LED 電流バランサーIC LC101N データシート 概要 パッケージ LC101N は、パワー部に低飽和 PNP バイポーラト ランジスタを使用した電流制御用 IC です。飽和状 態でのサチュレーション電圧が小さく、定電流電源 で駆動した場合の損失を最小限に抑えた設計がで きます。FB 端子～LO 端子間に接続する抵抗で定電 流値を設定し、LED を定電流駆動できます。LC101N は 8 ピン DFN の面実装パッケージです。 DFN 8 特長 代表特性 ● 最大電流 150 mA ● 低入出力電圧差で設計可能 VDIF(max.)＝0.35 V (Io = 150 mA) ● 基準電圧 200 mV により検出抵抗の損失低減 ● 複数の LED ストリングを並列接続する場合のバ ランス動作に最適 ● 保護機能 過電流保護機能(OCP)：フの字 過熱保護機能(TSD)：自動復帰 ● ● ● ● 応用回路例 U2 IN 1 LO FB 8 5 LO ● LED 照明 ● LCD タッチパネルなどのバックライト IN FB 4 8 5 LED ILED1 アプリケーション 1 LC101N ICONST 最大入力電圧：35 V 最大出力電流：150 mA LED 電流制御用基準電圧：200 mV 許容損失：1.3 W R1 LC101N U1 原寸大ではありません 4 LED ILED2 R2 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 1 LC101N 目次 概要 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 目次 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1. 絶対最大定格 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2. 推奨動作条件 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3. 電気的特性 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 4. 熱抵抗 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 5. 熱減定格曲線 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 4 6. ブロックダイアグラム ---------------------------------------------------------------------------------- 5 7. 各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 8. 応用回路例 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 9. 外形図 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 10. 捺印仕様 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 11. 動作説明 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 8 11.1 基本動作 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 8 11.2 供給電源 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 8 11.3 電流バランス動作 ---------------------------------------------------------------------------------- 8 11.4 LC101N の動作電圧 -------------------------------------------------------------------------------- 9 11.5 過電流保護機能（OCP） ------------------------------------------------------------------------- 9 11.6 過熱保護機能（TSD） ----------------------------------------------------------------------------- 9 12. 設計上の注意点 ------------------------------------------------------------------------------------------- 9 12.1 外付け部品 ------------------------------------------------------------------------------------------- 9 12.1.1 LED 電流設定抵抗 R1 ----------------------------------------------------------------------- 9 12.2 パターン設計 -------------------------------------------------------------------------------------- 10 12.2.1 パターン設計の注意点 -------------------------------------------------------------------- 10 12.2.2 参考パターンレイアウト ----------------------------------------------------------------- 10 12.2.3 推奨フットパターン ----------------------------------------------------------------------- 11 13. 代表特性例 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 11 14. 梱包仕様 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 14.1 エンボス･キャリアテープ仕様 ---------------------------------------------------------------- 12 14.2 リール仕様 ----------------------------------------------------------------------------------------- 13 15. リフロー推奨温度プロファイル -------------------------------------------------------------------- 14 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 2 LC101N 1. 絶対最大定格 ● 特記がない場合の条件 項目 入力電圧 LED 端子電圧 FB 端子電圧 TA = 25 °C、電圧は LO 端子がマイナス 記号 規格値 VIN 35 VLED VIN VFB 5 許容損失 PD 1.3 単位 V V V W 備考 参考パターンレイアウ ト実装時（FR4 両面基 板）。12.2.2 項参照。 Tj °C 接合部温度 − 40～125 Tstg − 40～80 °C 保存温度 *過熱保護回路を内蔵しているため、接合部温度が 110 °C(min.)以上になると過熱保護機能が動作します。 2. 推奨動作条件 ● 特記がない場合の条件 TA= 25 °C、電圧は LO 端子がマイナス Min. Max. 項目 記号 単位 備考 VIN 2.4 * V IN－LO 間電圧 ILED 15 150* mA 出力電流 TOP − 20 + 80 °C 動作時周囲温度 * VIN と ILED には次式の関係があるため、条件によって値が異なります。許容損失 PD は図 5-1 熱減定格曲線 より算出してください。 PD(MAX) = (VIN − VLED) × ILED(MAX) 3. (1) 電気的特性 ● 特記がない場合の条件 TA= 25 °C、電圧は LO 端子がマイナス 項目 記号 測定条件 VFB VIN = 4 V, ILED = 15 mA 基準電圧 ΔVFB/TA 基準電圧温度係数(1) Tj = 25 °C～100 °C ILED ≤ 50 mA ΔVDIF 入出力電圧差(2) ILED ≤ 150 mA IS1 VIN = 4V, VLED = 90 % 過電流保護開始電流 (1) TSD 過熱保護 (1) 設計保証値 (2) IN 端子と LED 端子間の飽和電圧 4. Min. 0.194 Typ. 0.200 − 0.02 Max. 0.206 0.18 0.35 160 110 130 単位 V mV/°C V V mA °C 熱抵抗 ● 特記がない場合の条件 TA= 25 °C 項目 記号 θj-A 接合部－周囲温度熱抵抗 θj-TOP 熱抵抗(接合－捺印面) 規格値 65 27 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 単位 °C/W °C/W 備考 3 LC101N 5. 熱減定格曲線 12.2.2 項の参考パターンレイアウト（FR4 材 両面基板）実装時の熱減定格曲線です。熱減定格は、接合 部温度 110 °C で算出しています。110 °C になると過熱保護が作動することがあります。 1.4 1.2 許容損失PD (W) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -20 0 20 40 60 周囲温度TA (°C) 図 5-1 80 100 120 熱減定格曲線 ● 接合部温度の求め方 捺印面の温度 TTOP を測定し、次式に代入することで、接合部温度を求めることができます。 Tj = PD × θj-TOP＋TTOP (°C) (2) ここで、θj-TOP = 27 °C/W。 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 4 LC101N 6. ブロックダイアグラム 1 IN LED FB 4 5 LO 8 7. 各端子機能 端子番号 端子名 機能 1 IN 入力端子 2 NC 未接続 IN 1 8 LO NC 2 7 NC 3 NC 未接続 NC 3 6 NC 4 LED 出力端子 LED 4 5 FB 5 FB LED 電流検出端子（プラス側） 6 NC 未接続 7 NC 未接続 8 LO LED電流検出端子（マイナス側） LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 5 LC101N 応用回路例 U1 U2 IN 1 LO FB 8 LC101N ICONST 5 LO FB 4 8 5 LED ILED1 IN 1 R1 LC101N 8. 4 LED ILED2 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 R2 R1、R2：ILED 設定用抵抗 6 LC101N 9. 外形図 ● DFN8 <Top View> <Bottom View> 1 <Side View> 1 備考 ● ● ● ● 単位：mm Pb フリー品(RoHS 対応) 端子幅：1 番端子 0.375 mm、2 番端子～8 番端子 0.3mm 裏面のヒートスラグは基板のパターンで放熱 10. 捺印仕様 製品名略称 (LC101N) 8 1 Y M D ロット番号 X X X 1 Y = 西暦下一桁 (0~9) M = 月 (1~9、O、N、D) D =日 (1~9、A~Z、ここでB、I、O、Qは不使用) 管理番号 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 7 LC101N 表 11-1 損失 PR1 11. 動作説明 R1 抵抗値(Ω) 損失 PR1 (mW) 11.1 基本動作 50 4 10 LC101N の電流制御は非常にシンプルです。FB 端 子と LO 端子の間に接続した設定抵抗 R1 の両端電 圧が一定になるように、エラーアンプによって内蔵 PNP トランジスタのエミッタとコレクタ間の電圧 をリニア制御します。 図 11-1 に LC101N の基本接続回路を示します。 100 2 20 150 1.33 30 VF1×n U2 IN 1 LO FB 5 LO FB 4 供給電源には、定電流電源を使用してください。 定電圧電源でも動作しますが、本 IC の入出力間電 圧差が必要以上に大きくなると、余剰分はすべて損 失になります。 IN 8 5 LED1 供給電源の能力は PIN は、式(7)を満たす必要があ ります。 4 LED VF1 (6) 11.2 供給電源 1 LC101N ICONST 8 VF2×n LC101N U1 また、IC の損失は、式(6)で計算できます。 ここで、 VIN：IN 端子と LO 端子間の電圧 VLED：LED 端子と LO 端子間の電圧 LEDストリングB 定電流 電源 LEDストリングA ILED (mA) LED VF2 LED2 (7) ILED1 図 11-1 R1 ILED2 R2 ここで、 N：直列にする LED の個数 VF：LED の順方向電圧降下 ICONST：供給電源の定電流 LC101N 基本接続 LED 電流 ILED は式(3)で計算できます。 (3) これより、設定抵抗 R1 は式(4)になります。 例えば、図 11-1 において、LED ストリング A、 B 共に ILED = 50 mA と設定する場合を想定します。 ICONST は、電源の垂下特性を考慮して、LED ストリン グ A と B の合計の電流値（100 mA）よりも若干尐 なめに設定します。ここでは、ICONST = 95 mA とし ます。VF = 3 V、n = 7 個の場合、供給電源の能力 PIN は以下のように計算できます。 (4) 定電流制御するための基準電圧 VFB は 200 mV で す。R1 の両端電圧が VFB と等しくなるように制御 します。 11.3 電流バランス動作 (5) すべての LED の VF が同一で、A 列と B 列に同じ 電流が流れている場合は、定電流電源 ICONST により 制御され、かつ、内蔵トランジスタは飽和状態であ るため、電力損失は最小になります。 式(3)～式(5)から ILED 、R1 と損失 PR1 の関係を求 めた結果を表 11-1 に示します。 しかしながら、LED の VF はばらつくため、完全 な平衡状態はありえません。仮に、図 11-1 の LED 設定抵抗 R1 の損失 PR1 は、 式(5)で計算できます。 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 8 LC101N ストリング B の VF2 がそれぞれ 0.1 V ずつ、LED ス トリング A の VF1 よりも小さいとします。 このとき、 個 は、LED ストリング B の LC101N の IN 端子と LED 端子間で背負うことになります。しかし、LED スト リング B の ILED2 は R2 によって一定に制御されるた め、この場合の LED ストリング B の LC101N の損 失は、 の増加に留まり、十分許容可能です。 このように、定電流電源で動作させている場合、 LED ストリングへの印加電圧は、最も VF の高い LED ストリングの必要最小限の値になります。 このように、LC101N を使用すると、VF 変化によ る電流集中や、輝度ムラを最小限に抑えることがで きます。 11.4 LC101N の動作電圧 LC101N の動作条件は以下の通りです。 ● IN 端子と LED 端子の間の最小入出力間電圧差が ΔVDIF より高い。 ● LO 端子に対して IN 端子が 2.4 V(min.)以上。 図 11-1 のように、LED 端子と設定抵抗の間に LED を一つ入れることで、LO 端子に対する IN 端子 の動作電圧を十分確保できます。 11.5 過電流保護機能（OCP） LC101N は図 13-2 のような『フの字』の過電流保 護特性を有しています。短絡電流は起動特性を考慮 して完全に 0 A にはなりません。そのため、発熱に 注意が必要です。 過電流保護で LED 端子電圧が低下すると、入出 力間電圧差が大きくなり発熱します（11.6 項の過熱 保護が作動することがあります）。 Tj < 110 °C で熱設計する必要があります。 過熱保護にはヒステリシスがなく、Tj が設定温度 より下がると、自動復帰します。 過電流状態で過熱保護が作動すると、 過電流状態→VLED の低下→ILED の低下→接合温度低 下→自動復帰→過電流状態 の動作を繰り返し、出力電圧 VLED が間欠発振して いるような波形になることがあります（図 13-4 参 照）。 ● 過熱保護機能に関するご注意 過電流保護機能は、瞬時短絡などの発熱に対して IC を保護することを目的としており、長時間の短絡 など、発熱が継続する状態での信頼性を含めた動作 を保証するものではありません。 LC101N と接続する LED の実装位置（距離）や配 線方法などによっては、LED の発熱により、LC101N の過熱保護が動作する場合があります。 12. 設計上の注意点 12.1 外付け部品 各部品は使用条件に適合したものを使用してく ださい。 12.1.1 LED 電流設定抵抗 R1 LC101N が LED 電流を制御するための基準電圧 VFB は 200 mV です。この VFB と設定抵抗 R1 の両端 電圧が等しくなるように制御します。VFB は低電圧 なので、起動／停止時など過渡状態での誤動作を考 慮し、R1 は構造的要因で逆起電圧を生じる巻線型 抵抗器は使用しないでください。 また、挿入型の場合はリード線を長くして実装す ると、リード線の寄生インダクタンスで逆起電圧が 発生しますのでご注意ください。 R1 は、面実装抵抗器を LC101N の近傍に配置し て使用をすることを推奨します。 また、抵抗のオープン／ショート試験で問題が生 じる場合は、抵抗器の直並列接続などを考慮してく ださい。 R1 の設定は表 11-1 を参考にしてください。 11.6 過熱保護機能（TSD） LC101N は、過熱保護回路を有しています。IC チッ プ上で半導体接合温度 Tj を検出し、接合温度が設定 値 TSD = 130 °C (typ.)を超えると、内蔵 PNP トラン ジスタのドライブ電流を制限します。 過熱保護回路の動作温度は下限が 110 °C なので、 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 9 LC101N 12.2 パターン設計 12.2.1 パターン設計の注意点 ● 図 12-1 のように、設定抵抗 R1 は、LC101N の FB 端子と LO 端子の近傍に配置してください。 ● FB 端子から LED1 までの配線は、スイッチング 動作している配線との並走パターンは避けてく ださい。誘導によりノイズが FB 端子に重畳し、 LC101N が誤動作する場合があります。 *供給電源の(－)は LO FB Lo LC101N R1 Lo 1pin→ LED IN 供給電源 LED U1 IN 1 LC101N LED 4 LED LED (＋) (A) 部品面 LEDストリング 定電流 電源 LED LED1 8 LO 5 FB R1 FB端子LOの近くに配置 図 12-1 パターンレイアウト注意箇所 12.2.2 参考パターンレイアウト 図 12-2 に参考パターンレイアウト、表 12-1 にそ の基板情報を示します。 (B) 裏面 図 12-2 参考パターンレイアウト 表 12-1 参考パターンレイアウトの基板情報 項目 基板タイプ サイズ 基材厚 銅箔厚 基板情報 両面 40 mm × 40 mm t = 1.6 mm 35 μm LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 10 LC101N (3)Lo端子電流 ＊ VLED=3.8v Setting Lo Terminal Current 12.2.3 推奨フットパターン 6 0.15 0.50 3.00 1.50 2.30 5 LO 端子電流 ILO (mA) 0.375 VLED = 3.8 V ILED=150mA 4 3 ILED=100mA 2 ILED=100mA 1 0.60 0 0 0.65 2 4 0.30 6 8 12 入力電圧 VIN (V) (4)過熱保護特性 図 12-3 推奨フットパターン （原寸大ではありません） 図 13-3 Thermal protection LO 端子電流 4.5 VIN=4.5V 4 13. (1)入出力電圧差 代表特性例 3.5 Doropout Voltage 3 0.3 TA = 25 °C 2.5 VLED (V) 入出力電圧差 ΔVDEF (V) 10 Input Voltage V 0.25 0.2 2 1.5 1 0.15 0.5 0.1 0 0 0.05 50 100 Junction Temperature 接合部温度 Tj (°C) 150 ℃ 0 0 50 100 150 図 13-4 LED ILEDCurrent (mA) mA 図 13-1 (2)過電流保護 過熱保護 入出力電圧差特性 Over current protection 4.5 4 3.5 VLED (V) 3 2.5 2 VIN=4V 1.5 1 VIN=6V 0.5 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 LED Current A ILED (mA) 図 13-2 過電流保護特性 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 11 LC101N 14. 梱包仕様 14.1 エンボス･キャリアテープ仕様 テープ引き出し方向 空シール部 製品収納部 空シール部 カバーテープ↓ トレーラー 収容数量 5000[個] 160 mm(min.) リーダー 200 mm(min.) 600 mm(min.) テープ引き出し方向 テーピング方向 図 14-1 単位：mm エンボス･キャリアテープ寸法 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 12 LC101N 14.2 リール仕様 9 ± 0.3 材質：PS ( ポリスチレン) 11.4 ± 1.0 色：黒色 収容数量：5000 個 図 14-2 単位：mm リール寸法 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 13 LC101N 15. リフロー推奨温度プロファイル 250 °C (peak) はんだ接合部温度 (°C) 250 *リフロー回数は 2 回に限定 230 °C 200 180 °C 30 ± 10 s 150 150 °C 90 ± 30 s 図 15-1 リフロー推奨温度プロファイル LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 14 LC101N 注意書き ● 本書に記載している製品（以下、「本製品」という）のデータ、図、表その他のすべての内容は本書発行 時点のものとなります。本書に記載している内容は、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）の部品に使用されること を意図しております。ご使用の際には、納入仕様書に署名または記名押印のうえご返却をお願いします。 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）への使用をご検討の際には、必ず事前にその使用の適否につき弊社販売窓口へご相談および納 入仕様書に署名または記名押印のうえご返却をお願いします。極めて高い信頼性が要求される装置（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、文書による弊社の承諾がない限り使用し ないでください。 ● 本製品の使用にあたり、本製品に他の製品・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・処理を施す場合には、使用者の責任においてそのリスクを必ずご検討のう え行ってください。 ● 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。本製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、 故障発生率およびディレーティングなどを考慮のうえ、使用者の責任において、本製品が使用される装置 やシステム上で十分な安全設計および確認を含む予防措置を必ず行ってください。ディレーティングにつ いては、納入仕様書および弊社ホームページを参照してください。 ● 本製品は耐放射線設計をしておりません。 ● 本書に記載している内容を、文書による弊社の承諾なしに転記・複製することを禁じます。 ● 本書に記載している回路定数、動作例、回路例、パターンレイアウト例、設計例、推奨例およびこれらに 基づく評価結果などは、使用上の参考として示したもので、これらに起因する使用者もしくは第三者のい かなる損害および知的財産権を含む財産権その他一切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。 ● 本書に記載している技術情報（以下、「本技術情報」という）は、本製品の使用上の参考として示したも ので、弊社の所有する知的財産権その他権利の実施、使用を許諾するものではありません。 ● 使用者と弊社との間で別途文書による合意がない限り、弊社は、本製品の品質（商品性、および特定目的 または特別環境に対する適合性を含む）ならびに本書に記載の情報（正確性、有用性、信頼性を含む）に ついて、明示的か黙示的かを問わず、いかなる保証もしておりません。 ● 本製品を使用する場合は、特定の物質の含有・使用を規制する RoHS 指令など、適用可能性がある環境関 連法令を十分に調査したうえで、当該法令に適合するよう使用してください。 ● 本製品および本技術情報を、大量破壊兵器の開発を含む、軍事用途や軍事利用の目的で使用しないでくだ さい。また、本製品および本技術情報を輸出または非居住者などに提供する場合は、 「米国輸出管理規則」、 「外国為替及び外国貿易法」など、各国の適用のある輸出管理法令等を遵守してください。 ● 弊社物流網以外での本製品の落下などの輸送中のトラブルについて、弊社は一切責任を負いません。 ● 本書は、正確を期すため慎重に製作したものですが、弊社は本書に誤りがないことを保証するものではな く、万一本書に記載している内容の誤りや欠落に起因して使用者に損害が生じた場合においても、弊社は 一切責任を負いません。 ● 本製品を使用するときに特に注意することは納入仕様書、一般的な使用上の注意は弊社ホームページを参 照してください。 LC101N-DSJ Rev.1.0 サンケン電気株式会社 2015.11.05 http://www.sanken-ele.co.jp © SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2015 15