LTC3521 1A昇降圧DC/DCコンバータ およびデュアル600mA 降圧DC/DCコンバータ 特長 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 概要 3個の高効率DC/DCコンバータ： 昇降圧（VOUT：1.8V∼5.25V、IOUT：1A） デュアル降圧（VOUT：0.6V∼VIN、IOUT：600mA） 入力電圧範囲：1.8V∼5.5V ピンで選択可能なBurst Mode®動作 Burst Mode動作時の全静止電流：30µA LTC®3521は、1A昇降圧DC/DCコンバータと2つの600mA同 期整流式降圧DC/DCコンバータを一体化したデバイスです。 1.1MHzのスイッチング周波数により、 ソリューションの実装面 積を最小限に抑えつつ、高効率を維持します。3つのコンバー タはいずれもソフトスタートと内部補償機能を備えているので、 ソリューションの実装面積を最小限に抑え、設計プロセスを 簡素化します。 個別のパワーグッド・インジケータ出力 ソフトスタート内蔵 熱保護および過電流保護 シャットダウン時の消費電流：2µA未満 小型4mm×4mm QFNパッケージと 熱特性が改善されたTSSOPパッケージ 降圧コンバータは電流モードで制御され、 内蔵の同期整流器 を利用して効率を改善します。降圧コンバータはデューティ・ サイクル100%の動作をサポートして、 バッテリの寿命を延ばし ます。PWMピンを L に保つと、降圧コンバータは重負荷では Burst Mode動作からPWMモードに自動的に移行します。 PWM ピンを H に保つと、降圧コンバータは低ノイズ、1.1MHzの PWMモードを維持します。 アプリケーション バーコード・リーダ 医療用機器 ■ ハンディ端末 ■ PDA、 ハンドヘルドPC ■ GPSレシーバ ■ 昇降圧コンバータは連続導通動作を行うので、効率を最大限 に高めてノイズを最小限に抑えます。軽負荷では、昇降圧コン バータをBurst Modeで動作できるので、効率を改善して無負 荷時のスタンバイ電流を低減することができます。 ■ L、LT、LTC、LTM、Linear Technology、Burst ModeおよびLinearのロゴはリニアテクノロジー社 の登録商標です。PowerPathはリニアテクノロジー社の商標です。 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。6404251、6166527を含む米国特許によって保護されて います。 LTC3521のすべてのコンバータは、 2µA未満のシャットダウン・ モード、過熱保護シャットダウン、 および電流制限保護機能を 備えています。 LTC3521は、 24ピンの0.75mm 4mm 4mm QFN パッケージ、および熱特性が改善された20ピンTSSOPパッ ケージで供給されます。 標準的応用例 VOUT1 3.3V 800mA (1A, VIN > 3.0V) + Li-Ion 4.7µF 4.7µH PVIN1 VIN PVIN2 SW2 SW1A 4.7µH 137k SW1B FB2 VOUT1 22µF 1.0M 221k OFF BURST 68.1k LTC3521 ON PWM VOUT2 1.8V 10µF 600mA FB1 SW3 SHDN1 FB3 SHDN2 SHDN3 PGOOD1 PWM PGOOD2 PGND1A PGOOD3 PGND1B GND PGND2 4.7µH 100k VOUT3 1.2V 600mA 10µF 100k 3521 TA01a EFFICIENCY (%) VIN 2.4V TO 4.2V 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 2.4 効率と入力電圧 VOUT1 = 3.3V IOUT = 500mA VOUT3 = 1.2V IOUT = 200mA VOUT2 = 1.8V IOUT = 200mA 4.4 3.4 VIN (V) 5.4 3521 TA01b 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 1 LTC3521 絶対最大定格 （Note 1） PVIN1、PVIN2、VINの電圧 .......................................... −0.3V～6V SW1A、SW1B、 SW2、 SW3の電圧 DC ........................................................................ −0.3V～6V パルス < 100ns ....................................................... −1V～7V その他のピンの電圧 .............................................. −0.3V～6V 動作接合部温度範囲（Note 2、5）.................... −40℃～125℃ 保存温度範囲................................................... −65℃～150℃ ピン配置 SW2 PGND1A 20 PVIN2 24 23 22 21 20 19 FB2 2 19 SW2 SHDN2 3 18 PGND2 PGOOD3 4 17 SW3 PGOOD3 2 PGOOD2 5 16 VOUT1 PGOOD2 3 PGOOD1 6 15 SW1A PGOOD1 4 VIN 7 14 SW1B VIN 5 GND 8 13 PVIN1 GND 6 PWM 9 12 SHDN1 FB1 10 11 SHDN3 SHDN2 1 17 SW3 16 VOUT1 25 PGND1A 15 SW1A 14 SW1B PVIN1 9 10 11 12 PGND1B 8 SHDN1 7 FB1 13 NC SHDN3 FE PACKAGE 20-LEAD PLASTIC TSSOP TJMAX = 150°C, θJA = 40°C/W (NOTE 4) UNDERSIDE METAL INTERNALLY CONNECTED TO V – (PCB CONNECTION OPTIONAL) EXPOSED PAD (PIN 21) IS PGND1A AND MUST BE SOLDERED TO PCB GROUND 18 PGND2 PWM 21 PGND1A NC 1 FB3 FB3 FB2 PVIN2 TOP VIEW TOP VIEW UF PACKAGE 24-LEAD (4mm × 4mm) PLASTIC QFN TJMAX = 125°C, θJA = 37°C/W EXPOSED PAD (PIN 25) IS PGND1A AND MUST BE SOLDERED TO PCB GROUND 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 LTC3521EFE#PBF LTC3521EFE#TRPBF LTC3521FE 20-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C LTC3521IFE#PBF LTC3521IFE#TRPBF LTC3521FE 20-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C LTC3521EUF#PBF LTC3521EUF#TRPBF 3521 24-Lead (4mm × 4mm) Plastic QFN –40°C to 125°C LTC3521IUF#PBF LTC3521IUF#TRPBF 3521 24-Lead (4mm × 4mm) Plastic QFN –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。 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。 3521fb 2 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 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TJ = 25℃での値（Note 2）。注記がない限り、VIN、PVIN1、PVIN2 = 3.6V、VOUT1 = 3.3V。 PARAMETER CONDITIONS MIN Input Voltage l Quiescent Current—Shutdown VSHDN1 = VSHDN2 = VSHDN3 = 0V (Note 6) Burst Mode Quiescent Current VFB1 = 0.66V, VFB2 = 0.66V, VFB3 = 0.66V, VPWM = 0V TYP 1.8 0.01 l MAX 5.5 V 2 µA 30 Oscillator Frequency l 0.85 SHDN1, SHDN2, SHDN3, PWM Input High Voltage l 1.4 SHDN1, SHDN2, SHDN3, PWM Input Low Voltage l 1.1 UNITS µA 1.35 MHz V 0.4 V Power Good Outputs Low Voltage IPGOOD1 = IPGOOD2 = IPGOOD3 = 1mA 0.1 0.2 V Power Good Outputs Leakage Current VPGOOD1 = VPGOOD2 = VPGOOD3 = 5.5V 0.1 10 µA Buck Converters PMOS Switch Resistance 0.205 Ω NMOS Switch Resistance 0.170 Ω NMOS Switch Leakage Current VSW2 = VSW3 = 5.5V, VIN = 5.5V 0.1 PMOS Switch Leakage Current VSW2 = VSW3 = 0V, VIN = 5.5V Feedback Voltage (Note 4) Feedback Input Current VFB2 = VFB3 = 0.6V PMOS Current Limit (Note 3) l 750 Maximum Duty Cycle VFB2 = VFB3 = 0.55V l 100 Minimum Duty Cycle VFB2 = VFB3 = 0.66V l PGOOD Threshold VFB2,3 Falling Power Good Hysteresis VFB2,3 Returning Good l 0.585 –12 5 µA 0.1 10 µA 0.6 0.612 V 1 50 nA 1050 mA % –9 0 % –6 % 2 % Buck-Boost Converter Output Voltage l 1.8 5.25 V PMOS Switch Resistance 0.110 Ω NMOS Switch Resistance 0.085 Ω NMOS Switch Leakage Current VSW1A = VSW1B = 5.5V, VIN = 5.5V 0.1 5 µA PMOS Switch Leakage Current VSW1A = VSW1B = 0V, VIN = 5.5V 0.1 10 µA Feedback Voltage (Note 4) l 0.585 0.6 0.612 V 1 50 nA l 1.65 2.1 A 375 mA 94 % Feedback Input Current VFB1 = 0.6V Average Current Limit (Note 3) Reverse Current Limit (Note 3) Maximum Duty Cycle VFB1 = 0.55V l Minimum Duty Cycle VFB1 = 0.66V l PGOOD Threshold VFB1 Falling Power Good Hysteresis VFB1 Returning Good 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。 85 0 –12 –9 3 –6 % % % Note 2：LT3521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。LTC3521Eは0℃～ 85℃の温度範囲で性能仕様に適合することが保証されている。−40℃～125℃の動作接合部 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 これら 認されている。LTC3521Iは−40℃～125℃の全動作接合部温度範囲で保証されている。 の仕様と調和する最大周囲温度は、基板レイアウト、 パッケージの定格熱インピーダンスなど の環境要因と関連した特定の動作条件によって決まることに注意。 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 3 LTC3521 電気的特性 Note 3：電流測定はLTC3521がスイッチングしていないときに行われる。 動作時の電流制限値は コンパレータの伝播遅延によりいくらか高くなる。 Note 4：LTC3521は各FBピンを各エラーアンプの出力に接続する独自のテスト・モードでテスト される。 Note 5：このデバイスには短時間の過負荷状態のあいだデバイスを保護するための過温度保 護が備わっている。過温度保護がアクティブなとき接合部温度は125˚Cを超える。規定された 最大動作接合部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。 Note 6：シャットダウン電流はVINピンで測定され、 PMOSスイッチのリーク電流を含まない。 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 昇降圧コンバータの効率と負荷電流 （リチウムイオンから3.3V） 100 VIN = 2.7V VIN = 4.2V 90 降圧コンバータの効率と負荷電流 （リチウムイオンから2.5V） 140 PWM MODE 100 70 60 80 50 Burst Mode 40 OPERATION 60 30 40 20 0 0.1 1 70 0 0.1 80 60 40 30 Burst Mode POWER LOSS 20 0 0.1 40 20 10 1 100 10 LOAD CURRENT (mA) 0 1000 100 10 LOAD CURRENT (mA) 3521 G02 50 0 1000 LOAD CURRENT (mA) EFFICIENCY (%) 60 1 60 120 100 50 20 降圧コンバータのBurst Modeの 電流スレッショルドと入力電圧 140 PWM MODE 40 Burst Mode POWER LOSS 10 POWER LOSS (mW) 70 Burst Mode OPERATION 60 40 3521 G01 VIN = 2.7V VIN = 4.2V 90 80 50 降圧コンバータの効率と負荷電流 （リチウムイオンから1.8V） 100 120 100 60 20 0 1000 100 10 LOAD CURRENT (mA) PWM MODE Burst Mode OPERATION 30 20 Burst Mode POWER LOSS 10 140 POWER LOSS (mW) 100 EFFICIENCY (%) 80 POWER LOSS (mW) EFFICIENCY (%) 80 80 VIN = 3.6V VIN = 4.2V 90 120 VOUT = 1.2V 40 30 20 10 0 1.5 VOUT = 1.8V VOUT = 2.5V 2 3521 G03 2.5 3 3.5 VIN (V) 4 4.5 5 5.5 3521 G04 3521fb 4 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 降圧コンバータの スイッチのRDS（ON）と温度 昇降圧コンバータの スイッチのRDS（ON）と温度 350 160 VIN = 3.6V 140 VOUT1 = 3.3V NMOS (SWITCHES B AND C) 60 0.6 PMOS CHANGE FROM 25°C (%) RDS(ON) (mΩ) NMOS 200 150 100 40 50 20 0 –40 –20 0 20 40 60 80 0 –40 –20 100 120 0 20 40 60 80 CHANGE IN FEEDBACK VOLTAGE FROM 25°C (%) 2.0 CHANGE FROM VIN = 3.6V (%) 1.5 1.0 0.5 0 –0.5 –1.0 –1.5 3.3 3.8 4.3 4.8 5.3 0.1 0 –0.1 –0.2 –0.3 –0.4 –0.5 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 27 0 –0.1 –0.2 –0.3 –0.4 –0.5 –50 1500 80 VOUT = 3V –25 0 4.3 4.8 5.3 VIN (V) 25 50 75 100 60 VOUT = 5V 50 40 30 20 0 1.8 125 3521 G10 L = 4.7µH 1300 70 VOUT = 3.3V 1100 900 VOUT = 5V 700 500 300 10 3.8 0.1 昇降圧コンバータの最大負荷電流と 入力電圧（PWMモード時） LOAD CURRENT (mA) MAXIMUM LOAD CURRENT (mA) QUIESCENT CURRENT (µA) 29 3.3 0.2 TEMPERATURE (°C) 90 ALL THREE CONVERTERS ENABLED 2.8 3521 G07 昇降圧コンバータの最大負荷電流と 入力電圧（Burst Mode動作時） 消費電流と入力電圧 31 90 110 3521 G09 Burst Mode動作時の 2.3 –0.6 TEMPERATURE (°C) 3521 G08 25 1.8 –0.4 降圧コンバータの帰還電圧と温度 0.2 VIN (V) 33 –0.2 昇降圧コンバータの 帰還電圧と温度 スイッチング周波数と入力電圧 2.8 0 3521 G06 3521 G05 2.3 0.2 –1.0 –50 –30 –10 10 30 50 70 TEMPERATURE (°C) 100 120 TEMPERATURE (°C) TEMPERATURE (°C) –2.0 1.8 0.4 –0.8 CHANGE IN FEEDBACK VOLTAGE FROM 25°C (%) RDS(ON) (mΩ) 0.8 250 100 80 VIN = 3.6V 300 PMOS (SWITCHES A AND D) 120 スイッチング周波数と温度 1.0 2.3 2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 5.3 VIN (V) 3521 G11 100 1.8 2.3 2.8 3.3 3.8 VIN (V) 4.3 4.8 5.3 3521 G13 3521 G12 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 5 LTC3521 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃。 昇降圧コンバータの0mAから 750mAへの負荷ステップ 無負荷での消費電流と入力電圧 QUIESCENT CURRENT (µA) 60 VOUT 100mV/DIV 55 VIN = 3.6V, VOUT = 3.3V L = 4.7µH COUT = 22µF 50 INDUCTOR CURRENT 500mA/DIV 45 3521 G15 100µs/DIV 40 1.8 2.3 2.8 3.3 3.8 4.3 4.8 VIN (V) 3521 G14 昇降圧コンバータのBurst Mode 動作からPWMモードへの移行 降圧コンバータの10mAから400mA への負荷ステップ （PWMモード時） INDUCTOR CURRENT 200mA/DIV VOUT 20mV/DIV VOUT 100mV/DIV INDUCTOR CURRENT 200mA/DIV INDUCTOR CURRENT 200mA/DIV 昇降圧コンバータの 電流制限と温度 3350 VIN = 3.6V VOUT = 1.8V 昇降圧コンバータの ピーク電流制限と温度 1150 3521 G18 100µs/DIV L = 4.7µH COUT = 10µF 降圧コンバータの 電流制限と温度 2050 2000 CURRENT LIMIT (mA) 1100 2100 1950 –50 3521 G17 100µs/DIV L = 4.7µH COUT = 10µF VIN = 3.6V VOUT = 1.8V CURRENT LIMIT (mA) CURRENT LIMIT (mA) 2150 降圧コンバータの10mAから400mA への負荷ステップ （Burst Mode動作時） VOUT 100mV/DIV 3521 G16 50µs/DIV L = 4.7µH COUT = 22µF VIN = 3.6V VOUT = 3.3V 5.3 3300 3250 1050 1000 950 –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 100 125 3521 G19 3200 –50 –25 0 25 50 75 100 TEMPERATURE (°C) 125 3521 G20 900 –50 –25 0 25 50 75 TEMPERATURE (°C) 100 125 3521 G21 3521fb 6 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 ピン機能 （FE/UFパッケージ） FB3 （ピン1/ピン23） ：降圧コンバータのVOUT3出力電圧に接続 された抵抗分割器から得られる降圧コンバータの帰還電圧。 降圧コンバータの出力電圧は次式で与えられます。 ここで、R1 はFB3とグランド間の抵抗、R2はFB3と降圧コンバータ出力電 圧間の抵抗です。 ⎛ R2 ⎞ VOUT3 = 0.6 V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ に使用する低電流電源接続ピン。 このピンは、4.7μF以上のセ ラミック・コンデンサでバイパスします。バイパス・コンデンサ はできるだけピンに近い位置に配置して、 グランドへのリター ンパスを短くします。VIN、PVIN1、PVIN2の各ピンはアプリケー ション回路で一緒に接続する必要があります。 GND （ピン8/ピン6） ：小信号グランド。 このピンはLTC3521の内 FB2 （ピン2/ピン24） ：降圧コンバータのVOUT2出力電圧に接続 された抵抗分割器から得られる降圧コンバータの帰還電圧。 降圧コンバータの出力電圧は次式で与えられます。 ここで、R1 はFB2とグランド間の抵抗、R2はFB2と降圧コンバータ出力電 圧間の抵抗です。 VOUT2 VIN （ピン7/ピン5） ：LTC3521の内部回路に電力を供給するの ⎛ R2 ⎞ = 0.6 V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ SHDN2（ ピン3/ピン1 ） ：このピンを1.4Vより上に強制すると、 SW2の降圧コンバータ出力をイネーブルします。 このピンを0.4V より低い電圧に強制すると、 降圧コンバータをディスエーブルし ます。 このピンをフロート状態にしておくことはできません。 PGOOD3（ピン4/ピン2） ：このピンはオープン・ドレイン出力で す。V OUT3 降圧出力電圧がレギュレーション状態でなくなる か、 デバイスが過温度シャットダウンするか、 デバイスが低電 圧ロックアウト状態になるか、 またはSHDN3ピンが L になる と L になります。 PGOOD2（ピン5/ピン3） ：このピンはオープン・ドレイン出力で す。V OUT2 降圧出力電圧がレギュレーション状態でなくなる か、 デバイスが過温度シャットダウンするか、 デバイスが低電 圧ロックアウト状態になるか、 またはSHDN2ピンが L になる と L になります。 PGOOD1（ピン6/ピン4） ：このピンはオープン・ドレイン出力で す。VOUT1昇降圧出力電圧がレギュレーション状態でなくなる か、 デバイスが過温度シャットダウンするか、 デバイスが低電 圧ロックアウト状態になるか、昇降圧コンバータが電流制限 状態になるか、 またはSHDN1ピンが L になると L になりま す。PWMモードにおけるこのピンの機能の詳細については、 こ のデータシートの 「動作」 のセクションを参照してください。 部回路のグランド・リファレンスとして使われます。 PWM （ピン9/ピン7） ：3つのコンバータすべてのBurst Mode動 作とPWMモードの選択に使われるロジック入力。 このピンを フロート状態にしておくことはできません。 PWM = L ：3つのコンバータすべてでBurst Mode動作 がイネーブルされます。降圧コンバータは、軽負荷電流で はBurst Modeで動作しますが、高負荷電流では自動的に PWMモードに移行します。降圧コンバータは、 このモードで 最大出力電流（600mA） を供給できます。昇降圧コンバー タは可変周波数モードで動作し、少ない負荷電流（標準 しか供給できません。 50mA） PWM = H ：3つのコンバータすべてがPWMモード動作に 強制されます。降圧コンバータは、 その最小オン時間に達す るまで固定周波数動作を維持します。昇降圧コンバータは すべての負荷電流でPWMモードを維持します。 FB1 （ピン10/ピン8） ：昇降圧出力電圧に接続された抵抗分割 器から得られる昇降圧コンバータの帰還電圧。昇降圧出力電 圧は次式で与えられます。 ここで、R1はFB1とグランド間の抵 抗、R2はFB1と昇降圧出力電圧間の抵抗です。 ⎛ R2 ⎞ VOUT1 = 0.6 V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ SHDN3（ ピン11/ピン9 ） ：このピンを1.4Vより上に強制すると、 SW3の降圧コンバータ出力をイネーブルします。 このピンを0.4V より低い電圧に強制すると、 降圧コンバータをディスエーブルし ます。 このピンをフロート状態にしておくことはできません。 SHDN1 （ピン12/ピン10） ：このピンを1.4Vより高い電圧に強制 すると、昇降圧コンバータをイネーブルします。 このピンを0.4V より低い電圧に強制すると、昇降圧コンバータをディスエーブ ルします。 このピンをフロート状態にしておくことはできません。 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 7 LTC3521 ピン機能 （FE/UFパッケージ） PVIN1 （ピン13/ピン11） ：昇降圧コンバータのスイッチAに電力 を供給するのに使われる高電流電源接続ピン。 このピンは、 4.7μF以上のセラミック・コンデンサでバイパスします。バイパ ス・コンデンサはできるだけピンに近い位置に配置して、 グラン ドへのリターンパスを短くします。VIN、PVIN1、PVIN2の各ピン はアプリケーション回路で一緒に接続する必要があります。 NC （ピン13、UFパッケージのみ） ：接続されていません。 SW1B （ピン14/ピン14） ：昇降圧コンバータのスイッチ・ノード。 このピンは昇降圧コンバータ用インダクタの片側に接続する 必要があります。 SW1A （ピン15/ピン15） ：昇降圧コンバータのスイッチ・ノード。 このピンは昇降圧コンバータ用インダクタの片側に接続する 必要があります。 VOUT1 （ピン16/ピン16） ：昇降圧コンバータの出力電圧ノード。 このピンは低ESRのセラミック・コンデンサに接続します。 コン デンサはできるだけピンに近い位置に配置して、 グランドへの リターンパスを短くします。 SW2 （ピン19/ピン20） ：降圧コンバータのスイッチ・ノード。 この ピンはVOUT2に接続されたインダクタの反対側に接続する必 要があります。 NC （ピン19、UFパッケージのみ） ：接続されていません。 PVIN2 （ピン20/ピン22） ：降圧コンバータのパワー・スイッチに 電力を供給するのに使われる高電流電源接続ピン。 このピン は、10μF以上のセラミック・コンデンサでバイパスします。 バイ パス・コンデンサはできるだけピンに近い位置に配置して、 グ ランドへのリターンパスを短くします。VIN、PVIN1、PVIN2の各 ピンはアプリケーション回路で一緒に接続する必要がありま す。 PGND1A （露出パッド・ピン21/ピン21、露出パッド・ピン25） ：昇 降圧スイッチBの高電流グランド接続ピン。 このピンをグランド に接続するPCBトレースはできるだけ短く、幅を広くします。 PGND1B （ピン12、UFパッケージのみ） ：昇降圧スイッチCの高 電流グランド接続ピン。 このピンをグランドに接続するPCBト レースはできるだけ短く、幅を広くします。 SW3 （ピン17/ピン17） ：降圧コンバータのスイッチ・ノード。 この ピンはVOUT3に接続されたインダクタの反対側に接続する必 要があります。 PGND2 （ピン18/ピン18） ：両方の降圧コンバータの高電流グラ ンド接続ピン。 このピンをグランドに接続するPCBトレースは できるだけ短く、幅を広くします。 3521fb 8 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 ブロック図 （UFパッケージ） 15 PVIN1 14 SW1A 16 SW1B VOUT1 D A INTERNAL VCC 5 B VIN C + – REVERSE ILIMIT 0.375A IZERO 0A + – 22 PGOOD1 + – PWM FB1 0.6V SOFT-START RAMP SHDN1 SHDN3 SHDN2 PVIN2 PVIN2 4 PVOUT BUCK-BOOST PWM LOGIC GATE DRIVES 1 – 2.1A PGND1A PGND1B 7 FILTER FORWARD + ILIMIT 0.546V + + – 11 PVIN2 OSCILLATOR 8 10 9 UVLO SW2 GATE DRIVES PGND2 0A + – BUCK PWM LOGIC BUCK PWM LOGIC ZERO CROSSING 1.05A + – ILIMIT 0.60V –gm + + 17 PGND2 0A 1.05A + SLOPE COMPENSATION + – gm + – 1.2V 0.6V SOFT-START RAMP PGOOD2 + – 3 + – ILIMIT SLOPE COMPENSATION FB2 + – ZERO CROSSING + 24 SW3 GATE DRIVES 0.546V 0.25V + + – 20 FB3 0.60V 23 SOFT-START RAMP BANDGAP REFERENCE AND OT SHUTDOWN 0.546V 0.546V GND PGND1A PGND1B PGND2 6 21 12 18 – + PGOOD3 2 3521 BD 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 9 LTC3521 動作 LTC3521は2つの同期整流式降圧DC/DCコンバータと1つの 4スイッチ昇降圧DC/DCコンバータを一体化したデバイスで、 4mm 4mm QFNパッケージまたは熱特性が改善された20ピ ンTSSOPパッケージで供給されます。昇降圧コンバータは、入 力電圧に対して出力電圧を高く、低くまたは等しく安定化する ことができる独自のスイッチング・アルゴリズムを使用していま す。降圧コンバータは高効率の低電圧出力を供給し、100%の デューティ・サイクル動作が可能なので、バッテリ寿命を延ば します。Burst Mode動作では、LTC3521の総消費電流が30μA まで減少します。3つのコンバータはすべて同じ内部1.1MHz 発振器に同期します。 降圧コンバータの動作 PWMモード動作 PWMピンが H に保たれているとき、LTC3521の降圧コン バータは固定周波数電流モード制御アーキテクチャを使いま す。 メイン(PチャネルMOSFET)スイッチと同期整流器(Nチャネ ルMOSFET)スイッチの両方が内蔵されています。Pチャネル・ スイッチが各発振サイクルの開始点でオンし、 スロープ補償ラ ンプが重畳された電流波形がエラーアンプの出力を超えるま で、 オン状態を保ちます。 この時点で、 同期整流器がオンし、 イ ンダクタ電流がゼロまで下がるか、 または次のスイッチング・サ イクルが開始されるまでオン状態を保ちます。 その結果、降圧 コンバータは軽負荷では不連続なインダクタ電流で動作し、 効率を改善します。極端に軽い負荷では、 メイン・スイッチの最 小オン時間に到達し、降圧コンバータは安定を維持するため 複数サイクルにわたってオフし始めます。 Burst Mode動作 PWMピンを L に強制すると、降圧コンバータは高負荷電流 でのPWM動作と軽負荷電流でのBurst Mode動作の間を自 動的に移行します。Burst Modeへの移行はピーク・インダクタ 電流により決定されます。 したがって、Burst Mode動作に移行 する際の負荷電流は、入力電圧、 出力電圧、 およびインダクタ 値に依存します。Burst Modeへ移行するスレッショルドの標準 的なグラフが、 このデータシートの 「標準的性能特性」 に示さ れています。 ドロップアウトおよびドロップアウトに近い状態で は、 Burst Mode動作はディスエーブルされます。 ドロップアウト動作 入力電圧が出力のレギュレーション電圧に近い値まで低下す ると、 デューティ・サイクルが最大オン時間に向かって増加し ます。電源電圧がさらに低下すると、 メイン・スイッチは100% デューティ・サイクル動作に達するまで1サイクルを超えてオン するよう強制され、100%に達するとメイン・スイッチが連続し てオンします。 このドロップアウト状態では、出力電圧は、 メイ ン・スイッチからインダクタの直列抵抗までの電圧降下を入力 電圧から差し引いた電圧になります。 スロープ補償 電流モード制御では、高デューティ・サイクル動作でのインダ クタ電流の低調波発振を防ぐために、 スロープ補償を使用す る必要があります。 これは電流センス信号に補償ランプを追 加することによりLTC3521の内部で実現されます。電流モード のICによっては、電流制限はエラーアンプの電圧を一定の最 大値にクランプすることにより行われます。 この場合、大きな 降圧比で出力電流能力が低下します。対照的に、LTC3521は スロープ補償ランプが追加される前に電流制限を行うので、 デューティ・サイクルに左右されないピーク・インダクタ電流制 限を実現します。 短絡保護 出力がグランドに短絡するとエラーアンプが H に飽和し、P チャネルMOSFETスイッチが各サイクルの開始点でオンして、 電流制限がトリップするまでオン状態に留まります。 この最 小オン時間の間、 インダクタ電流は急速に増加し、ハードな 出力短絡によって生じる非常に小さな逆電圧のため、周期の 残りの時間で非常にゆっくり減少します。 この状況でインダク タ電流の暴走の可能性をなくすため、降圧用FBピンの電圧 が0.25Vを下回ると降圧コンバータのスイッチング周波数が 250kHzに低下します。降圧コンバータのソフトスタート回路は 降圧用FBピンが0.25Vを下回るとリセットされるので、 出力電 圧の短絡状態が解消されるとスムーズに再起動します。 さら に、降圧FBピンの電圧が0.25Vを下回ると、PMOSの電流制 限が1050mAから700mAに減少します。 3521fb 10 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 動作 ソフトスタート 降圧コンバータは公称継続時間が800μsの内部電圧モード・ ソフトスタート回路を備えています。 コンバータはソフトスター トの間レギュレーション状態に留まるので、 この間に生じる出 力負荷過渡に応答します。 さらに、 出力電圧の立ち上がり時間 は出力コンデンサのサイズや負荷電流にはわずかしか依存し ません。 昇降圧コンバータの動作 PWMモードの動作 PWMピンが H に保たれていると、LTC3521昇降圧コンバー タは電圧モード制御付き固定周波数PWMモードで動作しま す。独自のスイッチング・アルゴリズムにより、 コンバータは、 イ ンダクタ電流やループ特性が不連続になることなく降圧、昇 降圧および昇圧の各モードの間で切り替わることができます。 昇降圧コンバータのスイッチ・トポロジーを図1に示します。 エラーアンプと補償 LT3521降圧コンバータは内部トランスコンダクタンス・エラー アンプを利用しています。帰還ループの補償は内部でおこな われるので、 アプリケーションのサイズが小さくなり、設計過 程が単純になります。補償ネットワークは、広い範囲の出力コ ンデンサの使用を可能にし、 同時に負荷過渡に対する高速応 答を保証するよう設計されています。 入力電圧が出力電圧を大幅に上回っていると、昇降圧コン バータは降圧モードで動作します。 スイッチDは連続してオン し、 スイッチCはオフしたままです。 スイッチAとBはパルス幅変 調され、必要なデューティ・サイクルを発生して出力のレギュ レーション電圧を維持します。入力電圧が低下すると、 スイッ チAはスイッチング・サイクルの大部分でオンを維持します。 デューティ・サイクルが約85%に達すると、 スイッチ・ペアACが スイッチング周期の一部分でオンし始めます。入力電圧がさら に低下すると、ACスイッチ・ペアはより長い時間オン状態を維 持し、BDフェーズの継続時間が比例して減少します。入力電 圧が出力電圧を下回ると、最終的にBDフェーズがなくなるポ イントまでACフェーズが増加します。 このポイントで、 スイッチ Aは連続してオン状態を維持する一方で、 スイッチ・ペアCDは 必要な出力電圧を得るためパルス幅変調されます。 この時点 では、 コンバータは昇圧モードのみで動作しています。 PGOODコンパレータ PGOOD2ピンとPGOOC3ピンはオープン・ドレイン出力で、 降圧コンバータの状態を表示します。降圧出力電圧がレギュ レーション電圧を9%下回ると、 それぞれのPGOODオープン・ ドレイン出力は L になります。 プルダウンがオフするには出力 電圧が下降時スレッショルドの2%上に上昇する必要がありま す。 さらに、 負荷ステップでの過渡電圧による誤ったトリップを 防ぐため、 フラグには標準60μsのデグリッチ遅延があります。 過温度シャットダウン時、低電圧ロックアウト時、 またはそれぞ れの降圧コンバータのSHDNピンが L になっている間はそ れぞれのPGOOD出力も L になり、 これらのフォールト状態 を表示します。 L PVIN1 A SW1A B LTC3521 PGND1A SW1B D VOUT1 C PGND1B 3521 F01 図1. 昇降圧スイッチのトポロジー 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 11 LTC3521 動作 このスイッチング・アルゴリズムは、3つの動作モード全てにわ たって動作モード間のシームレスな移行を実現し、 平均インダ クタ電流、 インダクタ電流リップル、 およびループ伝達関数に 不連続が生じません。 このような利点により、従来の4スイッチ 昇降圧コンバータに比べて効率と安定性が向上します。 の過渡応答の速度を改善することができます。 これは、大きな 値の出力コンデンサが使われている場合、過渡応答の改善に 役立つことがあります。 この場合、R2を小さくすることによって 生じる帯域幅の増加によって、大きな出力コンデンサによって 生じるコンバータの帯域幅の減少を中和します。 エラーアンプと補償 昇降圧コンバータは、図2に示されているように、 内部補償ネッ トワーク付き電圧モードエラーアンプを利用します。 電流制限動作 昇降圧コンバータには2つの電流制限回路が備わっていま す。電流制限は主に平均電流制限回路によって行われ、ス イッチAの電流が電流制限値を超える分に比例したある量の 電流を帰還ノードに注入します。 このループは利得が大きい ので、注入された電流は、 スイッチAを流れる平均電流がほぼ 電流制限値まで減少するまでエラーアンプの出力を低下さ せます。平均電流制限はアクティブ状態のエラーアンプを使 用するので、電流制限フォールト状態が解消すると、 ほとんど オーバーシュートなしにスムーズに回復します。電流制限はス イッチAを流れる平均電流に基づいているので、電流制限時 のピーク・インダクタ電流はデューティ・サイクル(つまり過電流 状態の入力電圧と出力電圧)によって変わります。 LTC3521 PVOUT + – 0.6V FB1 VOUT R2 R1 GND 3521 F02 図2. 昇降圧コンバータのエラーアンプと補償 外部抵抗分割器ネットワークの抵抗R2は、補償ネットワーク の周波数応答の決定において不可欠の役目を果たすことに 注意してください。R1に対するR2の比は望みの電圧をプログ ラムするために設定する必要がありますが、 それでもR2の値 はコンバータの過渡応答を最適化するために調節することが 可能です。R2の値を大きくすると一般に安定性が増しますが、 代償として過渡応答の速度が低下します。R2の値を大きくす ると、 （特に、大きな昇圧比で）小さな値の出力コンデンサまた は大きなインダクタンスの使用により位相マージンが減少して いる場合、過渡応答を大きく改善することができます。逆に、 R2の値を小さくするとループの帯域幅が増加し、 コンバータ 平均電流制限回路の速度はエラーアンプの動特性によって 制限されます。ハードな出力短絡が生じると、平均電流制限 回路が応答する前にインダクタ電流が電流制限を大幅に超 えて増加する可能性があります。 この理由で、第二の電流制 限回路があり、電流が平均電流制限値の約165%を超えると スイッチAをオフします。 これにより、短時間のハードな出力短 絡に対する追加の保護機能が確保されます。 逆電流制限 スイッチDの逆電流コンパレータはPVOUTに流入するインダク タ電流をモニタします。 この電流が375mA (標準)を超えると、 スイッチDがスイッチング・サイクルの残りの時間オフします。 3521fb 12 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 動作 Burst Mode動作 PWMピンを L に保つと、 昇降圧コンバータは、 軽負荷で効率 を改善し、 ゼロ負荷でスタンバイ電流を減らすように設計され た可変周波数スイッチング・アルゴリズムを使って動作します。 Burst Mode動作では、 インダクタは一定のピーク振幅の電流 パルスによって充電されます。 これらの電流パルスは出力のレ ギュレーション電圧を維持するのに必要な頻度で繰り返され ます。 Burst Mode動作で供給可能な最大出力電流は次式で与 えられているように入力電圧と出力電圧によって変わります。 IOUT(MAX ),BURST = 0.1 • VIN A VIN + VOUT () Burst Mode動作ではエラーアンプは使われませんが、代わり に低電流スタンバイ・モードになり、消費電流を減らして軽負 荷の効率を改善します。 ソフトスタート 昇降圧コンバータは公称継続時間が600μsの内部電圧モー ド・ソフトスタート回路を備えています。 コンバータはソフトス タートの間レギュレーション状態を維持するので、 この間に生 じる出力負荷過渡に応答します。 さらに、 出力電圧の立ち上が り時間は出力コンデンサのサイズや負荷にはわずかしか依存 しません。 ソフトスタートの間、昇降圧コンバータはPWMピン の状態には関係なくPWM動作に強制されます。 PWMモードでは、帰還ピンの電圧が、電圧モードのエラーア ンプのアクションを通して、出力電圧には依存しないリファレ ンス電圧にドライブされるため、PGOOD1コンパレータの動 作が複雑になります。 ソフトスタートは電圧モードなので、 ソフ トスタートの間帰還電圧は出力電圧を正しくトラッキングし、 PGOOD1出力は昇降圧コンバータがソフトスタートの終点で レギュレーション状態を達成するポイントを正しく示します。 し たがって、PGOOD1出力はシーケンシングのために利用する ことができます。 レギュレーション状態になると、帰還電圧は もはや出力電圧をトラッキングせず、PGOOD1ピンは出力のレ ギュレーションが失われても直接は応答しません。 ただし、 レ ギュレーションの喪失が起こりうるのは、電流制限に達したた め昇降圧コンバータが必要な出力電流を供給できない場合 のみです。 このような場合、電流制限の発生によりPGOOD1フ ラグが引き下げられ、 フォールト状態が示されます。 ただし、昇 降圧コンバータが連続的に電流制限状態にあり、PGOOD1 出力が L に引き下げられているが、出力電圧は依然として PGOOD1コンパレータのトリップ・ポイントよりわずか上に留 まっているような場合がありえます。 過温度シャットダウン時、低電圧ロックアウト時、あるいは SHDN1ピンが L の時は、PGOOD1出力も L になります 共通機能 サーマル・シャットダウン PGOODコンパレータ ダイ温度が150℃を超えるとすべてのコンバータがディスエー PGOOD1ピンはオープン・ドレイン出力で、昇降圧コンバー タの状態を表示します。Burst Mode動作では （PWM = L ）、 ブルされます。全てのパワー・デバイスがオフし、全てのスイッ 出力電 圧がレギュレーション電 圧の1 0 % 下に下がると、 チ・ノードが高インピーダンスになります。3つのコンバータす べてのソフトスタート回路はサーマル・シャットダウン時にはリ PGOOD1オープン・ドレイン出力が L になります。出力電圧 セッ トされるので、過温度状態が解消するとスムーズに回復し がパワーグッドに戻るとき、 このスレッショルドには約3%のヒ ます。 3つのコンバータは、 ダイの温度が約140℃まで低下すると ステリシスがあります。 さらに、 負荷ステップに反応する短時間 （イネーブルされていれば） すべて再起動します。 の過渡電圧による誤ったトリップを防ぐため、標準60μsのデグ リッチ遅延があります。 低電圧ロックアウト 電源電圧が1.7V(標準)を下回ると3つのコンバータすべてが ディスエーブルされ、 すべてのパワー・デバイスがオフします。3 つのコンバータのソフトスタート回路はすべて低電圧ロックア ウト時にはリセットされるので、入力電圧が低電圧ロックアウ ト・スレッショルドを上回るとスムーズに再起動します。 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 13 LTC3521 アプリケーション情報 LTC3521の基本的なアプリケーション回路がこのデータシー トの表紙の 「標準的応用例」 に示されています。外付け部品の 選択は個別のアプリケーションに必要な出力電圧、 出力電流 およびリップル電圧要件によって決まります。設計プロセスの 基本的ガイドラインと検討事項はこのセクションに示されてい ます。 降圧コンバータ用インダクタの選択 降圧コンバータ用インダクタの値の選択により、効率と出力電 圧リップルの大きさの両方が左右されます。 インダクタ値を大 きくするとインダクタ電流リップルが減るので、 出力電圧リップ ルが下がります。DC抵抗が一定の場合、 インダクタの値を大 きくすると、 ピーク電流が減少して平均値に近くなるので効率 が高くなります。 ただし、 同じ製品ファミリー内の大きなインダ クタは一般に直列抵抗が大きいので、 この効率の利点が相殺 されてしまいます。 必要なピーク-ピーク間電流リップルをΔI Lとすると、次式を 使って必要なインダクタの値を計算することができます。 ここ で、fはMHzが単位のスイッチング周波数を表します。 L= ⎛ V ⎞ 1 VOUT ⎜1 – OUT ⎟ µH f∆ IL VIN ⎠ ⎝ ( ) リップル電流の妥当な選択値はΔIL = 240mAで、 これは最大 600mAの負荷電流の40%に相当します。 インダクタのDC電流 定格は、動作時のコアの飽和と効率低下を防ぐため、少なくと も最大負荷電流にリップル電流の半分を加えたものに等しく します。効率を最適化するため、低直列抵抗のインダクタを使 用します。 特にスペースが制約されているアプリケーションでは、 リップ ル電流が大きくはなりますが、非常に小さな値のインダクタを 使うのが有効です。 このような場合、 コンバータは広い範囲の 出力負荷で不連続導通状態で動作するので、効率が低下し ます。 さらに、(固定内部スロープ補償がある場合)電流ループ の安定性を維持するのに必要な最小インダクタ値があります。 具体的には、降圧コンバータが40%を超えるデューティ・サイ クルで使用される場合、 インダクタンス値は次式で求められる ようにLMIN以上でなければなりません。 いくつかの一般的な出力電圧に必要な最小インダクタンスを 表1に示します。 表1. 降圧コンバータ用推奨インダクタンス 出力電圧 最小 インダクタンス 最大 インダクタンス 0.6V 1.5μH 2.2μH 1.2V 2.2μH 4.7μH 1.8V 3.3μH 6.8μH 2.5V 4.7μH 8.2μH 降圧コンバータ用出力コンデンサの選択 電圧リップルを最小限に抑えるため、降圧コンバータ出力には 低ESRの出力コンデンサを使います。多層セラミック・コンデン サはESRが小さく、実装面積の小さいものが入手できるので 最適です。 リップルの大きさの制御に加えて、出力コンデンサ の値はループのクロスオーバー周波数も設定するので、 ルー プの安定性に影響を与えます。 ループの安定性を確保するの に必要な最小と最大の両方の容量値があります。 出力容量が 小さすぎると、 スイッチング遅延とエラーアンプの高周波数の 寄生ポールが位相マージンを低下させるポイントまで、 ループ のクロスオーバー周波数が増加します。 さらに、小さな出力コ ンデンサによって生じる広い帯域幅により、 ループはスイッチ ング・ノイズの影響を受けやすくなります。逆の極端な場合と して、出力コンデンサが大きすぎると、 クロスオーバー周波数 が補償ゼロよりはるかに低くなることがあり、 この場合も位相 マージンを低下させます低ESR出力コンデンサの許容できる 値の範囲のガイドラインを表2に示します。大きな値の出力コ ンデンサは、 それらのESRがループを安定させるのに十分な 値であれば使用することができます。 表2. 降圧コンバータ用出力コンデンサの範囲 VOUT CMIN CMAX 0.6V 15μF 300μF 0.8V 15μF 230μF 1.2V 10μF 150μF 1.8V 10μF 90μF 2.7V 10μF 70μF 3.3V 6.8μF 50μF （µH） LMIN = 2.5 • VOUT 3521fb 14 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 アプリケーション情報 降圧コンバータ用入力コンデンサの選択 PVIN2ピンは降圧コンバータのパワー・スイッチに電流を供給 します。 また、 デバイスの内部回路の電源ピンです。少なくとも 4.7μFの値の低ESRセラミック・コンデンサを使って、 このピン をバイパスすることを推奨します。 コンデンサはできるだけピン の近くに配置し、 グランドまでのリターンを短くします。 降圧コンバータ出力電圧の設定 出力電圧は次式に従って抵抗分割器により設定されます。 ⎛ R2 ⎞ VOUT2,3 = 0.6 V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ 外付け分割器は図3に示すように出力に接続します。帰還ノー ドのノイズ耐性を改善するため、 フィードフォワード・コンデン サ （C FF） を抵抗R2に並列に配置することを推奨します。一般 的な出力電圧オプションのために推奨する抵抗とフィードフォ ワード・コンデンサの組合せを表3に示します。 表3. 降圧抵抗分割器の値 VOUT R1 R2 CFF 0.6V – 0 – 0.8V 200k 69.8k 22pF 1.0V 118k 80.6k 22pF 1.2V 100k 102k 22pF 1.5V 78.7k 121k 22pF 1.8V 68.1k 137k 22pF 2.7V 63.4k 226k 33pF 3.3V 60.4k 274k 33pF ⎛ R2 ⎞ VOUT1 = 0.6 V ⎜1+ ⎟ ⎝ R1⎠ 外付け分割器は図4に示すように出力に接続します。昇降圧コ ンバータは電圧モード制御を使い、R2の値は帰還ループの 動特性で不可欠の役目を果たします。一般に、R2の値を大き くすると、安定性が増し、過渡応答の速度が下がります。R2の 値を小さくすると、安定性が下がりますが、過渡応答の速度 が上がります。 良い出発点としてR2 = 1MΩを選択し、次に望 みの出力電圧を設定するのに必要なR1の値を上に与えられ ている式に従って計算します。大きな出力コンデンサを使うと、 コンバータの帯域幅が減少します。 このような場合は、R2を減 らして過渡応答を改善することができます。大きなインダクタ または小さな出力コンデンサを使うと、 ループの安定性が下 がりますが、R2の値を大きくすることにより、位相マージンを 改善することができます。 昇降圧コンバータ用インダクタの選択 高効率を達成するには、昇降圧コンバータに低ESRのインダ クタを使います。 インダクタは、飽和定格がワーストケースの 平均インダクタ電流にリップル電流の半分を加えた電流を超 えている必要があります。 ピーク・トゥ・ピーク・インダクタ電流 リップルは昇降圧領域よりも降圧モードおよび昇圧モードで 大きくなります。各モードのピーク・トゥ・ピーク・インダクタ電 0.6V ≤ VOUT3 ≤ 5.25V 0.6V ≤ VOUT2 ≤ 5.25V R2 1.8V ≤ VOUT1 ≤ 5.25V R2 R2 FB2 R1 昇降圧コンバータの出力電圧の設定 昇降圧コンバータの出力電圧は、次式に従い抵抗分割器に よって設定されます。 FB1 FB3 LTC3521 LTC3521 R1 R1 GND GND 3521 F04 3521 F03 図3. 降圧コンバータの出力電圧の設定 図4. 昇降圧コンバータの出力電圧の設定 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 15 LTC3521 アプリケーション情報 流リップルは以下の式から計算することができます。 ここで、f はMHzを単位とする周波数、LはμHを単位とするインダクタン スです。 1 VOUT (VIN – VOUT ) • fL VIN ∆ IL,P-P,BUCK = ∆ IL,P-P,BOOST = 1 VIN (VOUT – VIN) • fL VOUT 出力電流リップルへの影響に加えて、 インダクタのサイズは帰 還ループの安定性にも影響する可能性があります。昇圧モー ドの場合、 コンバータの伝達関数には、 インダクタの値に反比 例する周波数に右半平面のゼロが存在します。 その結果、 イン ダクタ値が大きいと、 このゼロが、帰還ループの位相マージン を低下させるだけ十分低い周波数に移動することがあります。 昇降圧コンバータを昇圧領域で使う場合には、10μH未満の インダクタ値を選択することを推奨します。 昇降圧コンバータ用出力コンデンサの選択 出力電圧リップルを最小限に抑えるため、昇降圧コンバータ の出力には低ESRの出力コンデンサを使います。多層セラミッ ク・コンデンサはESRが小さく、実装面積の小さいものが入 手できるので最適です。十分大きなコンデンサを選択して出 力電圧リップルを許容レベルに下げます。 コンデンサのESRと ESLを無視すると、 ピーク-ピーク間出力電圧リップルは以下 の式で計算することができます。 ここで、fはMHzを単位とする 周波数、COUTはμFを単位とする容量、LはμHを単位とするイ ンダクタンス、 ILOADはアンペアを単位とする出力電流です。 ∆ VP-P,BOOST = ∆ VP-P,BUCK = ILOAD (VOUT – VIN) COUT • VOUT • f 1 8 • L • COUT • f 2 • (VIN – VOUT ) VOUT VIN 出力電流は昇圧モードでは不連続なので、 このモードのリッ プルは一般に降圧モードのリップルの大きさよりはるかに大き くなります。 リップルの大きさの制御に加えて、 出力コンデンサ の値は開ループのコンバータの伝達関数の共振周波数の位 置にも影響します。 出力コンデンサが小さすぎると、 コンバータ の帯域幅は位相マージンを低下させるほど拡大します。 これ が生じないようにするため、昇降圧コンバータ用出力コンデン サには10μFの最小値を使うことを推奨します。 昇降圧コンバータ用入力コンデンサの選択 昇降圧コンバータへの電源電流はPVIN1ピンよって供給され ます。少なくとも4.7μFの値の低ESRセラミック・コンデンサをで きるだけこのピンに近づけて配置することを推奨します。 インダクタの種類とコア材 インダクタのコア材と種類により、所定のピーク電流定格での インダクタのサイズと価格が異なります。 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、放射を減らしますが、同様な電気的特性を有する鉄 粉コアのインダクタより一般に高価です。 インダクタの種類の 選択は、特定のアプリケーションの価格、 サイズおよびEMIに 対する要件によって決まります。LTC3521の多くのアプリケー ション回路に適したインダクタの例を表4に示します。 表4. 代表的な表面実装インダクタ 製造元 値 最大電流 Taiyo Yuden NP03SB4R7M 4.7μH 1.2A 0.047Ω 1.8mm NP03SB6R8M 6.8μH 1A 0.084Ω 1.8mm Coilcraft 製品番号 DCR 高さ MSS7341-502NL 5μH 2.3A 0.024Ω 4.1mm DT1608C-472ML 4.7µH 1.2A 0.085Ω 2.92mm 5µH 2.4A 0.026Ω 3mm 2mm CooperBussmann SD7030-5R0-R SD20-6R2-R 6.2µH 1.12A 0.072Ω Sumida CDR6D23MNNP-4R2 4.2µH 2.6A 0.052Ω 2.5mm 1A 0.081Ω 1.8mm CDRH4D16FB/ND6R8N 6.8µH 3521fb 16 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 アプリケーション情報 コンデンサの製造元 LTC3521に使われる入力コンデンサと出力コンデンサは両方 とも低ESRのもので、 スイッチング・コンバータが発生する大き なAC電流を処理するように設計されている必要があります。 表5の製造販売元はLTC3521のアプリケーション回路に十分 適したコンデンサを提供しています。 表5. コンデンサの製造元 MANUFACTURER WEB SITE REPRESENTATIVE PART NUMBERS Taiyo Yuden www.t-yuden.com JMK212BJ106K 10μF, 6.3V JMK212BJ226K 22μF, 6.3V TDK www.component. tdk.com C2012X5R0J106K 10μF, 6.3V Murata www.murata.com GRM21BR60J106K 10μF, 6.3V AVX www.avxcorp.com SM055C106KHN480 10μF GRM32ER61C226K 22μF, 16V 通常は、 ソリューションのサイズをできるだけ小さくすることが 優先されます。 セラミック・コンデンサは、 バイアスを与えると実 効容量が大幅に低下するので注意してください。容量の低下 が最も大きいのは、最も小さいサイズのケースにパッケージさ れたコンデンサです。 PC基板レイアウトに関する検討事項 LTC3521は大きな電流を高い周波数でスイッチングします。安 定したノイズのない動作を確保するには、PCBのレイアウトに 特別の注意が必要です。LTC3521に使う推奨PCBレイアウト を図5に示します。主なガイドラインは以下のとおりです。 1. 全ての循環電流経路をできるだけ短くします。 これは図5の 全ての太線の部品への配線をできるだけ短く、幅を広くす ることによって実現できます。 コンデンサのグランドはできる だけ短い配線でビアを使ってグランド・プレーンに接続しま す。PVIN1とPVIN2のバイパス・コンデンサはできるだけデバ イスの近くに配置し、 グランドまでの経路をできるだけ短く します。 2. 小信号グランド・パッド(SGND)はパワー・グランドに一点 接続します。 これを実現する簡便な方法は、図5に示すよう にピンを直接露出パッドに短絡することです。 3. 太線で示されている部品とそれらの接続は、全て完全なグ ランド・プレーン上に配置します。 4. 大きな循環電流が出力電圧センスを妨げないように、各抵 抗分割器のグランドは小信号グランド・ピン(SGND)に直接 戻します。 5. ダイ・アタッチ・パッドにビアを使う場合、特に、 ビアがPCBの 露出した底面のグランド・プレーン領域に伸びていると、 コ ンバータの温度環境が改善されます。 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 17 LTC3521 アプリケーション情報 KELVIN TO VOUT PAD BUCK VOUT VIA TO GROUND PLANE MINIMIZE TRACE LENGTH NC (19) SW2 (20) PGND1A (9) PVIN2 (22) FB3 (23) FB2 (24) MINIMIZE TRACE LENGTH PGOOD1 (4) SW1A (15) VIN (5) SW1B (14) GND (6) NC (13) DIRECT TIE BACK TO GND PIN KELVIN TO VOUT PAD BUCK VOUT BUCK-BOOST VOUT KELVIN TO VOUT PAD PGND1B (12) VOUT1 (16) PVIN (11) PGOOD2 (3) SHDN1 (10) SW3 (17) SHDN3 (9) PGOOD3 (2) FB1 (8) PGND2 (18) PWM (7) SHDN2 (1) MINIMIZE TRACE LENGTH UNINTERRUPTED GROUND PLANE MUST EXIST UNDER ALL COMPONENTS SHOWN IN BOLD, AND UNDER TRACES CONNECTING TO THOSE COMPONENTS 3521 F05 図5. LTC3521の推奨PCBレイアウト 3521fb 18 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 標準的応用例 デュアル・スーパーキャパシタを使用した3.3V/200mA、1.8V/50mA、 1.2V/100mAのバックアップ電源 VIN 1.8V TO 5.5V + + VOUT1 3.3V 200mA 1F 1F C4 L1 4.7µF 4.7µH L2 4.7µH PVIN1 VIN PVIN2 SW2 SW1A R3 137k SW1B C1 22µF R2 221k FB2 VOUT1 R1 1.0M LTC3521 OFF BURST ON PWM FB1 SHDN1 SHDN2 SHDN3 VOUT2 1.8V C2 50mA 10µF R4 68.1k L3 4.7µH SW3 C3 10µF R5 100k FB3 PGOOD1 PWM PGOOD2 PGOOD3 PGND1A PGND1B GND PGND2 VOUT3 1.2V 100mA R6 100k 3521 TA02a コンバータの出力電圧 効率と入力電圧 100 VIN 2V/DIV 96 VOUT1 = 3.3V IOUT = 200mA 92 EFFICIENCY (%) VOUT1 2V/DIV VOUT2 2V/DIV VOUT3 2V/DIV 88 VOUT3 = 1.2V IOUT = 100mA 84 80 VOUT2 = 1.8V IOUT = 50mA 76 50µs/DIV 3521 TA02b 72 1.8 2.8 3.8 VIN (V) 4.8 3521 TA02c 3521fb 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 19 LTC3521 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。 FE Package 20-Lead Plastic TSSOP (4.4mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1663 Rev J) Exposed Pad Variation CB 6.40 – 6.60* (.252 – .260) 3.86 (.152) 3.86 (.152) 20 1918 17 16 15 14 13 12 11 6.60 ±0.10 2.74 (.108) 4.50 ±0.10 6.40 2.74 (.252) (.108) BSC SEE NOTE 4 0.45 ±0.05 1.05 ±0.10 0.65 BSC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUT 4.30 – 4.50* (.169 – .177) 0.09 – 0.20 (.0035 – .0079) 0.25 REF 1.20 (.047) MAX 0° – 8° 0.65 (.0256) BSC 0.50 – 0.75 (.020 – .030) NOTE： 1. 標準寸法：ミリメートル ミリメートル 2. 寸法は （インチ） 3. 図は実寸とは異なる 0.195 – 0.30 (.0077 – .0118) TYP 0.05 – 0.15 (.002 – .006) FE20 (CB) TSSOP REV J 1012 4. 露出パッド接着のための推奨最小PCBメタルサイズ * 寸法にはモールドのバリを含まない モールドのバリは各サイドで0.150mm （0.006"） を超えないこと UF Package 24-Lead Plastic QFN (4mm 4mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1697 Rev B) PIN 1 NOTCH R = 0.20 TYP OR 0.35 × 45° CHAMFER BOTTOM VIEW—EXPOSED PAD 4.00 ±0.10 (4 SIDES) 0.70 ±0.05 R = 0.115 TYP 0.75 ±0.05 PIN 1 TOP MARK (NOTE 6) 23 24 0.40 ±0.10 1 2 4.50 ±0.05 2.45 ±0.05 3.10 ±0.05 (4 SIDES) 2.45 ±0.10 (4-SIDES) PACKAGE OUTLINE (UF24) QFN 0105 REV B 0.200 REF 0.25 ±0.05 0.50 BSC RECOMMENDED SOLDER PAD PITCH AND DIMENSIONS 0.00 – 0.05 0.25 ±0.05 0.50 BSC NOTE： 1. 図はJEDECパッケージ外形MO-220のバリエーション （WGGD-X） にするよう提案されている （承認待ち） 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 3521fb 20 詳細：www.linear-tech.co.jp/LTC3521 LTC3521 改訂履歴 （Rev Aよりスタート） REV 日付 A 11/10 B 8/13 修正内容 PGND1Aの追加、データシート全体に反映 「標準的応用例」 に追加 VINを Note 2を改訂 ブロック図を変更 「ソフトスタート」 セクションの変更 頁番号 1、19、22 3 9 11、13 UFパッケージのフロック図のピン番号を修正 9 3521fb 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/LTC3521 21 LTC3521 標準的応用例 リチウムイオン・バッテリから3.3V/800mA、1.8V/600mA および1.2V/600mA、起動シーケンス制御付き VIN 2.4V TO 4.2V + 4.7µF L1 4.7µH Li-Ion L3 4.7µH VOUT3 1.2V 600mA C3 10µF R5 100k L2 4.7µH LTC3521 VOUT1 BURST PWM PGOOD3 SHDN1 SHDN2 PGOOD1 PGOOD2 PWM SHDN3 PGND1A PGND1B GND PGND2 VOUT2 1.8V 600mA C1 22µF R1 1.0M VOUT1 3.3V 800mA (1A, VIN > 3.0V) OFF SHDN2, 5V/DIV PGOOD2, 5V/DIV PGOOD3, 5V/DIV R2 221k R5 499k VOUT2 2V/DIV VOUT3 2V/DIV VOUT1 2V/DIV R4 68.1k FB1 PGOOD1 C2 10µF R3 137k FB2 SW3 FB3 R6 100k 499k PVIN1 VIN PVIN2 SW2 SW1A SW1B シーケンス制御された起動波形 500µs/DIV 3521 TA03b ON 3521 TA03a 関連製品 製品番号 説明 注釈 広い入力電圧範囲の複数出力DC/DCコンバータと PowerPath™コントローラ、800mA昇降圧コンバータ、 デュアル350mA降圧コンバータ、50mA常時オン LDOレギュレータ 効率：95%、VIN：1.8V∼5.5V、消費電流：38µA、 スタンバイ時の消費電流：15µA、4mm 4mm QFN-24パッケージ 効率：95%、VIN：2.4V∼5.5V、VOUT（MIN） ：2.4V∼5.25V、 消費電流：50µA、ISD < 1µA、DFNパッケージ 700mA（ISW）、1.5MHz同期整流式昇圧コンバータ、 250mA同期整流式降圧DC/DCコンバータ および100mA LDOレギュレータ LTC3100 LTC3101 効率：94%、VIN：0.7V∼5V、VOUT（MAX） ：5.25V、 消費電流：15µA、ISD < 1µA、3mm 3mm QFN-16パッケージ 600mA（IOUT）、1.7MHz/2.6MHz、 同期整流式降圧DC/DCコンバータ LTC3441/LTC3442/ LTC3443 1.2A（IOUT）、2MHz 同期整流式昇降圧DC/DCコンバータ 効率：96%、VIN：1.6V∼5.5V、VOUT（MIN） ：0.6V、 消費電流：65µA、ISD < 1µA、DFN パッケージ LTC3520 1A、2MHz同期整流式昇降圧コンバータ および600mA降圧コンバータ ：5.25V、 効率：95%、VIN：2.2V∼5.5V、VOUT（MAX） 消費電流：55µA、ISD < 1µA、4mm 4mm QFN-24パッケージ LTC3522 400mA、2MHz同期整流式昇降圧コンバータ および200mA降圧コンバータ LTC3409 LTC3531/LTC3531-3/ 200mA（IOUT）、1.5MHz 同期整流式昇降圧DC/DCコンバータ LTC3531-3.3 LTC3532 LTC3547 500mA（IOUT）、2MHz 同期整流式昇降圧DC/DCコンバータ デュアル300mA（IOUT）、2.25MHz 同期整流式降圧DC/DCコンバータ ：5.25V、 効率：95%、VIN：2.4V∼5.5V、VOUT（MAX） 消費電流：25µA、ISD < 1µA、3mm 3mm QFN-16パッケージ 効率：95%、VIN：1.8V∼5.5V、VOUT（MIN） ：2V∼5V、 消費電流：16µA、ISD < 1µA、ThinSOTおよびDFNパッケージ 効率：95%、VIN：2.4V∼5.5V、VOUT（MIN） ：2.4V∼5.25V、 消費電流：35µA、ISD < 1µA、MS10およびDFNパッケージ 効率：95%、VIN：2.5V∼5.5V、VOUT（MIN） ：0.6V、 消費電流：40µA、ISD < 1µA、DFN-8パッケージ 3521fb 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/LTC3521 TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp/LTC3521 ● ● LT 0813 REV B • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2010