NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 サンケン電気株式会社 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.1 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 目次 概要 -----------------------------------------------------------------------------------------------3 1. 電気的特性 -----------------------------------------------------------------------------------4 1.1 絶対最大定格 ----------------------------------------------------------------------------4 1.2 推奨動作条件 ----------------------------------------------------------------------------4 1.3 電気的特性 -------------------------------------------------------------------------------5 2. ブロックダイアグラムと各端子機能 --------------------------------------------------------7 2.1 ブロックダイアグラム --------------------------------------------------------------------7 2.2 各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------7 3. 応用回路例 -----------------------------------------------------------------------------------8 4. 熱減定格 --------------------------------------------------------------------------------------9 5. 外形図 --------------------------------------------------------------------------------------- 10 6．動作説明------------------------------------------------------------------------------------- 11 6.1 PWM(Pulse Width Modulation)出力制御 -------------------------------------- 11 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 電源の安定性 ------------------------------------------------------------------------- 11 過電流(OCP) -------------------------------------------------------------------------- 12 過熱保護(TSD) ----------------------------------------------------------------------- 12 ソフトスタート（SoftStart） ----------------------------------------------------------- 12 出力の ON / OFF 制御 -------------------------------------------------------------- 13 7. 設計上の注意点 --------------------------------------------------------------------------- 14 7.1 外付け部品----------------------------------------------------------------------------- 14 7.2 パターン設計 -------------------------------------------------------------------------- 19 7.3 応用設計 ------------------------------------------------------------------------------- 22 ご注意書き -------------------------------------------------------------------------------------- 24 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 NR120E シリーズ アプリケーションノート 概要 Rev.2.0 パッケージ Exposed SOIC 8 裏面ヒートスラグ付面実装 8 ピンパッケージ NR120E シリーズは、パワーMOS 内蔵のチョッパレ ギュレータ IC です。電流制御方式により、セラミック コンデンサのような超低 ESR のコンデンサに対応しま す。過電流保護、低入力禁止、過熱保護等の保護機 能を有しています。起動時の突入電流を防ぐためソフ トスタート機能を有しています。コンデンサを接続する ことで、ソフトスタート時間を設定できます。外部信号で オンオフできる機能を有しており、EN 端子へ外部から 信号を入力することで、IC をターンオン/ターンオフで きます。位相補償回路を内蔵し、外付けの位相補償用 部品は不要です。裏面にヒートスラグ付きの小型薄型 の SOIC 8 ピンパッケージで供給されます。 特長と利点 主要スペック 放熱性に優れたヒートスラグ付 SOIC 8 ピンパッケージ 電流モード型 PWM 制御 最大効率 94％ 出力にセラミックコンデンサのような 低 ESR コンデンサの使用に対応 保護回路を内蔵 過電流保護 (OCP) 垂下型自動復帰 過熱保護内蔵 (TSD) 自動復帰 低入力時誤動作防止回路 (UVLO) 位相補償回路を内蔵 外付け部品不要 外付けコンデンサによる Soft-Start ON/OFF 機能 入力電圧 VIN = 4.5V～18V 出力電圧 VO = 0.8V～14V 最大出力電流 IO = 3A 動作周波数: 350kHz アプリケーション LCD-TV Blu-Ray デジタル家電用電源 シリーズラインアップ 製品名 NR121E (1) (2) fSW 350kHz VIN VO 4.5V to 18V (1) 0.8V to 14V IO (2) 3A 入力電圧の最小値は、4.5V もしくは VO + 3V のどちらか大きい値とする 最小 ON 時間により制限される入出力条件は、図 2 の入出力特性グラフを参照してください。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.3 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 1. 電気的特性 1.1 絶対最大定格 表 1 NR120E シリーズ絶対最大定格 項目 入力電圧 記号 規格値 単位 VIN 20 V 許容損失 (3) PD 1.76 W 接合温度 (4) TJ 40 ~ 150 °C 保存温度 TS 40 ~ 150 °C 熱抵抗(接合―リード(4 ピン)間) θJP 26 °C /W 熱抵抗(接合―周囲間) θJA 71 °C /W (3) 条件 ガラスエポキシ基板 30×30mm (銅箔エリア 25×25mm)実装時 TJ Max =150°C ガラスエポキシ基板 30×30mm (銅箔エリア 25×25mm)実装時 過熱保護により制限。 過熱保護検出温度は約 160℃となる。 (4) 1.2 推奨動作条件 電気的特性に示す正常な回路機能を維持するために、推奨動作条件内で使用してください。 表 4 NR120E シリーズ 推奨動作条件 項 目 入力電圧 規 格 値 記 号 (5) 単 位 MIN MAX VIN Vo+3 18 V IO 0 3.0 A VO 0.8 14 V TOP 40 85 °C (6) 出力電流 (7) 出力電圧 動作周囲温度 (5) (6) (7) (7) 入力電圧範囲の最小値は、4.5V もしくは VO+3V のどちらか大きい値とする。 VIN = VO+1～VO+3V の場合は IO = 2A MAX となります。 推奨回路は図 5 になります。 図 6 に示す熱減定格以内で使用する必要があります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.4 条件 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 1.3 電気的特性 図 1 に示す回路において、各測定条件で IC を動作させた場合に保証される特性規格値です。 表 3 NR120E シリーズ電気的特性 (Ta=25°C) 項 目 設定基準電圧 出力電圧温度係数 動作周波数 規 格 値 記 号 単 位 MIN TYP MAX VREF 0.784 0.800 0.816 ⊿VREF/⊿T ― ±0.05 ― 350 420 fSW NR121E 280 ラインレギュレーション (8) VLine ― 50 ― ロードレギュレーション (8) VLoad ― 50 ― 過電流保護開始電流 IS 3.1 無負荷時回路電流 IIN ― IIN(off) 0 Low 時流出電流 IEN/SS 6 開放電圧 VSSH 流入電流 静止時回路電流 SS 端子 *7 EN 端子 オンスレシュ電圧 最大 ON デューティー (8) 測定条件 V VIN = 12V，Io = 1.0A V = 12V, Io = 1.0A mV/°C IN 40°C to +85°C VIN=12V, Vo=3.3V, kHz Io=1A VIN = 6.3V～18V, mV Vo = 3.3V, Io = 1A VIN = 12V, Vo = 3.3V, mV Io = 0.1A～3.0A 6.0 A ― mA 10 uA 10 14 μA VIN = 12V, Vo = 3.3V VIN= 12V VEN=10kΩ pull up to VIN VIN=12V, Io=0A, VEN=0V VSS=0V, VIN=12V ― 3.0 ― V VIN=12V IEN ― 50 100 μA VEN= 10V VC/EH 0.7 1.4 2.1 V VIN=12V DMAX ― 90 ― % TON(MIN) ― 150 ― nsec 6 (8) 最小 ON 時間 (9) 過熱保護開始温度 (8) TSD 151 165 ― °C 過熱保護復帰ヒステリシス (8) TSD_hys ― 20 ― °C (8) (9) 設計保証値です。 最小 ON 時間により制限される入出力条件は図 2 の入出力特性グラフはを参照してください。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 NR120E シリーズ アプリケーションノート R3 2 7 C1 3 BS L1 SW R5 8 C2 C10 C3 1 IN EN Rev.2.0 SS NR 121 E IO R4 IIN I EN NC 4 VEN C5 I Fset GND VIN C4 FB VO 5 6 V SS D1 C1+ C2: 22μF / 25V C4+C5: 44μF / 25V C10: 0.1μF / 25V R3: 22Ω R4: 8.2 kΩ, R5: 4.3kΩ (Vo=3.3V) R6: 3.9kΩ V FB R6 L1: 10μH 図 1 測定回路図 20 18 16 VIN[V] 14 12 10 8 6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Vo[V] 図 2 NR120E シリーズ入出力特性 負過電流 100ｍA 以下の場合 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 2.2 2.4 RL NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 2. ブロックダイアグラムと各端子機能 2.1 ブロックダイアグラム 図 3 NR120E シリーズ ブロックダイアグラム 2.2 各端子機能 図 4 端子配置 表 4 端子機能 端子番号 記号 1 BS 2 IN 3 SW 4 GND 5 FB 6 NC 7 EN 8 SS 機能 ハイサイドブースト入力端子 BS 端子は、ハイサイド MOSFET のドライブ電力を供給します。 コンデンサと抵抗を SW 端子と BS 端子間に接続してください 入力端子 IC に電力を供給します 出力端子 出力電力を供給します 出力用 LC フィルタを SW 端子に接続してください SW 端子と BS 端子間に、ハイサイド MOSFET へ電力供給する コンデンサが必要です グランド端子 裏面ヒートスラグは、グランド端子に接続してください。 基準電圧と出力電圧を比較するフィードバック端子 フィードバック閾値電圧は 0.8V です。 FB 端子を分圧抵抗 R4,R5 と R6 の間に接続して出力電圧を設定してください 未使用端子 イネーブル入力端子 EN 端子を High でレギュレータをオン、Low でオフします ソフトスタート端子 SS 端子とグランド間にコンデンサ接続することで、ソフトスタートを設定できます Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.7 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 3. 応用回路例 GND ラインは 1 番端子を中心にした 1 点 GND 配線とし、各部品を最短で配置することが必要です。 パッケージの裏面ヒートシンクにつながる GND の銅箔面積を大きくすることで、放熱効果が上がります。 C1, C2: 10μF / 25V C4, C5: 22μF / 16V C7: 0.1μF C3: 0.1μF R1: 100kΩ R3: 22Ω R4: 8.2 kΩ, R5: 4.3kΩ (VO=3.3V) R6: 3.9kΩ 図 5 応用回路例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.8 D1: SJPB-L4(サンケン) L1: 10μH NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 4. 熱減定格 図 6 NR120E シリーズ 熱減定格 注記 1) ガラスエポキシ基板 30×30mm 2) 銅箔エリア 25×25mm 3) 熱減定格は、ジャンクション温度 125°C で算出しています。 4) 損失は下記式を使って求めます。効率は、入力電圧、出力電流によって変化する為、効率曲線より求め、 パーセント表示のまま代入します。 5) D1 の熱設計は別途行う必要があります。 100 V PD VO I O 1 VF I O 1 O x VIN VO: 出力電圧 VIN: 入力電圧 IO: 出力電流 ηx: 効率(%) VF: Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.9 D1 順方向電圧 SJPB-L4…0.55V(IO=3A) NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 5. 外形図 Exposed SOIC8 パッケージ 6.918(0.244) 5.893(0.232) 2.16±0.127 (0.085±0.005) 3.89 (0.153) 3.73 (0.147) 0.508(0.020) 0.330(0.130) 3.18±0.127 (0.120±0.005) Bottom view Top view 4.902±0.102 (0.193± 0.004) 1.448±0.05 (0.057±0.002) 1.27(0.050) BSC 0.102(0.004) 0.1524(0.006 ) 0.000(0.000) Front view Side view 注記 1)寸法表記 mm (inch) 2)図は一定の縮尺で描かれていません 図 7 パッケージ外観図 NR121E SKYMW 製品名 ロットナンバー Y=西暦年号下一桁(0-9) M=製造月(1-9, O, N, or D) W=製造週(1-3) XXXX 管理ナンバー 図 8 パッケージ捺印仕様 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 6．動作説明 特記なき場合の特性数値は、NR120E シリーズの仕様に準じ、TYP 値を表記します。 6.1 PWM(Pulse Width Modulation)出力制御 NR120E シリーズは、電流制御と電圧制御の 2 系統の帰還ループとスロープ補正を行う 3 つのブロックで構成され ます。電圧制御帰還では出力電圧を PWM 制御に帰還するループとなり、出力電圧の抵抗分割を基準電圧 0.8V で 比較するエラーアンプで構成されています。電流制御帰還では、インダクタ電流を PWM 制御に帰還するループで あり、センス MOSFET を使用して分流されたインダクタ電流をカレントセンスアンプで検出を行っています。スロープ 補正では電流制御方式の特性上，サブハーモニック発振を回避するため電流制御スロープに対して補正を行って います。図 9 に示すように、NR120E シリーズでは、電圧制御帰還，電流制御帰還，スロープ補正の信号を演算する ことで、電流制御方式による PWM 制御を行っています。 図 9 電流制御 PWM 制御チョッパ型レギュレータ基本構成 NR120E シリーズは、UVLO が解除された時や EN・SS 端子が閾値を超えた時に、スイッチング動作します。最初 は最小 ON デューティーもしくは最大 ON デューティーでスイッチング動作します。 ハイサイドスイッチ(以下 M1) は、 出力にパワーを供給するスイッチング MOSFET です。内部回路にて SW 端子を短時間に ON して、M1 を駆動させ るためのブースト用コンデンサ C10 を充電します。M1 が ON において SW 端子とインダクタに電圧が印加され、イン ダクタ電流が増加し、検出する電流検出アンプの出力も上昇します。電流検出アンプの出力とスロープ補正信号と が加算された信号と誤差増幅器の出力を比較します。加算された信号が誤差増幅器(Error amp)の出力を超えた時 に、比較器の出力が“High”となり、RS フリップフロップがリセットされます。M1 が OFF し回生電流が D1 を流れます。 NR120E シリーズでは毎周期にセット信号が発生し、RS フリップフロップがセットされます。加算された信号が誤差増 幅器(Error amp)の出力電圧を超えなかった場合、OFF Duty 回路の信号により、RS フリップフロップが必ずリセットさ れます。 6.2 電源の安定性 チョッパ型レギュレータの位相特性は、レギュレータ IC 内部の位相特性、出力コンデンサ C4 (C5)と負荷抵抗 ROUT の合成になります。レギュレータ IC 内部の位相特性は、一般的には制御部の遅れ時間と出力誤差増幅器の位相特 性で定まります。この内、制御部の遅れ時間による位相遅れは、実使用上はほとんど問題になることはありません。 出力誤差増幅器の位相補正内蔵により、安定性を良くするための出力電圧及び出力コンデンサの設定については、 「7.1.3 出力コンデンサ C4 (C5)」および「7.1.7 出力電圧 VO と出力コンデンサ C4 (C5)」を参照して下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 6.3 過電流保護(OCP) 図 10 に OCP 特性を示します。NR120E シリーズは、垂下 型過電流保護回路を内蔵しています。過電流保護回路は スイッチングトランジスタのピーク電流を検出し、ピーク電流 が設定値を超えると強制的にトランジスタの ON 時間を短縮 させて出力電圧を低下させ電流を制限しています。更に出 力電圧が低下しますとスイッチング周波数を低下させること で低出力電圧時の電流増加を防止しています。過電流状 態が解除されると出力電圧は自動的に復帰します。 図 10 OCP 特性図 6.4 過熱保護(TSD) 熱保護回路は、IC の半導体接合温度を検出し、接合温度 が設定値(約 160°C)を超えると出力トランジスタを停止させ、 出力を OFF します。接合温度が過熱保護設定値より 20°C 程度低下すると自動的に復帰します。 ※（過熱保護特性）注意事項 瞬時短絡等の発熱に対し IC を保護する回路であり、長時 間短絡等、発熱が継続する状態の信頼性を含めた動作を 保証するものではありません。 出力電圧 復帰設定温度 保護設定温度 接合温度 図 11 TSD 動作 出力起動時間 100 6.5 ソフトスタート（SoftStart） 10 ｿﾌﾄｽﾀｰﾄ時間 [ms] 8 番端子（SS 端子）と 4 番端子（GND 端子）間にコンデン サを接続すると入力電圧投入時にソフトスタートがかかるよ うになります。VO は CSS の充電電圧に相関し立ち上がります。 VIN よって CSS 充電の時定数計算で概略求まります。 コンデンサ CSS は PWM 制御の OFF 期間をコントロールして Vin=4.1V 立ち上がり時間を制御し、立ち上がり時間 tSS 及びディレイ 時間 t_delay は以下の式で概略求まります。 1 FB 0.1 Iss 0.01時間 0.0001 Css SS 0.001 Vss2=1.79V Vss1(th) Vss1=0.9V t_delay t_ss t_all SS ×0.9 0.01 基準電圧 (0.8V) 0.1 SSコンデンサCss [uF] Error Amp. 図 12 Soft-Start 時間と SS コンデンサの関係 時間 Vo IC内部 ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) tSS= CSS × (VSS2 – VSS1) / (ISS × VSS1) VSS1(0.9V) < SS 端子電圧 < VSS2 (1.79V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V） ※Cssに0.1uFを使用した場合の例： SS 端子電圧 < VSS1(th) =時間VSS1 (0.9V) t_delay = CSS × VSS1 / ISS t_delay t_delay = Css*Vss1/Iss = 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 tss タイミングチャート1 VIN VIN VIN VIN VEN VEN Vin=4.1V Vin=4.1V FB FB Iss IssVEN=4.1V SS 時間 SS ×0.9 VSS Css Vss2=1.79V Vss1=0.9V 基準電圧 (0.8V) Vss1=0.9V Vo 時間 Vo Vo Vss1(th) Vss2=1.79V Vss1=0.9V Vss1(th) ×0.9 時間Css SS Vss2=1.79V SS 時間 基準電圧 (0.8V) Error Amp. Error Amp. IC内部 時間 時間 IC内部 ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V） ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V ）図 13 Soft-Start 原理 ※Cssに0.1uFを使用した場合の例 ： 時間 t_delay 時間 t_delay tss VIN タイミングチャート1 VEN VIN VIN VEN タイミングチャート2 VEN VEN=4.1V VEN VEN=4.1V 時間 VSS Copy Right: SANKEN ELECTRIC 時間 CO., LTD. VSS t_delay = Css*Vss1/Iss = 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms tss tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 ≒ 9.9ms ※Cssに0.1uFを使用した場合の例 ： 時間 タイミングチャート1 t_delay = Css*Vss1/Iss = VIN 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms t_delay tss tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 ≒ 9.9ms Vss2=1.79V Page.12 Vss1=0.9V 時間 NR120E シリーズ アプリケーションノート 出力コンデンサ起動での時定数 t = (COUT × VO ) / IS・・・(無負荷時） ※負荷がある状態では IS 値より負荷電流分が減算されま す。 SSコンデンサ放電時間 放電時間t_discharge [ms] ソフトスタート機能を使用しない場合は 8 番端子をオープン として下さい。CSS がない場合や極端に小さい場合、過電流 保護 Is で制限した出力電流で出力コンデンサ COUT を充電 する時定数で立ち上がります。 Rev.2.0 7 6 5 4 3 2 1 SSコンデンサ放電時間 0 0.01 0.1 SSコンデンサCss [uF] 1 図 14 SS コンデンサ放電時間 SS 開放電圧=3V SS 放電能力は 500μA 左記のグラフは SS 端子電圧が 3V→0V になるま での時間を表している。 6.6 出力の ON / OFF 制御 7 番(EN)端子を用いて、出力 ON/OFF 制御が可能です。 オープンコレクタ等のスイッチにより、7 番端子を VENL(1.4V)以下にすると出力は停止します（図 15）。 外部 ON/OFF 機能を使用しない場合は､図 16 のように IN～EN 間に 100kΩのプルアップ抵抗を接続してくだ さい｡VIN 電圧印加で起動します｡ 2. IN 100kΩ 7.EN NR121E 図 15 ON/OFF 制御 1 2. IN 100kΩ 7.EN NR121E 図 16 ON/OFF 制御 2 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7. 設計上の注意点 7.1 外付け部品 各部品は使用条件に適合したものを使用します。 7.1.1 チョークコイル L1 チョークコイル L1 は、チョッパ型スイッチングレギュレータの中心的役割を果たしています。 レギュレータを安定し て動作させるためには、飽和状態での動作や、自己発熱による高温動作等の危険な状態を回避しなくてはなりま せん。以下に挙げる a)から d)の 4 点に注意してチョークコイルを選定してください。 a)スイッチングレギュレータ用であること ノイズフィルタ用のコイルは、損失が大きく発熱が大となりますのでご使用を避けて下さい。 b) サブハーモニック発振の回避 ピーク検出電流制御ではインダクタ電流がスイッチング動作周波数の整数倍の周期で変動することがあります。こ のような現象をサブハーモニック発振と呼び、ピーク検出電流制御モードでは原理的に発生する問題です。安定な 動作をさせる為に IC 内部でインダクタ電流に補正を行っており、出力電圧に対応した適切なインダクタ値を選定す ることが必要です。 図 18 はサブハーモニック発振を回避するためのインダク タンス L 値選定範囲を示した図です。インダクタンス L の上 限については、入出力条件、負荷電流によって変わること があるため、目安の値になります。 チョークコイル電流の脈流部 ΔIL およびピーク電流 ILp は、 次式にて表されます。 IL (VIN Vo ) Vo ----- (1) L VIN f ILp IL Io 2 図 18 NR121E インダクタンス L 値選定範囲 ----- (2) この式よりチョークコイルのインダクタンス L が小さいほど、 ΔIL,ILp ともに増大することが分かります。よってインダク タンスが過小であるとチョークコイル電流の変動が大きくな るためレギュレータの動作が不安定になるおそれがあります。 過負荷・負荷短絡時の磁気飽和によるチョークコイルのイン ダクタンスの減尐に注意願います。 図 19 インダクタンスとリップルの関係 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 c) 定格電流を満足すること チョークコイルの定格電流は、使用する最大負荷電流より大きくなくてはなりません。負荷電流がコイルの定格電流 を越えると、インダクタンスが激減し、ついには飽和状態となります。この状態では、高周波インピーダンスが低下し、 過大な電流が流れますのでご注意下さい。 d) ノイズが尐ないこと ドラム型のような開磁路型コアは、磁束がコイルの外側を通過するため周辺回路へノイズによる障害を与えることが あります。なるべくトロイダル型や EI 型、EE 型のような閉磁路型コアのコイルをご使用下さい。 7.1.2 入力コンデンサ C1 (C2) 入力コンデンサは、入力回路のバイパスコンデンサとして動作し、スイッチング時の急峻な電流をレギュレータに供 給して入力側の電圧降下を補償しています。極力レギュレータ IC の近くに取り付ける必要があります。AC 整流回路 の平滑コンデンサが入力回路にある場合でも、IC の近くにレイアウトされていなければ、入力コンデンサは平滑コン デンサと兼用とすることが出来ません。 C1 (C2)選定のポイントとして次のことが挙げられます。 IIN VIN a) 耐圧を満足すること b) 許容リップル電流値を満足すること 入力コンデンサのリップル電流は負荷電流の増加に伴って 増大します。 C1 (C2) 耐圧や許容リップル電流値を超えたり、ディレーティング無 しで使用した場合、コンデンサ自身の寿命が低下するばか りでなく、レギュレータの異常発振を誘発する危険がありま す。十分なマージンをとったコンデンサを選択するためには、 IIN (2)式に示す入力コンデンサに流れるリップル電流実効値 Irms を求めます。 VIN 1.VIN Vo ﾘｯﾌﾟﾙ電流 Irms 1.2 Io ----- (3) C1 Vin C1電流波形 Iv Ton T 図 21 C1 (C2)の電流波形 5 3 0.9A 20 となりますので、許容リップル電流が、0.9A より大きいコン デンサを選ぶ必要があります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 図 20 C1 (C2)の電流経路 0 VIN = 20V, Io = 3A, Vo = 5V とした場合、 Irms 1.2 IN Ripple current Page.15 Ip NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.1.3 出力コンデンサ C4 (C5) 電流制御方式は、電圧制御方式にインダクタ電流を検出し帰還するループを追加した方式です。帰還ループに インダクタ電流を追加することで、LC フィルタの二次遅れ要素の影響を考慮せず安定な動作を実現できます。二次 遅れを補正するために必要であった LC フィルタの容量 C を小さいものにでき、低 ESR のコンデンサ（セラミックコン デンサ）を用いても安定した動作を得ることができます。 出力コンデンサ C4 (C5)は、チョークコイル L1 と共に LC ローパスフィルターを構成し、スイッチング出力の平滑コン デンサとして機能しています。出力コンデンサにはチョークコイル電流の脈流部 ΔIL と等しい電流が充放電されてい ます。従って入力コンデンサと同様に、耐圧及び許容リップル電流値を十分なマージンを取った上で満足する必要 があります。 IL 出力コンデンサのリップル電流実効値は(4)式で求めます。 Irms IL Vout L1 -----(4) ESR ΔIL を 0.5A とした場合、 Irms 0.5 2 3 ≒ 0.14A レギュレータの出力リップル電圧 Vrip は、チョークコイル電流 L1 の脈流部 ΔIL（C4 (C5)充放電電流）と出力コンデンサ C4 ﾘｯﾌﾟﾙ電流 (C5)の等価直列抵抗 ESR の積によって定まります。 ESR RL 図 22 C4 (C5)の電流経路 Vout C2電流波形 Io 0 ⊿IL -----(5) C2 従って出力リップル電圧を小さくするには、等価直列抵抗 ESR の低いコンデンサを選ぶ必要があります。一般的に電 解コンデンサでは同一シリーズの製品ならば、同一耐圧で 容量が大きい程、又は同一容量で耐圧が高い程（≒外形が 大きくなる程）ESR は低くなります。 ΔIL = 0.5A RL C4 (C5) 許容リップル電流が 0.14A 以上のコンデンサが必要になり ます。 IL Vrip IL C4 ESR Io Ripple current 2 3 Vrip = 40mV とした場合、 C4 ESR 40 0.5 80m ESR が 80mΩ 以下のコンデンサを選べば良いことになりま す。ESR は、一般に温度によって変化し低温になると増加 します。使用温度における ESR を確認する必要があります。 ESR 値はコンデンサ固有のものですので、コンデンサの製 造元に問い合わせ下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 図 23 C4 (C5)電流波形 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.1.4 FB 端子 出力電圧設定 FB 端子は出力電圧を制御する為のフィードバック検出端 子です。出来る限り出力コンデンサ C4 (C5)に近い所に接 続して下さい。遠い場合、レギュレーションの低下、スイッ チングリップルの増大により異常発振の原因となりますので ご注意下さい。 R4 (R5)及び R6 を接続することで出力電圧の設定が可能で す。 IFB が約 0.2mA になるように設定してください。 （IFB は下限 0.2mA で考え、上限は特に制限は ありませんが、消費電流が増え効率が低下しますのでご注 意ください。 R4 (R5), R6,出力電圧は次式で求められます。 図 24 電圧検出ライン IFB = VFB / R6 *VFB = 0.8V ± 2% R4 + R5 = (VOVFB) / IFB R6 = VFB / IFB VO = ( R4+R5 ) × ( VFB / R6 ) + VFB VO = 0.8V に設定する際も、安定動作の為 R6 は接続してください。 入出力電圧の関係については、SW 端子のオン幅がおよそ 200nsec 以上になるような設定を推奨します。 FB 端子及び R4 (R5), R6 の配線は、フライホイールダイオードと並走する配線はしないでください。 スイッチングノイズが検出電圧に干渉し、異常発振する場合があります。 特に FB 端子から R6 の配線は短く設計することを推奨します。 7.1.5 低入力時の外付けブーストラップダイオード 入力電圧が 6V 以下で使用する場合は、効率が低下低下しますので、INBS 間にダイオードを挿入することを推 奨します（図 25）。もしくは BS 端子にダイオードを接続して外部から電圧を印加して下さい（図 26）。 注記 1) 外部印加電圧は 5V～6V の範囲で設定してください。 2)入力電圧 6V 以上の場合は、ダイオードは接続しないでください。 5V 2. IN 1.BS 1.BS NR121E NR121E 3.SW 3.SW 図 26 ブーストラップダイオード接続 2 図 25 ブーストラップダイオード接続 1 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.1.6 フライホイールダイオード D1 フライホイールダイオード D1 を接続することで、効率を良くすることができます。 フライホイールダイオード D1 は、スイッチングオフ時にチョークコイルに貯えられたエネルギーを放出させる目的で使 用します。フライホイールダイオードには必ずショットキーバリアダイオードを使用して下さい。一般の整流用ダイオー ドやファーストリカバリダイオード等を使用した場合、リカバリ及びオン電圧による逆電圧印可により、IC を破壊する恐 れがあります。SW 端子（3 番端子）から出力された電圧は、入力電圧と同等である為、フライホイールダイオードの逆 方向耐圧が入力電圧以上あるものをご使用下さい。 フライホイールダイオードにはフェライトビーズは入れないでください。 7.1.7 出力電圧 VO と出力コンデンサ C4 (C5) 安定動作の目安として、出力電圧と出力コンデンサの対比を表 6 に示します。 アルミ電解コンデンサの ESR は、100mΩ～200 mΩ の範囲で選定願います。 インダクタ L については「7.1.1 チョークコイル L1」を参照して選定して下さい。 表6 VO C4 (C5)対比表 NR121E(350kHz) C4 (C5) [uF] VO[V] アルミ電解コンデンサ ( ESR≒100mΩ ) セラミックコンデンサ 1.2 33 to 100 47 to 330 1.8 22 to 100 47 to 470 3.3 10 to 68 20 to 180 5 4.7 to 47 4.7 to 100 9 3.3 to 22 2.2 to 47 12 3.3 to 22 2.2 to 33 14 2.2 to 22 2.2 to 33 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.2 パターン設計 7.2.1 大電流ライン 接続図中の太線部分には大電流が流れますので、出来る限り太く短いパターンとして下さい。 図 27 配線パターン注意箇所 7.2.2 入出力コンデンサ 入力コンデンサ C1 (C2)と、出力コンデンサ C4 (C5)は、出来る限り IC に近づけて下さい。入力側に AC 整流回 路の平滑コンデンサがある場合は、入力コンデンサと兼用にすることが可能ですが、距離が離れている場合には、 平滑用とは別に入力コンデンサを接続することが必要です。コンデンサ部分のパターン引き回しにも同様の配慮が 必要です。 図 28 推奨コンデンサ配線 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19 図 29 コンデンサ配線の悪い例 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.2.3 実装基板パターン例 図 30 PCB レイアウト表面:部品面（両面基板） 図 31 PCB レイアウト裏面:GND 面（両面基板） デモボード回路図(他シリーズ共用) NR121E 図 32.デモボード回路図 ※デモボード回路図の部品番号は､当該基板が NR110､NR120､NR880 シリーズ共用のため､前述の応用回路例 などと一部一致しません｡予めご了承ください｡NR120 シリーズにおいて､C9,R9,C10 は使用しません｡ また、D2,R3,R8,R10,C8,C12 はオプションです｡ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.20 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 注記 PCB サイズ： 60mm×60mm 0.61 (0.024) 1.27 (0.050) 1.60 (0.063) 2.35 (0.092) 3.24 (0.127) 注記 1) 寸法：mm(inch) 2) 図は一定の縮尺で描かれていません 図 33. 推奨ランドパターン Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.21 5.40 (0.213) NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.3 応用設計 7.3.1 スパイクノイズの低減(1) ･BS 直列抵抗の追加 図 34 の R3(オプション)を挿入することで､IC 内蔵の パワーMOSFET のターンオンスイッチングスピードを 遅くすることが出来ます｡スパイクノイズはスイッチング スピード低下に連動して下がる傾向となります｡ R3 を使用する場合は 22Ω を上限として設定してください｡ ※ご注意 1)誤って R3 の抵抗値を大きくしすぎると､IC 内蔵パワー MOSFET はアンダードライブとなり､最悪破損する事が 有ります｡ 2)R3 が大きすぎると､起動不良を起こす事が有ります｡ 1.BS NR121E 図 34 R3 の挿入 7.3.2 スパイクノイズの低減(2) ･スナバ回路の追加 上記の対策に図 35 のように抵抗とコンデンサ（RC スナ バ）を追加することにより、出力波形及び、ダイオードのリカ バリータイムを補正し、一層のスパイクノイズを低減させるこ とができます。7.3.1 項と共に効率が低下しますので注意し て下さい。 ※オシロスコープにてスパイクノイズを観測される際には、 プローブの GND リード線が長いとリード線がアンテナの作 用をしてスパイクノイズが大きく観測されることがあります。ス パイクノイズの観測に当たってはプローブのリード線を最短 にして出力コンデンサの根本に接続して下さい。 2.VIN 3.SW NR121E 4.GND Option 図 35 スナバ回路の追加 7.3.3 ビーズコアの使用に関するご注意 図 36 図 36 の赤の点線内ではフェライトビーズなどのビーズコアを挿入しないでください。プリント基板パターン設計において は、IC の安全且つ安定動作のため、配線パターンの寄生インダクタンスを小さく抑えていただくように推奨しておりま す｡ ビーズコアを挿入すると､元々配線パターンが持つ寄生インダクタンスに､ビーズコアが持つインダクタンスが加算される ため､この影響によってサージ電圧の発生､或いは IC の GND が不安定／負電位になるなど､誤動作が発生したり､最悪 の場合破損に至る事があります｡ ノイズの低減に関しては､基本的に上記の「･スナバ回路の追加」及び､「･BS 抵抗の追加」で対策してください｡ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.22 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 7.3.4 逆バイアス保護 バッテリーチャージ等、入力端子より出力の電圧が高くな るような場合には、入出力間に逆バイアス保護用のダイ オードが必要となります。 2. IN 3.SW NR121E 図 37. 逆バイアス保護用ダイオード Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.23 NR120E シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 ご注意書き 本資料に記載されている内容は、改良などにより予告なく変更することがあります。 ご使用の際には、最新の情報であることを確認してください。 本書に記載されている動作例および回路例は、使用上の参考として示したもので、これらに起因する弊 社もしくは第三者の工業所有権、知的所有権、その他の権利の侵害問題について弊社は一切責任を 負いません。 弊社は品質、信頼性の向上に努めていますが、半導体製品では、ある確率での欠陥、故障の発生は避 けられません。部品の故障により結果として、人身事故、火災事故、社会的な損害などが発生しないよう、 使用者の責任において、装置やシステム上で十分な安全設計および確認を行ってください。 本書に記載されている製品は、一般電子機器(家電製品、事務機器、通信端末機器、計測機器など)に 使用することを意図しています。 高い信頼性が要求される装置(輸送機器とその制御装置、交通信号制御装置、防災･防犯装置、各種 安全装置など)への使用を検討する場合は、必ず弊社販売窓口へ相談してください。 極めて高い信頼性を要求する装置（航空宇宙機器、原子力制御、生命維持のための医療機器など）に は、弊社の文書による合意がない限り使用しないでください。 弊社の製品を使用、またはこれを使用した各種装置を設計する場合、定格値に対するディレーティング をどの程度行うかにより、信頼性に大きく影響します。 ディレーティングとは信頼性を確保または向上するため、各定格値から負荷を軽減した動作範囲を設定 したり、サージやノイズなどについて考慮することです。ディレーティングを行う要素には、一般的には電 圧、電流、電力などの電気的ストレス、周囲温度、湿度などの環境ストレス、半導体製品の自己発熱によ る熱ストレスがあります。これらのストレスは、瞬間的数値、あるいは最大値、最小値についても考慮する 必要があります。 なおパワーデバイスやパワーデバイス内蔵 IC は、自己発熱が大きく接合部温度のディレーティングの 程度が、信頼性を大きく変える要素となりますので十分に配慮してください。 本書に記載している製品の使用にあたり、本書記載の製品に他の製品・部材を組み合わせる場合、あ るいはこれらの製品に物理的、化学的、その他何らかの加工・処理を施す場合は、使用者の責任にお いてそのリスクを検討の上行ってください。 本書記載の製品は耐放射線設計をしておりません。 弊社物流網外での輸送、製品落下などによるトラブルについて、弊社は一切責任を負いません。 本書記載の内容を、文書による当社の承諾なしに転記複製を禁じます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 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