SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 SSC9512 アプリケーションノート Rev.1.3 サンケン電気株式会社 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 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 目次 1. 概要 -------------------------------------------------------------------------------------------3 2. 特長 -------------------------------------------------------------------------------------------3 3. ブロック図 ブロック図と各端子機能 -------------------------------------------------------------------4 4. 外形図 ----------------------------------------------------------------------------------------5 5. 電気的特性 ----------------------------------------------------------------------------------6 6. 応用回路例 ----------------------------------------------------------------------------------9 7. 動作説明 ----------------------------------------------------------------------------------- 10 7.1 共振回路動作 共振回路動作------------------------------------------------------------------------ 10 7.2 起動動作 ------------------------------------------------------------------------------ 11 7.3 ソフトスタート ソフトスタート機能 機能 ------------------------------------------------------------------- 12 7.4 定電圧制御動作 定電圧制御動作--------------------------------------------------------------------- 12 7.5 デッドタイム デッドタイム自動検出機能 自動検出機能 --------------------------------------------------------- 13 7.6 ラッチ ラッチ回路 回路 ---------------------------------------------------------------------------- 16 7.7 7.8 7.9 7.10 外部ラッチ 外部ラッチ機能 ラッチ機能 ---------------------------------------------------------------------- 16 ブラウンイン／ ブラウンアウト機能 ブラウンイン ／ブラウンアウト 機能 ------------------------------------------------ 16 過電圧保護（ 過電圧保護 （OVP） ） ----------------------------------------------------------------- 17 過負荷保護（ 過負荷保護 （OLP） ） ----------------------------------------------------------------- 17 7.11 過電流保護 過電流保護（ （OCP） ） ----------------------------------------------------------------- 18 7.12 電流共振外 検出機能------------------------------------------------------------ 19 電流共振外れ 共振外れ検出機能 8. 設計上の 設計上の注意点 -------------------------------------------------------------------------- 21 ご注意書き 注意書き -------------------------------------------------------------------------------------- 23 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 1. 概要 SSC9512 は、ハイサイドパワーMOSFET ドライブ用のフローティング･ドライブ回路を内蔵した電流共振型 （SMZ*方式）電源用制御 IC です。 * SMZ = Soft-switched Multi-resonant Zero Current switch、 すべてのスイッチング領域がソフトスイッチ動作。 様々な電源仕様に対して、デッドタイム自動調整機能や共振外れ検出機能など、充実した保護機能により、 構成部品の少ないコストパフォーマンスの高い、小型・高効率・低ノイズ電源システムを容易に構成することが できます。 2. 特長 特長と 特長と利点 • DIP16 パッケージ • ハイサイドパワーMOSFET ドライブ用のフローティング･ドライブ回路内蔵 • ソフトスタート機能内蔵（電源起動時、パワーMOSFET のストレス軽減、および共振外れの防止） • パルス・バイ・パルスによる電流共振外れ検出機能（トランスの利用効率の向上（最もエネルギが高くなる共 振周波数域の使用が可能）、およびパワーMOSFET のストレス軽減） •デッドタイム自動調整機能（最適なデッドタイムに自動調整、電源仕様毎のデッドタイムの調整が不要） •保護機能 - ブラウンイン／ブラウンアウト機能 ---------------------- 低入力電圧時の過入力電流や過熱の防止 - 外部ラッチ機能 -------------------------------------------- 外部信号を加えると、強制的に、ラッチオフ* - 過電流保護（OCP）--------------------------------------- 過電流状態に応じて、3 段階の保護動作 - 過負荷保護（OVP）--------------------------------------- ラッチオフ* - 過電圧保護（OLP） --------------------------------------- ラッチオフ* - 過熱保護（TSD） ------------------------------------------ ラッチオフ* ＊ラッチオフ･･･ラッチオフは、発振停止を継続して保護を行う動作 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.3 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 3. ブロック図 ブロック図と各端子機能 ブロック図 ブロック図 VB VCC VB 13 VCC2 UVLO VGH START/STOP Reg/Bias OVP/TSD/Latch GND GND4 VGH 15 Level Shift VS High Side Driver GND VSEN Reg Input Sense Vsen1 VS 14 VCC 9Reg Main Logic VGL VGL 11 OLP COM COM 10 FB FB Control FB3 CSS Frequency Control Soft-Start/OC Standby Control Css5 Dead Time RC Detector RC 7 RC RV RV Detector Freq Max RV 8 OC OC Detector 各端子機能 端子番号 端子名 機能 1 VSEN 入力（AC ライン)電圧検出端子 2 VCC 制御部電源端子 3 FB 定電圧制御／過負荷検出端子 4 GND 制御部グランド 5 CSS ソフトスタート用コンデンサ接続端子 6 OC 過電流検出端子 7 RC 共振電流検出端子 8 RV 電圧共振検出端子 9 Reg ゲートドライブ回路用電源入力 10 COM パワー部グランド 11 VGL ローサイドゲートドライブ 12，16 （NC） ― 13 VB ハイサイドゲートドライブ電源入力 14 VS ハイサイドドライバフローティンググランド 15 VGH ハイサイドゲートドライブ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.4 OC 6 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 4. 外形図 • DIP16 パッケージ 7.89 ±0.2 19.05 ±0.2 6.4 ±0.2 16Pin SSC9512 a SK b 2.54 ±0.25 0.635 ±0.2 1.54 ±0.1 1.03 ±0.1 0.52 ±0.1 17.78 TYP a：ロット番号 YMR 第１文字：西暦年号下一行 第 2 文字：月 1～9 月：アラビア数字 10 月：O 11 月：N 12 月：D 第 3 文字：弊社管理番号 単位：mm 製品重量：約 1.0g 端子材質：Cu 端子の処理：半田メッキ b：製造日(2 桁)＋弊社管理番号 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 3.2±0.2 0.6 ±0.15 3.3MIN 3.2MAX ５° ０～１ 4.0MAX 1Pin 0.2 7± 0. 1 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 5. 電気的特性 電流の規定は IC を基準として、シンクが＋、ソースが－とします。 絶対最大定格 5.1 特記なき場合の条件 Ta=25℃ 項目 端子 記号 規格値 単位 端 子 電 圧 1−4 VSEN −0.3 ～V R E G V 制 御 部 電 源 電 圧 2−4 VCC −0.3 ～＋35 V V S E N 端 F B C S R C 端 R V 端 O 端 S C V G L R e g 子 電 圧 3−4 VFB −0.3 ～＋10 V 電 圧 5−4 VCss −0.3 ～＋12 V 子 電 圧 7−4 VRC −6 ～＋6 V 子 電 流 −2 ～＋2 mA DC 8−4 IRV −100 ～＋100 mA パルス 40ns 子 端 子 電 圧 6−4 VOC −6 ～＋6 V 端 子 電 圧 11−4 VGL −0.3～V R E G ＋0.3 V 端 子 流 出 電 流 9−4 IREG −20.0 mA 13−14 VB−VS −0.3 ～＋15.0 V VB―VS 端子間電圧 V S 端 子 電 圧 14−4 VS −1 ～＋600 V V G H 端 子 電 圧 15−4 VGH V S −0.3～V B ＋0.3 V 動 周 囲 温 度 ― TOP −20 ～＋85 ℃ 度 ― Tstg −40 ～＋125 ℃ ジ ャ ン ク シ ョ ン 温 度 ― Tj ＋150 ℃ 保 作 存 備考 温 ※この製品の 13、14、15 番端子のサージ耐量(ヒューマンボディモデル)は、1000V 保証、 その他の端子は 2000V 保証。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート 制御部電気的特性 5.2 Rev. 1.3 特記なき場合の条件 Ta=25℃、VCC＝15V 項目 端子 規格値 記号 MIN TYP MAX 単位 備考 VCC(OFF) < VCC(ON) スタート回 路 ／回 路 電 流 動 作 開 始 電 源 電 圧 2−4 VCC(ON) 10.2 11.8 13.0 V 動 作 停 止 電 源 電 圧 2−4 VCC(OFF) 8.8 9.8 10.9 V 動 流 2−4 ICC(ON) ― ― 20.0 mA 非 動 作 時 回 路 電 流 2−4 ICC(OFF) ― ― 1.2 mA VCC=9V ラッチ動 作 時 回 路 電 流 2−4 ICC(L) ― ― 1.2 mA VCC=11V 端 子 流 出 電 流 3−4 IFB −30.5 −25.5 −20.5 µA FB 端 子 しきい値 電 圧 3−4 VFB 6.55 7.05 7.55 V CSS 端 子 しきい値 電 圧 (1) 5−4 VCss(1) 7.0 7.8 8.6 V ラ ッ チ 解 除 2−4 VCC(La.off) 6.7 8.2 9.5 V F(MIN) 26.2 28.3 31.2 kHz F(MAX) 265 300 335 kHz td(MAX) 1.90 2.45 3.00 µs td(MIN) 0.25 0.50 0.75 µs 作 時 回 路 電 OLP ラッチ／外 部 ラッチ F B V C C 電 圧 Vcc(La.off) <Vcc(OFF) 発振器 最 低 周 波 数 最 高 周 波 数 最 大 デ ッ ト タ イ ム 最 小 デ ッ ト タ イ ム 11−10 15−14 11−10 15−14 11−10 15−14 11−10 15−14 コントロール バースト開 始 FB 端 子 電 流 3−4 ICONT(1) −2.9 −2.5 −2.1 mA 発 振 出 力 停 止 FB 端 子 電 流 3−4 ICONT（2) −3.7 −3.1 −2.5 mA ソフトスタート C Ｓ Ｓ 端 子 チャ－ジ電 流 5−4 ICss(C) −0.21 −0.18 −0.15 mA C Ｓ Ｓ 端 子 リ セ ッ ト 電 流 5−4 ICss(R) 1.0 1.8 2.4 mA 2−4 VOVP 28.0 31.0 34.0 V ― Tj (TSD) 150 ― ― ℃ 電 流 共 振 外 れ 検 出 電 圧 7−4 VRC ±0.055 ±0.155 ±0.255 V RC 端子しきい値電圧(Hi speed) 7−4 VRC(S) ±2.15 ±2.35 ±2.55 V OC 端 子 しきい値 電 圧 (Low) 6−4 VOC(L) 1.42 1.52 1.62 V OC 端 子 しきい値 電 圧 (High) 6−4 VOC(H) 1.69 1.83 1.97 V OC 端子しきい値電圧(Hi speed) 6−4 VOC(S) 2.15 2.35 2.55 V 1.0 12.0 11.0 1.8 20.0 18.3 2.4 28.0 25.0 mA 過 電 圧 保 護 ／過 熱 保 護 O V P 動 作 熱 護 保 動 V C C 作 電 圧 温 度 電 流 共 振 検 出 ／過 電 流 保 護 C S S 端 子 シンク電 流 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 5−4 ICss Page.7 (L) (H) (S) VCC=9V SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 MIN 規格値 TYP MAX VRV(1) 3.8 4.9 5.4 V 8−4 VRV(2) 1.20 1.77 2.30 V 数 5−4 fCss 70 105 130 Hz C S S 端 子 しきい値 電 圧 (2) 5−4 VCss(2) 0.50 0.59 0.68 V VSEN 端 子 しきい値 電 圧 (ON) 1−4 VSEN(ON) 1.26 1.42 1.57 V VSEN 端 子 しきい値 電 圧 (OFF) 1−4 VSEN(OFF) 1.06 1.16 1.26 V 9−4 VREG 9.9 10.5 11.1 V ハイサイドドライバ動 作 開 始 電 圧 13−14 VBUV(ON) 6.3 7.3 8.3 V ハイサイドドライバ動作停止電圧 13−14 VBUV(OFF) 5.5 6.4 7.2 V IGLSOURCE IGHSOURCE 45 78 110 IGLSINK IGHSINK −150 −107 −65 項目 端子 記号 電 圧 共 振 検 出 端 子 電 圧 (1) 8−4 電 圧 共 振 検 出 端 子 電 圧 (2) 単位 備考 電圧共振検出 スタンバイ バ ー ス ト 周 波 ON／OFF 入力電圧検出機能 ドライバ電 源 ド ラ イ バ 電 源 電 圧 ハイサイドドライバ ドライブ回 路 5.3 出 力 ソ ー ス 電 流 11−10 15−14 出 力 シ ン ク 電 流 11−10 15−14 VREG=12V VB=12V mA VGL=10.5V VGH=10.5V VREG=12V V =12V mA VB =1.5V GL VGH=1.5V 熱抵抗 項目 MIC ジャンクション―エア間 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 記号 θj-a Page.8 MIN 規格値 TYP MAX 単 位 ― ― 120 ℃/W 備考 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 6. 応用回路例 VB VGH VAC SSC9512 Reg VSEN Vcc FB VOUT VS VGL Cv COM GND Css OC RC RV GND Ci R OCP 外部電源 図6 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 応用回路例 Page.9 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 7. 動作説明 電流値の極性は、IC を基準として、シンクが ＋、ソースが −で示します。 7.1 共振回路動作 High-side SW Q(H) Low-side SW Q(L) キャパシタンス領域 インダクタンス領域 直列共振回路 Ci Lr Cv 周波数 図 7-2 共振回路のインピーダンス fo 図 7-1 電流共振電源原理図 図 7-1 に電流共振電源の原理図を示します、ここで、Q(H)を High-side SW、Q(L)を Low-side SW、Ci を電流 共振コンデンサ、CV を電圧共振コンデンサと呼びます。 周波数を変化させると、直列共振回路のインピーダンスは、図 7-2 のように変化します。インピーダンスは、共 振周波数 fO を中心として、高い周波数がインダクタンス領域、低い周波数がキャパシタンス領域になります。 本共振電源のソフトスイッチングは、インダクタンス領域を利用します。 定常動作時における各タイミングの Low-side SW の電流波形を図 7-3 の太線部に示します。 ①期間の動作 Q(H)がオン時、共振回路とトランスを通して電流 ID(H)が流れ、直列共振回路にエネルギを蓄えま す。 Q(H) Q(L)電圧 ID(H) off Ci Lr Lp Q(L) ID(L) Cv off ①期間 ②期間の動作 Q(H)がターンオフすると、直列共振回路に蓄えられ たエネルギにより、−ID(L)が流れ CV を放電します。CV 電圧が Q(L)のボディーダイオードの順方向電圧 VF まで 下がると、−ID(L)はこのボディーダイオードを流れ、、 Q(L)電圧はこの VF でクランプされます。その後、Q(L)が ターンオンすると、Q(L)は ZVS(Zero Voltage Switching)、 ZCS(Zero Current Switching)動作を行います。 トランス１次巻線に Ci の電圧が加わり、トランスを介し て 2 次側にエネルギが伝達され、それと同時に Ci はエ ネルギを放電していきます。Ci の電圧が減少し、2 次側 ダイオードがオンするだけの電圧を、トランスの１次側巻 線が維持できなくなった時点で 2 次側へのエネルギ伝 達が終わります。 CV, (LP+Lr)の電圧共振 Q(L)電圧 Q(H) on Ci Lr Lp Q(L) ID(L) -ID(L) CvI (L) -ID(L) D Is Ci, Lr の電流共振 ②期間 CV, (LP+Lr)の電圧共振 Q(H) on Ci Lr Lp Q(L) ID(L) CvI (L) on D ③期間の動作 さらに ID(L)電流が流れ、Ci の放電も続きます。 Is ③期間 Is Ci, (LP+Lr)の電流共振 図 7-3-1 共振回路の動作 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 on Is SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 ④期間の動作 Q(L)がタ−ンオフすると、共振回路に蓄えたエネルギに より、−ID(H)が流れ、Cv を充電します。CV 電圧が入力電 圧に達すると、−ID(H)がこのボディ−ダイオ−ドに流れ、 Q(H)電圧はこの VF でクランプされます。 その後、Q(H)がタ−ンオンすると、Q(H)は ZVS(Zero Voltage Switching)、ZCS(Zero Current Switching)動作を 行います。トランス１次側巻線に Ci 電圧が加わり、トランス を介して 2 次側にエネルギを伝達し、それと同時に Ci はエ ネルギを放電していきます。Ci 電圧が減少し、2 次側ダイ オ−ドがオンするだけの電圧を、トランスの１次側巻線が維 持できなくなった時点で 2 次側のエネルギ伝達が終わりま す。 -ID(H) Q(H) ID(H) Ci Lr Lp Q(L) Q(L)電圧 off ID(L) Cv off ④期間 図 7-3-2 共振回路の動作 以上の動作を繰り返し、ZVS、ZCS 動作により、2 次側へエネルギを伝達します。 7.2 起動動作 VCC 端子は、制御部電源端子で、外部電源から電圧を供給します（図 7-4）。 VCC 端子は、図 7-4 のように、VCC(ON)= 11.8V(TYP)に達すると、制御回路が動作を開始し、VCC(OFF)= 9.8V （TYP）を下回ると低入力時動作禁止 UVLO（Undervoltage Lockout）回路により制御回路は動作を停止し、 再び起動前の状態に戻ります。 起動時のスイッチング動作は、VSEN 端子電圧が VSEN(ON)= 1.42V(TYP)以上、VCC 端子電圧が VCC(ON)= 11.8V(TYP)以上、CSS 端子電圧が VCSS(2)= 0.59V(TYP)以上を満たすと開始します。 R4 外部電源 R5 C1 R6 R7 外部電源 C1 SSC9512 2 1 Vcc VSEN Cf Cvcc Css GND 5 4 C8 C9 図 7-4 VCC 周辺回路 図 7-6 ブラウンイン／ブラウンアウト機能 を使用しない場合 停止 起動 Icc 20.0mA(MAX) 1.2mA(MAX) SSC9512 2 Vcc VSEN Cf Cvcc Css GND 5 4 C8 C9 1 Vcc 9V 9.8V(TYP) 11.8V(TYP) 図 7-5 回路電流 入力電圧供給後、本 IC を用いた電源回路の ON／OFF 供給を外部電源供給の有無で行う場合、外部電源 供給後、VCC(ON)= 11.8V(TYP)に達してからスイッチング動作開始までの時間は、 • 図 7-4 の回路は、次式(1)の概算値 tST1 になります。 tst 1 = C 8 × V CSS ( 2 ) / ICSS ( C ) -------- (1) ここで、VCSS(2)= 0.59V(TYP)、ICSS(C)= −0.18mA(TYP) C8= 1µF の場合は、約 3.3ms になります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 • 図 7-6 の回路は、VCC(ON)= 11.8V(TYP)後、内部回路により、VSEN 端子電圧が VSEN(ON)= 1.42V(TYP)ま で上昇する時間、次式(2)の概算値 tST2 が、加算されます。ブラウンイン／ブラウンアウト機能を使用しない 場合は、“7.8 ブラウンイン／ブラウンアウト機能”項を参照。 t st 2 = C 9 × 380 k -------- (2) C8= 1µF、C9=0.01µF の場合は、tST1= 約 3.3ms、tST2= 約 3.8ms より、約 7.1ms になります。 7.3 ソフトスタート機能 ソフトスタート機能 発振器の周波数は、CSS 端子電圧によって変化します。 起動時は、CSS 端子に接続した C8 を ICSS(C)= −0.18mA(TYP)で充電し、CSS 端子電圧が徐々に増加するに したがって、スイッチング周波数は最高周波数 F(MAX)= 300kHz(TYP)から低くなります。これにより出力電力が 増加するソフトスタート動作を行い、部品ストレス、共振外れを抑えます。 VCC 端子電圧が VCC(OFF)= 9.8V(TYP)以下、VSEN 端子電圧が VSEN(OFF)= 1.16V(TYP)以下、および外部ラッ チ機能、OVP ラッチ、OLP ラッチ、TSD ラッチが動作した場合、C8 に充電した電荷は、ICSS(R)= 1.8mA(TYP)で 放電します。 Css端子電圧 ソフトスタート後のOCP動作期間 ソフトスタート フィードバック電流による 期間 周波数制御 約5.5V －0.18mA(TYP)でC8を充電 時間 1次側巻線電流 4 GND SSC9512 OCP 制限 Css 5 0A C8 時間 図 7-7 7.4 CSS 動作図 定電圧制御動作 FB 端子に接続したフォトカプラにより、FB 端子からフィードバック電流を 引き抜いて、周波数制御による定電圧制御を行います（制御はインダク タンス領域）。 微小負荷時、フィードバック電流が ICONT(1)= −2.5mA(TYP)以下になる と、バースト発振動作になり、スイッチング周波数の上昇による損失増加や 2 次側出力電圧の上昇を抑制します。 フォトカプラの 2 次側発光部の設計は、CTR などの経年変化を考慮し、 制御に必要な発振出力停止 FB 電流 ICONT(2)= −3.7mA(MIN)以下を引き 抜けるように設定します。 図 7-8 中、R2 の推奨定数は 560Ωになります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.12 4 SSC9512 GND FB 3 C6 R1 R2 C7 PC1 図 7-8 FB 端子周辺回路 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート 7.5 Rev. 1.3 デッドタイム自動検出機能 デッドタイム自動検出機能 各電源仕様に合せて調整していたデッドタイムを自動調整する機能です。 Low-Side パワーMOSFET の VDS 波形の dv/dt を検出して、High-Side／Low-Side パワーMOSFET の ZVS(Zero Voltage Switching)動作を自動的に制御します。 図 7-9 のように、IC 内部で検出回路を構成しています、外付け部品は高圧セラミックコンデンサ Crv(合成容 量 5pF 程度)を VS 端子と RV 端子の間に接続するだけの非常に簡単な構成になります。 SSC9512 15 Reg VGH VS 14 SW2 Lp VGL 11 Cv Crv COM 10 logic Rv 8 SW1 Ci 図 7-9 RV 端子周辺回路 デッドタイム検出回路は、IC 内部の基準電圧と GND 間の電圧を抵抗分割した RV 端子へ、Low-Side パワー MOSFET の VDS 波形の dv/dt が Crv を通って流れる微分電流を入力し、Low-Side パワーMOSFET の dv/dt を 検出します。また、検出に必要な期間のみ、SW1 と SW2 をオンして、回路電流の低減と、微分回路の応答特性 を両立させています。 Low-side V DS ON dv OFF dt ON dt 微分電流 ⊿i 図 7-10 微分電流 微分電流 ⊿i は、次式(3)になります。 Δi＝ Crv × (dv/dt ) -------（3） 電源の過渡状態を含めた dv/dt の急峻波形と Crv より求めた微分電流⊿i が、次式(4)の電流を超える場合は、 Crv 容量を小さくします。なお、dt 幅 40ns 以下になる場合は、±100mA になります。 Δi ≤ 100mA × 40ns dt Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. -------（4） Page.13 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 図 7-11 は、デッドタイム自動調整機能の動作波形を模式的に表した図です。 SW1 ON SW2 OFF OFF ON ON OFF 自動調整した デッドタイム 電圧共振期間 電圧共振期間 High-side VDS Low-side V DS RV端子 OFF ON OFF ON OFF ON V RV(1) V RV(2) High-side ID 図 7-11 デッドタイム自動調整機能動作波形 • Low-side パワーMOSFET ターンオフ時の電圧共振期間 Low-side パワーMOSFET がターンオフすると、図 7-9 の SW1 をオンに維持したまま、SW2 をオンにし ます。共振電流は CV、Ci、LP を流れ、電圧共振コンデンサ CV の電圧は 0V から上昇して、 “入力電圧＋High-side パワーMOSFET のボディーダイオードの VF ”以上になると、High-side パワー MOSFET のボディーダイオードを流れ、Low-side パワーMOSFET の VDS をクランプします。 この期間が電圧共振期間になります。 Low-Side パワーMOSFET の VDS 波形の dv/dt が Crv を通って流れる微分電流を RV 端子に入力する と、RV 端子電圧は、IC 内部で抵抗分割した電圧から上昇し、IC 内部でクランプします。 電圧共振が終了し、微分電流がなくなると、RV 端子電圧は IC 内部で抵抗分割した電圧に戻ります。 このとき、IC は、電圧共振検出電圧(1)VRV(1) で電圧共振期間の終了を検出し、High-side パワー MOSFET をオン、SW1 をオフにします。この期間が自動調整したデッドタイムになります。 • High-side パワーMOSFET ターンオフ時の電圧共振期間 High-side パワーMOSFET がターンオフすると、SW2 をオンに維持したまま、SW1 をオンにします。 共振電流は CV、Ci、LP を流れ、電圧共振コンデンサ CV の電圧は入力電圧から下降して、 “Low-side パワーMOSFET のボディーダイオードの−VF”以下になると、Low-Side パワーMOSFET のボディー ダイオードを流れ、High-side パワーMOSFET の VDS をクランプします。 この期間が電圧共振期間になります。 Low-Side パワーMOSFET の VDS 波形の dv/dt が Crv を通って流れる微分電流を RV 端子に入力すると、 RV 端子電圧は、IC 内部で抵抗分割した電圧から下降し、ほぼ IC 内の GND 電位にクランプします。 電圧共振が終了し微分電流がなくなると、RV 端子電圧は IC 内部で抵抗分割した電圧に戻ります。 このとき、IC は、電圧共振検出電圧(2)VRV(2) で電圧共振期間の終了を検出し、Low-Side パワー MOSFET をオン、SW2 をオフにします。この期間が自動調整したデッドタイムになります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 電圧共振期間よりデッドタイム期間が短い場合は、図 7-12 のように、電圧共振期間の途中でパワー MOSFET が ターンオン、ターンオフするため、スイッチング損失が増大します。 電圧共振期間は、入力電圧、出力電力などにより変化するため、電源仕様に合せて周辺回路の調整が必 要でしたが、デッドタイム自動調整機能は、RV 端子に VRV(1)、VRV(2)シキイ値に達する信号を入力すると、常に ZVS（Zero Voltage Switching）動作を行ないます。 ハードスイッチングにより損失増大 ターンオフ ターンオン High-side VDS 電圧共振期間 Low-side Gate High-side Gate (固定デッドタイム) 図 7-12 ZVS 不具合波形 図 7-13 のように、ドレイン電流のマイナス振れ込み期間(ボディーダイオードに流れている期間)が、1µs 以上 あれば、ZCS(Zero Current Switching)動作を行います。 パワーMOSFET ID 0A マイナス振れ込み期間 1μs以上 図 7-13 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. ZCS 確認箇所 Page.15 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート 7.6 Rev. 1.3 ラッチ回路 ラッチ回路 外部ラッチ機能、過電圧保護（OVP）、過負荷保護（OLP）、過熱保護(TSD)の各動作時に、スイッチング 動作を停止させ、停止状態を保持します(ラッチオフ)。 ラッチは、VCC 端子電圧を VCC(La．Off)= 8.2V(TYP)以下にすると解除します｡ 7.7 外部ラッチ 外部ラッチ機能 ラッチ機能 アブノーマル時の保護動作として、外部回路により CSS 端子電圧を、 CSS 端子しきい値電圧（１）VCSS(1)= 7.8V(TYP)以上印加すると、外部 ラッチ機能が動作し、ラッチモードでスイッチング動作を停止します。 過電流動作時はシンク電流が流れるので、これ以上の電流を供給 しないと電圧上昇しないため、外部回路は 100µA 以上流せる設定に します CSS 端子は絶対最大定格 12V 以内にします(図 7-14 のように、10V ツェナー接続し、電圧クランプするなど)。 外部電源 SSC9512 2 Vcc Css GND 5 4 (10kΩ) C8 Cvcc 図 7-14 外部ラッチ回路例 7.8 ブラウンイン ブラウンイン／ ンイン／ブラウンアウト機能 ブラウンアウト機能 ブラウンイン／ブラウンアウト機能は、低入力電圧時にスイッチング 動作を停止し、過入力電流や過熱の防止を行います。 ブラウンイン／ブラウンアウト機能を使用しない場合は、図 7-15 の R4、R5、R6、R7 を削除します、C9 は誤動作防止用に 0.01µF 程度 になります。 RC1 C1 R4 R5 R6 1 VSEN C9 R7 4 GND SSC9512 図 7-15 VSEN 端子周辺回路 ブラウンイン／ブラウンアウト機能は、R4～R7 で検出電圧を設定し、 VSEN 端子電圧が、 ・VSEN 端子しきい値電圧(ON) VSEN (ON)= 1.42V(TYP)以上で、IC は起動し、 ・VSEN 端子しきい値電圧(OFF) VSEN (OFF)= 1.16V(TYP)以下で、IC はスイッチング動作を停止します。 IC 起動時の DC 入力電圧を EIN(ON)、停止時の DC 入力電圧を EIN(OFF)とすると、次式(5)が成立ちます。 R4 + R 5 + R6 ≒ EIN ( OFF ) ≒ EIN(ON)－VSEN ( ON ) × R7 VSEN(ON) VSEN(OFF) × EIN ( ON ) VSEN(ON) -------- (5) C9 は検出電圧のリップル電圧低減と遅延時間の役割があり、目安は、0.1µF 程度になります。 高圧が印加する R4～R6 は、酸化金属皮膜抵抗など、耐電蝕性の抵抗器を使用します。 R4～R7、C9 は、最終的に実働動作を確認して決定します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート 7.9 Rev. 1.3 過電圧保護（ ） 過電圧保護（OVP） VCC 端子と GND 端子間に、OVP 動作 VCC 電圧 VOVP= 28.0V(MIN)以上の電圧が印加すると、過電圧保護 機能が動作し、ラッチモードでスイッチング動作を停止します。 印加電圧は、絶対最大定格 35V 以内にします。 7.10 過負荷保護（ ） 過負荷保護（OLP） 過負荷保護状態（過電流動作によりドレイン電流を制限している状態）が、ある一定時間（遅延時間）続くと、 スイッチング周波数が上昇し、出力電力を制限して、パワーMOSFET、および 2 次側整流ダイオードなどの部 品ストレスを軽減します。 過負荷状態になると、出力電圧が低下するため、2 次側のエラーアンプがカットオフして、フィードバック電流 IFB が流れなくなります。フィードバック電流がなくなると、FB 端子から FB 端子流出電流 IFB= −25.5µA（TYP） が流れ、図 7-16 の C7 を充電して、FB 端子電圧が FB 端子しきい値電圧 VFB= 7.05V(TYP)に達すると、ラッチ モードでスイッチング動作を停止します。 この期間が遅延時間になり、概算値は次式(6)になります。 t DLY ≒ ( 4.05V － R1 × 25.5μ A ) × C 7 --------(6) 25.5μ A R1= 47kΩ、C7= 4.7µF の場合は、約 0.5sec になります。 FB端子電圧 7.05V (TYP) FB端子しきい値電圧 4 -25.5μA(TYP)でC7を充電 SSC9512 GND FB 3 C6 R1 R2 約3V -25.5μA(TYP)でR1の両端に生じる電圧 時間 正常状態 過負荷状態 遅延時間 ｔDLY ラッチオフ 図 7-16 OLP 動作 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 C7 PC1 IFB SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 7.11 過電流保護（ ） 過電流保護（OCP） 過電流保護回路（OCP）は、パワーMOSFET のドレイン電流値をパルス・バイ・パルス方式により検出して、 電力を制限します。 図 7-17 の OC 端子周辺回路は、分流コンデンサ C12 を電流共振コンデンサ Ci に比べ小さく設定できるので、 検出電流が小さくなり、検出抵抗 ROCP の損失低減、小形抵抗の使用ができます。 15 VGH VS 14 SSC9512 4 GND VGL Cv 11 I(H) COM 10 Css OC RC 5 6 7 C12 R11 Ci ROCP C8 C13 C14 図 7-17 OC 端子周辺回路 共振電源は、入出力条件などから正確な共振電流の大きさを求める簡便な方法がないため、ROCP、R11、 C12、C13 は、実働状態で調整する必要があります。ROCP は、High-side パワーMOSFET のオン時の電流を I(H) とすると、OC 端子しきい値電圧(Low) VOC(L)と C12、Ci との関係は、次式(7)になります。 R OCP ≒ V OC ( L ) C 12 I(H) × C 12 + Ci ------- （7） ROCP の検出電圧は、“7.12 電流共振外れ検出機能”項で述べる電流共振外れ検出にも使うため、過電流 検出と電流共振外れ検出双方で ROCP、C12 を調整します。 ROCP が 100Ω前後になるように C12 を調整します、C12 の目安は、通常、Ci の 1／100 程度です。 フィルタ部の R11 は 470Ω程度、C13 は 680pF 程度になります。 過電流保護動作は、以下の 3 段階があります。 ①OC 端子しきい値電圧（Low）：VOC(L) 最初に働く過電流保護です。OC 端子電圧が OC 端子しきい値電圧（Low）VOC(L)= 1.52V(TYP)を超える と、CSS 端子に接続した C8 を CSS 端子シンク電流 ICSS(L)= 1.8mA(TYP)で放電し、スイッチング周波数が上 昇して出力電力を抑えます。 C8 を放電中に OC 端子電圧が VOC(L)以下になると、放電を停止します。 ②OC 端子しきい値電圧（High）：VOC(H) 2 番目に働く過電流保護です。OC 端子電圧が VOC(H)= 1.83V(TYP)を超えると、C8 を ICSS(H)= 20mA(TYP)で放電し、スイッチング周波数が上昇します。ICSS(H)は ICSS(L)の約 11 倍のため、急速にスイッ チング周波数が上昇して出力電力を抑えます。 C8 を放電中に OC 端子電圧が VOC(H)以下になると、前項①の動作になります。 ③OC 端子しきい値電圧（Hi speed）：VOC(S) 3 番目に働く過電流保護です。OC 端子電圧が VOC(S)= 2.35V(TYP)を超えると、パワーMOSFET のオン ／オフを反転、および C8 を ICSS(S)= 18.3mA(TYP)で放電し、スイッチング周波数が上昇して出力電力を抑 える高速過電流保護動作になります。出力短絡などの急激な過電流時の保護として動作します。 出力電力を抑え、VOC(S)以下になると、前項①、②の動作になります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 7.12 電流共振外 電流共振外れ 共振外れ検出機能 検出機能 インピーダンス 定電圧制御は出力電力が増加するとスイッチング周波数が下がる周波数制御のため、共振回路のインピー ダンスがキャパシタンス領域に入ると定電圧制御が行えなくなります、およびハードスイッチング動作により損失 の大幅な増加や、パワーMOSFET のストレスが増加します。 このような動作を電流共振外れと呼びます。 キャパシタンス インダクタンス 領域 領域 動作領域 fsw fo 共振周波数 ハードスイッチング ソフトスイッチング VDS ID 共振外れ 図 7-18 電流共振外れ 本 IC は、この電流共振外れを防止するため、電流共振外れ検出機能があります。この機能は、電流共振外 れ防止とともに、共振トランスを最も電力が取り出せる共振周波数 fO で使用できるため、トランスの利用効率を 向上でき、および電源仕様毎に最小発振周波数を共振周波数 fO 以上に調整する必要がないため、設計自由 度を向上できます。 電流共振外れ検出機能の動作は、 • High-side パワーMOSFET がオンしている期間に、 RC 端子電圧が、電流共振外れ検出電圧 VRC= ＋0.155V(TYP)に対し、プラス側からマイナス側の電 圧の向きでしきい値を越えると、電流共振外れと判断（図 7-19 のキャパシタンス領域の RC 端子電圧波形 を参照）して、High-side パワーMOSFET をオフ、Low-side パワーMOSFET をオンにします。 • Low-side パワーMOSFET がオンしている期間に、 High-side パワーMOSFET とは逆に、VRC=−0.155V(TYP)に対し、マイナス側からプラス側の電圧の向 きでしきい値を超えると、電流共振外れと判断して、Low-side パワーMOSFET をオフ、High-side パワー MOSFET をオンにします。 V DS(H) 以上の動作により、電流共振外れをパルス・バイ・パルス ON で検出して、動作周波数が電流共振外れ周波数と同期し、 共振外れの発生を抑えます。 キャパシタンス領域の OFF RC端子電圧 RC+ GND 共振外れ検出 インダクタンス領域の RC端子電圧 RC+ GND 図 7-19 High-side 側電流共振外れ検出 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 電流共振外れ検出は、検出スピードを上げるため、図 7-20 のように、RC 端子を OC 端子のフィルタ部の前段 に接続します。ノイズによる誤動作防止用に C14(100pF 程度）を接続します。 ROCP、C12 は、“7.11 過電流保護(OCP)”項で述べる調整に加え、下記の動作で、電流共振外れ検出電圧 VRC= ±0.155V(TYP)に達するように ROCP を調整します。 電流共振外れが生じやすい、起動、入力電源オフ、出力短絡、ダイナミック負荷急変などの動作波形で 確認します。 RC 端子は、絶対最大定格±6V 以内に調整します。 15 VGH VS 14 SSC9512 4 VGL IL Cv 11 COM 10 GND Css OC RC 5 6 7 C12 R11 Ci R OCP C8 C13 C14 図 7-20 RC 端子周辺回路 RC 端子は、OC 端子の OC 端子しきい値電圧（Hi speed）と同様に、RC 端子しきい値電圧(Hi speed) VRC(S) を設けています。 RC 端子電圧が、RC 端子しきい値電圧（Hi speed）VRC(S)= ±2.35V(TYP)を越えると、過電流状態と判断して、 パワーMOSFET のオン／オフを反転する、高速過電流保護動作になります。 高速過電流保護動作は、“7.11 過電流保護（OCP） ③OC 端子しきい値電圧(Hi speed)”項を参照。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.20 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 8. 設計上の 設計上の注意点 注意点 8.1 ブートストラップ周辺回路 ブートストラップ周辺回路 Reg 端子は、High-side パワーMOSFET をドライブするためのブートストラップ回路用レギュレータ電圧出力 です。D2、R9、C11 により Reg 端子と VS 端子の間にブートストラップ回路を構成します。 C11 がショートしたときのアブノーマル対策として、VB 端子と VS 端子間電圧が、ハイサイドドライバ動作停 止電圧 VBUV(OFF)= 6.4V(TYP)以下になると、ハイサイドドライバの動作を停止します。 D2 は、リカバリータイム、漏れ電流の少ない超高速ダイオードを使用します。 弊社ダイオードでは、超高速整流ダイオード（UFRD）、入力電圧が AC265V 上限時は Vrm=600V の AG01A を推奨いたします。 C11 は、低 ESR、漏れ電流が少ないフィルムコンデンサ、またはセラミックコンデンサを使用します。 ブートストラップ回路 C10 D2 R9 9 13 Reg VB 15 VGH VS 14 SSC9512 4 GND VGL C11 D3 11 Cv COM 10 Ci 図 8-1 ブートストラップ回路 8.2 ゲート端子 ゲート端子周辺回路 端子周辺回路 VGH 端子、VGL 端子は、外付けパワーMOSFET のゲートドライ ブ端子で、ソース電流ピークは 0.475A(TYP)、シンク電流ピークは 0.65A(TYP)です。 図 8-2 の R12、R13、D4 は、パワーMOSFET の損失、ゲート波形 （配線パターンによるリンギング低減など）、EMI ノイズにより調整し ます。 R14 は、パワーMOSFET ターンオフ時の急峻な dv/dt による誤動 作防止用で、10k～100kΩ程度をパワーMOSFET の Gate－Source 近くに接続します。 Drain R12 Gate Source R13 D4 R14 図 8-2 MOSFET ゲート周辺回路 8.3 外付け 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。 • 入力、出力の平滑用電解コンデンサは、リップル電流・電圧・温度上昇に対し、適宜、マージンを設けます。 また、スイッチング電源用の許容リップル電流が高い、低インピーダンスタイプの部品を使用します。 • トランス類は銅損・鉄損による温度上昇に対し、適宜、マージンを設けます。 • 電流検出用抵抗 ROCP は、高周波スイッチング電流が流れるので、内部インダクタンスの大きなものを使用 すると、誤動作の原因になります。内部インダクタンスが小さく、かつ、サージ耐量の大きなものを使用します。 • 電流共振用のフィルムコンデンサ Ci には、大きな共振電流が流れます。 電流共振コンデンサ Ci は損失が少ない大電流用のポリプロピレンフィルムコンデンサなどを使用します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.21 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 8.4 パターン設計 パターン設計 パターン配線および実装条件によって、誤動作・ノイズ・ 損失などに大きな影響が現れます、このため配線の引回し、 部品配置には十分な注意が必要です。 図 8-3 のように高周波電流がループを作る部分は、ラ インパターンを“太く”、部品間の配線を“短く”、ループ内 面積が極力小さくなるようにして、ラインインピーダンスを 下げたパターン設計を行います。 また、アースラインは輻射ノイズに大きな影響を与える Ci 図 8-3 高周波電流ループ ため、極力“太く”、“短く”配線します。 図８－２ 図 8-2 高周波電流ループ 高周波ﾙｰﾌﾟ スイッチング電源は、高周波、高電圧の電流経路が存在 （斜線部分） するので、安全規格面を考慮した部品配置、パターン距離が 必要です。パワーMOSFET の ON 抵抗 RDS(ON)は、正の温度係数のため、熱設計に注意します。 大電流ループ 外部電源 C1 小電流ループ 制御信号系 GND D2 R9 13 15 VB VGH VS 14 11 1 VGL VSEN SSC9512 COM 10 2 8 Vcc Rv Cf 4 GND FB Css OC RC Crv C9 C10 5 6 7 3 R2 R1 R11 C11 D3 Reg C7 C6 C8 C13 C14 小電流ループ Cv C12 Ci 主回路系パターン 信号系 GND パターン R OCP 大電流ループ 制御系部品は、IC近くに、短いパターンで接続 図 8-4 P1 9 C Vcc IC 周辺回路の接続例 IC 周辺回路の接続例を、図 8-4 に示します。 • 信号系グランドパターンと主回路グランドパターンは、共通インピーダンスをなくすため分離して、COM 端子 (10 番ピン)に接続します。 特に、GND 端子（4 番ピン）と COM 端子（10 番ピン）はできるだけ短いパターンで配線し、信号系パターン に、共振回路の主電流を流さないようにします。 • VCC 端子と CVCC が離れている場合は、ノイズによる誤動作を防止するため、Cf（フィルムコンデンサ 0.1µF 程度）を IC の近くに配置します。 • IC の信号系部品は、短いパターンで IC に接続します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.22 SSC9512 アプリケーションノート アプリケーションノート Rev. 1.3 ご注意書 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ご確認ください。 本資料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 当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当社は一切責任 を負いません。 本資料に記載されている製品のご使用にあたって、これらの製品に他の製品・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・処理を施す場合には、使用者の責 任において、そのリスクをご検討の上、行ってください。 当社は品質、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、社会的な損害などを発生させな 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。 本資料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） に使用されることを意図しております。 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・防火装置、各種 安全装置など）への使用をご検討および一般電子機器であっても長寿命を要求される場合につきましては、 必ず当社販売窓口へご相談をお願いいたします。 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） には当社の文書による合意がない限り使用しないでください。 本資料に記載された製品は耐放射線設計をしておりません。 当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当社は一切責任を負いません。 本資料に記載された内容を文書による当社の承諾無しに転記複製を禁じます。 本資料に記載されている製品（または技術）を国際的な平和および安全の維持の妨げとなる使用目的を 有する者に再提供したり、また、そのような目的に自ら使用したり第三者に使用させたりしないようにお願 いします。 なお、輸出などされる場合は外為法のさだめるところに従い必要な手続きをおとりください。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 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