降圧レギュ レータと他のスイッチング・レギュレータの詳細な説明と設計 情報が含まれています。LT1376のデータシートには出力リップ ル、 ループ補償および安定性のテストに関するさらに広範な 説明が与えられています。 「デザインノート318」 には降圧レギュ レータを使った両極出力電圧を発生させる方法が示されてい ます。 標準的応用例 2.5V降圧コンバータ 5V降圧コンバータ VIN 4.3V TO 55V VIN 6.6V TO 55V VIN VIN EN OFF ON OFF ON BOOST 0.47µF PG 4.7µF SS SW LT3991 EN BOOST 1µF PG 10µH 4.7µF SS SW LT3991 10µH RT RT BD 118k SYNC VOUT 5V 1.2A 1M FB GND BD 10pF 47µF 309k f = 400kHz 162k SYNC 10pF 1M FB GND 909k f = 300kHz 47µF VOUT 2.5V 1.2A 3991 TA03 3991 TA02 3.3V降圧コンバータ 5V降圧コンバータ VIN 4.3V TO 55V VIN 6.6V TO 55V EN OFF ON VIN BOOST 0.47µF PG SS 4.7µF OFF ON LT3991 10µH SW VOUT 3.3V 1.2A BOOST 0.47µF 15µH SS 4.7µF LT3991-5 SW RT BD f = 400kHz VIN PG RT 118k EN./UVLO SYNC GND BD 10pF 118k 1.78M FB 47µF 1M f = 400kHz SYNC GND VOUT 5V 1.2A VOUT 47µF 3991 TA10 3991 TA09 3991fa 19 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的応用例 1.8V降圧コンバータ VIN 4.3V TO 37V VIN BD EN OFF ON BOOST 0.47µF PG SS 4.7µF SW LT3991 6.8µH RT 10pF 162k SYNC GND 1M f = 300kHz VOUT 1.8V 1.2A 511k FB 100µF 3991 TA05 12V降圧コンバータ VIN 16V TO 55V VIN EN OFF ON BOOST 0.47µF PG 10µF SS SW LT3991 10µH RT BD 49.9k SYNC GND 10pF 110k f = 800kHz VOUT 12V 1.2A 1M FB 10µF 3991 TA06 低電圧ロックアウト、 ソフトスタート、 およびパワーグッド付きの3.3V降圧コンバータ VIN 6V TO 55V 5M VIN BOOST EN 0.47µF SW 4.7µF SS 100k 150k LT3991 RT PG BD 1M PGOOD 10pF 1nF 118k 10µH SYNC f = 400kHz GND 1M FB 562k 47µF VOUT 3.3V 1.2A 3991 TA06 3991fa 20 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 標準的応用例 高インピーダンス入力ソース付き4V降圧コンバータ R + – 10M 48V + VIN EN CBULK 100µF 432k 0.47µF PG SS 4.7µF BOOST 100k LT3991 SW * 平均出力電力は高インピーダンス・ソースが 供給可能な電力を超えることはできない。 つまり、 10µH POUT(MAX) = RT BD 2nF 10pF 118k SYNC f = 400kHz GND VOUT 4V 1.2A* 1M FB 412k V2 •η 4R ここで、Vはソースの電圧、Rは内部ソース・イン ピーダンス、ηはLT3991の効率。1.2Aの最大出 力電流はバルク入力コンデンサによって供給 可能なエネルギーに基づいて短時間供給する ことができる。 100µF 3991 TA07a 最大負荷パルスのソース 高インピーダンスの入力ソースからのスタートアップ VIN 2V/DIV VIN 10V/DIV VOUT 200mV/DIV VOUT 2V/DIV IL 1A/DIV IL 1A/DIV 500µs/DIV 3991 TA07b 2ms/DIV 3991 TA07c 3991fa 21 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 パッケージ DDパッケージ 10ピン・プラスチックDFN （3mm 3mm） （Reference LTC DWG # 05-08-1699 Rev C） R = 0.125 TYP 6 0.40 ± 0.10 10 0.70 ±0.05 3.55 ±0.05 1.65 ±0.05 2.15 ±0.05 (2 SIDES) 1.65 ± 0.10 (2 SIDES) 3.00 ±0.10 (4 SIDES) ピン1の トップ・マーキング （NOTE 6） パッケージ の外形 ピン1のノッチ R=0.20または 0.35 45 の 面取り 5 0.25 ± 0.05 0.75 ±0.05 0.200 REF 0.50 BSC 2.38 ±0.05 (2 SIDES) 0.00 – 0.05 推奨する半田パッドのピッチと寸法 NOTE： 1. 図はJEDECパッケージ・アウトラインMO-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. 全ての寸法はミリメートル 1 (DD) DFN REV C 0310 0.25 ± 0.05 0.50 BSC 2.38 ±0.10 (2 SIDES) 底面図―露出パッド 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 MSEパッケージ 10ピン・プラスチックMSOP、 露出ダイ・パッド （Reference LTC DWG # 05-08-1664 Rev G） 露出パッド・オプションの 底面 1.88 ± 0.102 (.074 ± .004) 5.23 (.206) MIN 1 0.889 ± 0.127 (.035 ± .005) 1.68 ± 0.102 (.066 ± .004) 1.88 (.074) 0.05 REF 3.20 – 3.45 (.126 – .136) DETAIL “B” DETAIL “B” 10 0.50 (.0197) BSC 0.305 ± 0.038 (.0120 ± .0015) TYP 3.00 ± 0.102 (.118 ± .004) (NOTE 3) 推奨半田パッド・レイアウト 0.254 (.010) コーナーテールは リードフレームの輪郭の一部 参考のためのみ 測定が目的ではない 0.497 ± 0.076 (.0196 ± .003) REF 3.00 ± 0.102 (.118 ± .004) (NOTE 4) 0° – 6° TYP ゲージ・プレーン 0.53 ± 0.152 (.021 ± .006) DETAIL “A” 0.18 (.007) 10 9 8 7 6 4.90 ± 0.152 (.193 ± .006) DETAIL “A” 0.29 REF 1.68 (.066) シーティング・ プレーン 1 2 3 4 5 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 6. 露出パッドの寸法にはモールドのバリを含まない 露出パッドのモールドのバリは、 各サイドで0.254mm（0.010"） を超えないこと 0.1016 ± 0.0508 (.004 ± .002) MSOP (MSE) 0910 REV G 3991fa 22 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 改訂履歴 （改訂履歴はRev Aから開始） REV 日付 概要 ページ番号 A 01/11 固定電圧オプション 3.3Vと5Vを追加、 データシート全体に反映 1～24 3991fa 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。 23 LT3991/LT3991-3.3/LT3991-5 関連製品 製品番号 説明 注釈 LT3970 IQ = 2.5μAの、40V、350mA、2.2MHz 高効率マイクロパワー降圧DC/DCコンバータ LT3990 IQ = 2.5μAの、62V、350mA、2.2MHz 高効率マイクロパワー降圧DC/DCコンバータ LT3971 IQ = 2.8μAの、38V、1.2A、2.2MHz 高効率マイクロパワー降圧DC/DCコンバータ LT3682 36V（最大60V）、1A、2.2MHz 高効率マイクロパワー降圧DC/DCコンバータ LT3689 60Vまでの過渡保護付き、36V、800mA、2.2MHz 高効率マイクロパワー降圧DC/DCコンバータ、 PORリセットおよびウオッチドッグ・タイマ付き LT3480 LT3980 60Vまでの過渡保護付き、36V、2A（IOUT）、2.4MHz 高効率降圧DC/DCコンバータ、Burst Mode動作付き 80Vまでの過渡保護付き、58V、2A（IOUT）、2.4MHz 高効率降圧DC/DCコンバータ、Burst Mode動作付き VIN：4.2V∼40V、VOUT（MIN）= 1.21V、IQ = 2.5μA、 ISD < 1μA、MSOP-10および3mm 2mm DFN-10パッケージ VIN：4.2V∼62V、VOUT（MIN）= 1.21V、IQ = 2.5μA、 ISD < 1μA、MSOP-10および3mm 2mm DFN-10パッケージ VIN：4.3V∼38V、VOUT（MIN）= 1.21V、IQ = 2.8μA、 ISD < 1μA、MSOP-10Eおよび3mm 3mm DFN-10パッケージ VIN：3.6V∼36V、VOUT（MIN）= 0.8V、IQ = 75μA、 ISD < 1μA、3mm 3mm DFN-12パッケージ VIN：3.6V∼36V（60Vまでの過渡保護）、VOUT（MIN）= 0.8V、IQ = 75μA、 ISD < 1μA、3mm 3mm QFN-16パッケージ VIN：3.6V∼36V（60Vまでの過渡保護）、VOUT（MIN）= 0.78V、IQ = 70μA、 ISD < 1μA、MSOP-10Eおよび3mm 3mm DFN-10パッケージ VIN：3.6V∼58V（80Vまでの過渡保護）、VOUT（MIN）= 0.78V、IQ = 85μA、 ISD < 1μA、MSOP-16Eおよび3mm 4mm DFN-16パッケージ 3991fa 24 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 TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp ● ● LT 0211 REV A • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2009