STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート STR-W6200D 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 Rev.2.0 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 目次 概要------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 1. 絶対最大定格 ------------------------------------------------------------------------------- 4 2. 電気的特性 ---------------------------------------------------------------------------------- 5 3. ブロックダイアグラム ------------------------------------------------------------------------ 7 4. 各端子機能 ---------------------------------------------------------------------------------- 7 5. 応用回路例 ---------------------------------------------------------------------------------- 8 6. 外形図 ---------------------------------------------------------------------------------------- 9 7. 捺印仕様 ------------------------------------------------------------------------------------- 9 8. 動作説明 ------------------------------------------------------------------------------------10 8.1 起動動作 ------------------------------------------------------------------------------10 8.2 定電圧制御回路動作 ---------------------------------------------------------------13 8.3 オートスタンバイ機能 ----------------------------------------------------------------14 8.4 PWM＋周波数変調機能-----------------------------------------------------------14 8.5 ラッチ回路 -----------------------------------------------------------------------------15 8.6 自動入力補正付き過電流保護機能（OCP） ------------------------------------15 8.7 8.8 8.9 8.10 過電圧保護機能（OVP） ------------------------------------------------------------16 過負荷保護機能（OLP） ------------------------------------------------------------16 外部ラッチ保護機能（ELP） --------------------------------------------------------17 過熱保護回路（TSD） ---------------------------------------------------------------17 9. 設計上の注意点 ---------------------------------------------------------------------------18 9.1 外付け部品 ----------------------------------------------------------------------------18 9.2 位相補償 ------------------------------------------------------------------------------18 9.3 FM/ELP 端子の外付けコンデンサ容量 -----------------------------------------19 9.4 2 次側ダイオードのノイズ対策方法の注意点 -----------------------------------19 9.5 パターン設計 -------------------------------------------------------------------------19 注意書き -----------------------------------------------------------------------------------------21 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 STR-W6200D 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 STR-W6200D シリーズは、パワーMOSFET と電流モード 型 PWM 制御 IC を 1 パッケージにした PWM 型スイッ チング電源用パワーIC です。 低消費電力および低スタンバイ電力に対応するため、起 動回路とスタンバイ機能を内蔵しており、通常動作時は PWM 動作、軽負荷時はバースト発振動作へ自動的に 切り替わります。充実した保護機能により、構成部品が 尐なく、コストパフォーマンスの高い電源システムを容易 に構成できます。 TO-220F-6L 特長と利点 アプリケーション 小型 6 ピンフルモールドパッケージ（TO-220F-6L） 電流モード型 PWM 制御 PWM＋周波数変調機能（EMI ノイズを低減、EMI 対策用フィルタの簡素化、コストダウンが可能） スロープ補正機能搭載（サブハーモニック発振の防止） オートスタンバイ機能内蔵（低消費電力対応） 無負荷時入力電力 PIN < 40mW ▫ 通常動作時は PWM モード ▫ スタンバイ時（軽負荷時）はスタンバイモード （バースト発振動作） スタンバイ動作時のトランス音鳴り抑制機能内蔵 起動回路内蔵（待機時の消費電力低減と、外付け部 品削減が可能） バイアスアシスト機能内蔵（起動性の向上、動作時の VCC 電圧低下を抑制、VCC コンデンサの低容量化が可 能） リーティング・エッジ・ブランキング機能内蔵 保護機能 ▫ 入力補正機能付き過電流保護（OCP） --------- パルス・バイ・パルス ▫ タイマ内蔵型過負荷保護（OLP） -------------- 自動復帰 ▫ 外部ラッチ保護（ELP） ----------- 外部信号を加えると、 強制的にラッチ ▫ 過電圧保護（OVP）----------------------------------- ラッチ ▫ 過熱保護（TSD） -------------------------------------- ラッチ 白物家電用 デジタル家電用 OA 機器用 産業機器用 通信機器用 などの各種電子機器用スイッチング電源 シリーズラインアップ 製品名 fOSC STR-W6251D STR-W6252D 67kHz MOSFET RDS(ON) VDSS(MIN) (MAX) 3.95Ω 650V STR-W6253D POUT* AC230V / AC85～AC265V 45W / 30W 2.8Ω 60W / 40W 1.9Ω 90W / 60W * 出力電力 POUT は熱定格に基づいています。最大出力電力は熱定格の 120%～140%程度です。 ただし、出力電圧が低い場合やトランス設計時の ON Duty の設定により、出力電力の制限を受けることがあ ります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.3 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 1. 絶対最大定格 詳細内容は、製品ごとの仕様書を参照願います 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“＋”、ソースが“－”と規定します 特記がない場合の条件 Ta= 25°C 項 目 記 号 備 考 端子 STR-W6251D ド レ イ ン 電 流 最大スイッチング電流 IDPEAK IDMAX STR-W6252D シングルパルス 1−3 EAS 3.2 STR-W6253D 10 STR-W6251D 2.6 STR-W6252D Ta=−20～125°C STR-W6251D ILPEAK=2A 単位 2.6 1−3 STR-W6253D アバランシェ・エネルギ耐量 規 格 値 3.2 A A 10 47 シングルパルス STR-W6252D ILPEAK=2.3A VDD=99V、 L=20mH STR-W6253D ILPEAK=2.7A 1−3 62 mJ 86 S / O C P 端 子 電 圧 VOCP 3−5 −6～+6 V FM/ELP 端子電圧 VFM 7−5 −0.3～+12 V FM/ELP 端子流入電流 IFM 7−5 3 mA 6−5 −0.3～+9 V 4−5 0～32 V 圧 VFB 制 御 部 電 源 電 圧 VCC F B 端 子 電 FB 端子オープン STR-W6251D パワーMOSFET 部許容損失 PD1 STR-W6252D 無限大放熱器にて STR-W6253D 25 1−3 放熱器なし 制 御 部 許 容 損 失 PD2 動作時内部フレーム温度 TF 動 作 周 囲 温 度 保 チ 存 ャ ネ 温 ル 温 26 27.5 W 1.3 4−5 0.8 W ― −20～+115 ℃ Top ― −20～+115 ℃ 度 Tstg ― −40～+125 ℃ 度 Tch ― +150 ℃ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 推奨内部フレーム温度 TF=105℃(MAX) Page.4 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 2. 電気的特性 詳細内容は、製品ごとの仕様書を参照願います 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“＋”、ソースが“－”と規定します 2.1 制御部電気的特性 特記がない場合の条件 Ta= 25°C、VCC=18V 項目 記号 端子 MIN 電源起動動作 VCC (ON) 4−5 13.9 動 作 開 始 電 源 電 圧 VCC (OFF) 4−5 8.0 動 作 停 止 電 源 電 圧 ICC (ON) 4−5 ― 動 作 時 回 路 電 流 ICC (STOP) 4−5 ― 発 振 停 止 時 回 路 電 流 ICC (OFF) 4−5 ― 非 動 作 時 回 路 電 流 ISTARTUP 4−5 −0.9 起 動 電 流 VCC(BIAS) 4−5 13.6 バ イ ア ス ア シ ス ト 電 圧 通常動作 VFM(H) 7−5 4.0 FM/ELP 端子 High しきい電圧 VFM(L) 7−5 2.4 FM/ELP 端子 Low しきい電圧 ΔVFM 7−5 1.4 F M / E L P 端 子 電 圧 差 IFM(SRC) 7−5 −17.4 FM/ELP 端子流出電流 IFM(SNK) 7−5 8.6 FM/ELP 端子流入電流 fOSC(AVG) 1−5 60 平 均 発 振 周 波 数 Δf 1−5 4.8 発 振 周 波 数 変 動 幅 DMAX 1−5 71 最 大 O N d u t y 幅 IFB(MAX) 6−5 −220 最大フィードバック電流 VSTBY 6−5 0.99 スタンバイ動作開始しきい電圧 DSLP 6−5 ― スロープ補正開始 Duty SLP 6−5 −22 ス ロ ー プ 補 正 値 保護動作 VOCP1 3−5 0.71 ゼロ On Duty 時 OCP しきい電圧 DPC ― 1.5 ドレインピーク電流補正係数 VOCP2 3−5 0.82 補正後 OCP しきい電圧 t 1−5 280 ﾘｰﾃﾞｨﾝｸ・ﾞｴｯｼﾞ・ﾌﾞﾗﾝｷﾝｸﾞ時間 BW tDLY 1−5 ― O L P 遅 延 時 間 * ICC (OLP) 4−5 ― O L P 動 作 時 回 路 電 流 V 4−5 27 O V P 動 作 電 源 電 圧 CC(OVP) ICC(La.H) 4−5 ― ラ ッ チ 回 路 保 持 電 流 VCC(La.OFF) 4−5 6.4 ラ ッ チ 回 路 解 除 電 圧 V 7−5 6.4 外部ラッチ保護しきい電圧 ELP IELP 7−5 ― 外部ラッチ保護動作時流入電流 ― 135 熱 保 護 動 作 温 度 Tｊ(TSD) * FM/ELP 端子と GND 端子との間に、47nF を適用したときの参考値 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 規格値 TYP MAX 15.5 8.9 1.4 0.8 5 −1.6 15.2 17.1 9.8 2.8 1.3 20 −2.3 16.8 V V mA mA µA mA V 4.5 2.8 1.7 −13 13 67 6.9 75 −160 1.10 27 −17 5.0 3.2 1.8 −8.6 17.4 74 9 79 −100 1.21 ― −12 V V V µA µA kHz kHz % µA V % mV/µs 0.78 1.9 0.93 400 200 410 28.5 140 7.1 7.1 55 ― 0.86 2.3 1.04 520 ― 700 30 220 7.8 7.8 100 ― V mV/D% V ns ms µA V µA V V µA 単位 ℃ STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 2.2 MOSFET 部電気的特性 特記がない場合の条件 項 目 Ta= 25°C 記 号 備 考 規 格 値 端子 単位 MIN TYP MAX ドレイン・ソース間電圧 VDSS 1−3 650 ― ― V ド レ イ ン 漏 れ 電 流 IDSS 1−3 ― ― 300 µA ― ― 3.95 ― ― 2.8 ― ― 1.9 ― ― 400 ― ― 2.23 ― ― 2.04 ― ― 1.75 STR-W6251D O 抵 N 抗 RDS(ON) STR-W6252D 1−3 STR-W6253D スイッチング・タイム ｔf 1−3 STR-W6251D 熱 抵 抗 θch−F チャネルと内 STR-W6252D 部フレーム間 の熱抵抗 STR-W6253D Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 ― Ω ns ℃/Ｗ STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 3. ブロックダイアグラム VCC 4 STARTUP 7.1V UVLO REG VREG 28.5V OVP RST R SQ 15.5V/8.9V 7.1V ELP TSD DRV SQ R S2 Frequency Modulation FM//ELP 7 1 ISTARTUP =1.6mA RQ S DMAX 75% PWM OSC D/ST OLP Q CK S1 tDLY= tFM×16 R Drain Peak current Compensation OCP 7.8V 160µA Feedback Control FB 6 LEB Slope Compensation S/OCP 3 GND 5 4. 各端子機能 端子番号 記号 1 D/ST 2 ― 3 S/OCP 5 GND 4 VCC 6 FB 5 GND 6 FB 7 FM/ELP 1 D/ST 3 S/OCP 4 VCC (LF2003) 7 FM/ELP Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.7 機能 MOSFET ドレイン／起動電流入力 （ピン抜き） MOSFET ソース／過電流検出信号入力 定電圧制御信号入力／過負荷保護信号入力 グランド 定電圧制御信号入力 周波数変調／外部ラッチ保護制御入力 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 5. 応用回路例 VDS サージ電圧が大きくなる電源仕様の場合は、P 巻線間に CRD クランプスナバ回路や、ドレイン・ソース間に C または CR ダンパースナバ回路を追加します CRD クランプスナバ L2 T1 D3 VAC C10 R9 D4 C1 R3 P S R4 C5 PC1 R7 D/ST S/OCP Vcc GND FB FM/ELP 3 4 5 6 7 Cv ROCP オプション 外部ラッチ(ELP)外付け回路 C3 C8 ダンパースナバ 図 5 応用回路例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. R8 C2 D PC1 C4 C7 GND D1 R2 1 R6 C6 R5 U2 U1 STR-W6200D VOUT Page.8 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 6. 外形図 TO-220F-6L パッケージ 10.0±0.2 gate burr ゲートバリ 4.2±0.2 16.9±0.3 φ3.2±0.2 7.9±0.2 4±0.2 0.5 2.8±0.2 2.6±0.1 6-0.74±0.15 +0.2 R-end 6×P1.27±0.15=7.62±0.15 1) -R (5.4) (2 6-0.65 -0.1 10.4±0.5 5.0±0.5 2.8 （根元寸法）Dimensions from root 0.45 +0.2 -0.1 （根元寸法） Dimensions between roots 5.08±0.6 （先端寸法） Dimensions between tips 0.5 0.5 平面状態図 Plan 1 2 3 4 5 6 7 0.5 0.5 側面状態図 Side view NOTES: 1) 単位：mm 2) 部は高さ 0.3mm(MAX)のゲートバリ発生箇所を示す 3) 標準リードフォーミング（No.LF2003） 4) 2 番端子は、高圧端子（1 番ピン）と低圧端子（3 番ピン）の沿面距離および空間距離を確保するため、抜きピン 5) 端子部 Pb フリー品（RoHS 対応） 7. 捺印仕様 STR W62×× Part Number 2 YMDDR 1 7 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Lot Number Y = Last Digit of Year (0-9) M = Month (1-9,O,N or D) DD = Day (01-31) R = Sanken Registration Number Page.9 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 8. 動作説明 特記なき場合の特性数値は、TYP 値を表記します。 電流値の極性は、IC を基準として、シンクを“＋”、ソースを“－”と規定します。 8.1 起動動作 8.1.1 起動時間 VCC 端子周辺回路を図 8-1 に示します。 本 IC は起動回路を内蔵し､起動回路は D/ST 端子に接続しています。 IC 内部で定電流化した起動電流 ISTARTUP= −1.6mA は、VCC 端子に 接続した電解コンデンサ C2 を充電し、VCC 端子電圧が動作開始しきい 電圧 VCC(ON)= 15.5V まで上昇すると、制御回路が動作を開始します。 電源起動後、起動回路は自動的に IC 内部で遮断するため、起動回路 による電力消費はなくなります。 T1 VAC 起動時間は、C2 のコンデンサ容量で決まり、一般的な電源仕様の場合、 10μF～47μF 程度になります。 なお、起動時間の概算値は次式で算出できます。 tSTART 1 D/ST VCC 4 U1 VCC(ON )－VCC( INT ) C2 ISTARTUP ここで、 tSTART VCC(INT) C1 P ---------(1) GND ： 起動時間 (s) ： VCC 端子の初期電圧 (V) 図 8-1 D1 C2 R2 VD D 5 VCC 端子周辺回路 8.1.2 低入力動作禁止回路（UVLO：Undervoltage Lockout） VCC 端子電圧と回路電流 ICC の関係を図 8-2 に示します。 VCC 端子電圧が動作開始しきい電圧 VCC(ON)= 15.5V に達すると、制御回路が動作を開始し、回路電流が増加し ます。制御回路動作後、VCC 端子電圧が動作停止しきい電圧 VCC(OFF)= 8.9V に低下すると、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。 制御回路が動作すると、VCC 端子への印加電圧は、図 8-1 の補助巻線電圧 VD を整流平滑した電圧になります。 補助巻線 D の巻数は、電源仕様の入出力変動範囲内で、VCC 端子電圧が次式の範囲になるように、調整します。 補助巻線電圧の目安は 15～20V 程度になります。 9.8V VCC(OFF) MAX VCC 27.0V VCC(OVP) MIN ---------(2) 回路電流 ICC 起動 停止 ICC（ON）=1.4mA 5µA 8.9V VCC（OFF） VCC端子電圧 13.8V 15.5V VCC（ON） 図 8-2 VCC 端子電圧と回路電流 ICC Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 8.1.3 バイアスアシスト機能 電源起動時の VCC 端子電圧波形例を図 8-3 に示します。VCC 端子電圧が VCC(ON)= 15.5V に達すると、IC が動作 開始して回路電流が増加するため、VCC 端子電圧が低下します。それと同時に補助巻線電圧 VD は出力電圧の立 ち上がり電圧に比例して上昇します。これら電圧のバランスが VCC 端子電圧を作ります。 パワーMOSFET がターンオフした瞬間に発生するサージ電圧は、出力巻線に誘起します。起動時の出力負荷が 軽負荷の場合、この誘起した電圧が原因でフィードバック制御がかかり、出力へ送る電力を抑制する場合がありま す。出力電力が低下すると、VCC 端子電圧も低下し、VCC(OFF)= 8.9V に達すると、制御回路が停止して起動不良が 生じる場合があります。 これを防ぐため、スイッチング動作開始後、VCC 端子電圧がバイアスアシスト電圧 VCC(BIAS)= 15.2V に低下すると、 FM/ELP 端子電圧が FM/ELP 端子 High しきい電圧 VFM（H）= 4.5V に達するまでバイアスアシスト機能が動作し、 VFMH）以上になると停止します。バイアスアシスト機能が動作している間は、起動回路から起動電流を供給し、VCC 端子電圧の低下を抑えます。バイアスアシスト機能により、C2 は低い容量が使用できるため、電源投入時の起動時 間を短くできます。また、出力過電圧時に VCC 端子電圧の上昇が早くなるため、過電圧保護機能の応答時間も短 縮できます。 VCC端子電圧 起動成功 IC動作開始 設定電圧 出力電圧立ち上がりによる上昇 VCC(ON)= 15.5V VCC(BIAS)= 15.2V バイアスアシスト期間 VCC(OFF)= 8.9V 起動不良時 時間 図 8-3 起動時の VCC 端子電圧 8.1.4 補助巻線 実際の電源回路は、図 8-4 のように 2 次側出力電流 IOUT により VCC 端子電圧が増加し、過電圧保護動作（OVP） になる場合があります。これは、パワーMOSFET がターンオフした瞬間に発生するサージ電圧が補助巻線にも誘起 し、C2 をピーク充電するためです。これを防止するには、図 8-5 のように、整流ダイオード D1 と直列に、抵抗 R2 （数 Ω～数十 Ω）の追加が有効です。 ただし、出力電流に対する VCC 端子電圧の変化は、使用するトランスの構造により異なるため、実際に使用する トランスに合わせて R2 の最適値を調整する必要があります。 D1 VCC端子電圧 R2 R2がない場合 4 VCC D C2 U1 R2がある場合 追加 GND 5 図 8-4 出力電流IOUT R2 による出力電流 IOUT－VCC 端子電圧 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 図 8-5 出力電流 IOUT の影響を 受けにくい VCC 端子周辺回路 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 次の場合、出力電流 IOUT に対する VCC 端子電圧の変化率が悪化するため、トランス設計時は補助巻線 D の巻き 位置に注意が必要です。 トランスの 1 次と 2 次間の結合が悪く、サージ電圧が高くなる場合（低出力電圧、大電流負荷仕様など） 補助巻線 D と 2 次側安定化出力巻線（定電圧制御をしている出力ラインの巻線）の結合が悪く、サージ電圧の 変動を受けやすい場合 VCC 端子のサージ電圧の影響を低減するため、補助巻線 D の巻き位置を考慮したトランス参考例を図 8-6 に示し ます。 巻線構造例① 補助巻線 D を 1 次側巻線 P1 と P2 から離す構造 P1、P2 は 1 次側巻線を 2 分割した巻線 巻線構造例② 2 次側安定化出力巻線 S1 と補助巻線 D の結合を良くする構造 2 出力巻線 S1、S2 中、S1 は安定化出力巻線（定電圧制御をしている出力ラインの巻線） コア ボビン コア ボビン バリアテープ バリアテープ P1 S1 P2 S2 D P1 S1 D S2 バリアテープ バリアテープ ピン側 ピン側 巻線構造例② 巻線構造例① 図 8-6 巻線構造例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.12 S1 P2 P1、P2 1 次側巻線 S1 2 次側制御巻線 S2 2 次側出力巻線 D VCC 用補助巻線 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 8.2 定電圧制御回路動作 出力電圧の定電圧制御は、過渡応答および安定性に優 れた電流モード制御（ピーク電流モード制御）を使用して います。 本 IC は､電流検出抵抗の電圧（VROCP）と目標電圧（VSC）を 内部の FB コンパレータで比較し、VROCP のピーク値が VSC に 近づくように制御します。 VSC は、FB 端子の電圧を Feedback Control 回路 （“3.ブ ロックダイアグラム”項参照）に入力し、スロープ補正を加えて 作ります（図 8-7、図 8-8 参照）。 U1 S/OCP GND 3 5 FB 6 PC1 ROCP VROCP C4 IFB 軽負荷の場合 負荷が軽くなると、出力電圧の上昇に伴い 2 次側エラー アンプのフィードバック電流が増加します。この電流がフォ トカプラを介して流れる IFB を FB 端子から引き抜くことによ り、FB 端子電圧は低下します。これにより、目標電圧 VSC が下がるため、VROCP のピーク値が低下するように制御を 行います。その結果、ドレイン電流のピーク値が減尐し、出 力電圧の上昇を抑えます。 図 8-7 スロープ補正を 加えた目標電圧 重負荷の場合 負荷が重くなると、軽負荷時の逆の動作になり、FB コンパ レータの目標電圧が高くなるため、ドレイン電流のピーク値 が増加し、出力電圧の低下を抑えます。 ピーク電流モード制御の PWM 方式が連続モードで動作 すると、ドレイン電流波形が台形波状になります。 このモードは、制御量（目標電圧）で決まるドレインピーク 電流値が一定でも、オン期間がドレイン電流の初期値により 変化するため、図 8-9 のようにオン期間がスイッチング周期の 整数倍で変動するサブハーモニック発振が生じます。 これを防ぐため、FB 端子電圧信号にダウンスローブ補正 （ON Duty が広くなるほどドレインピーク電流値を下げる）信 号を加えて目標電圧 VSC を作り、サブハーモニック発振を抑 える制御を行います。なお、フィードバック制御が外れる電源 過渡状態(電源起動時、負荷短絡時など)では、サブハーモ ニック発振が発生する場合がありますが、動作上の問題はあ りません。 ピーク電流モード制御方式は、パワーMOSFET がターン オンしたときに発生する急峻なサージ電流により、FB コンパ レータや過電流保護回路(OCP)が応答し、パワーMOSFET がオフする場合があります。 この現象を防ぐため、パワーMOSFET がターンオンした瞬 間からブランキング時間 tBW= 400ns を設け、ターンオン時の ドレイン電流サージに応答しないようにしています（リーディン グ・エッジ・ブランキング機能）。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 FB 端子周辺回路 - VSC + VROCP S/OCP端子電圧 （ROCPの両端電圧） FBコンパレータ ドレイン電流 ID 図 8-8 定常時の ID と FB コンパレータ動作 FBコンパレータによる目標電圧 （スロープ補正がない場合） tON1 t tON2 t t 図 8-9 サブハーモニック発振時の ドレイン電流波形例 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 8.3 オートスタンバイ機能 オートスタンバイ機能とは、スタンバイ負荷時のドレイン電流 ID が、最大ドレイン電流（過電流状態）の約 15%以下 に減尐すると、自動的にスタンバイモードに切り替わり、バースト発振動作を行います（図 8-10）。 バースト発振動作は、スイッチング動作を停止する期間があるため、スイッチング損失を低減し、軽負荷時の効率 改善ができます。 一般的に、軽負荷時の効率をより改善するため、バースト発振周波数は数 kHz 以下になります。この際、バースト 発振周波数が人間の可聴領域(20Hz～20kHz)に入ると、トランスから音鳴りが生じる場合がありますが、本 IC は、 バースト発振動作時のドレイン電流ピーク値を十分に低く抑え、トランスの音鳴りを抑えます。 バースト発振動作 出力電流 IOUT 数kHz以下 ドレイン電流 ID 通常負荷 スタンバイ負荷 通常負荷 図 8-10 オートスタンバイのタイミング波形 8.4 PWM＋周波数変調機能 本 IC は、PWM 平均発振周波数 fOSC(AVG)= 67kHz に周波数変動を重畳する機能を搭載しています。 この機能がない製品と比較し、雑音端子電圧（コンダクションノイズ）が低減するため、入力部のノイズフィルタな どを簡略化できます。 図 8-11 に、パワーMOSFET の VDS、ID 動作波形例（エンベロープ波形）を示します。 Δf= 6.9kHz 周波数変調信号 FM/ELP 端子電圧 VFM(H) = 4.5V VFM(L) = 2.8V ドレイン 電流, ID fMIN ≒ 63.55kHz fMAX ≒ 70.45kHz tFM (s) = (2×C3×1.7) / 13(µA) 図 8-11 周波数変調動作時の VDS、ID 波形 図 8-12 FM/ELP 端子電圧と周波数変調周期 図 8-12 に、FM/ELP 端子電圧と周波数変調周期の関係を示します。 スイッチング動作中は、fOSC(AVG)= 67kHz に対し、IC 内部で固定した発振周波数変動幅Δf= 6.9kHz で、常時、 変動します。 FM/ELP 端子に接続したコンデンサ C3 を FM/ELP 端子流出電流 IFM(SRC)= −13μA で定電流充電し、FM/ELP 端 子電圧が VFM(H)= 4.5V に達すると FM/ELP 端子流入電流 IFM(SNK)= 13μA で定電流放電します。C3 を放電し、 FM/ELP 端子電圧が VFM(L)= 2.8V に下がると、再び IFM(SRC)の定電流充電モードに切り替わります。 以後は、この充放電を繰り返し、FM/ELP 端子で作った三角波の周波数変調信号を、PWM 発振回路に入力して、 周波数変調が行われます。 この周波数変調周期 tFM は、FM/ELP 端子と GND 端子間に接続したコンデンサ C3 の容量で決まり、概算値は、 次式になります。 C3 (μF) ΔVFM (V) tFM (s) 2 --------(3) 13 (μA ) ここで、ΔVFM は FM/ELP 端子電圧差で、1.7V になります。 一般的に、コンデンサ C3 の容量は 0.01μF～0.047μF 程度が目安になり、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.14 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 8.5 ラッチ回路 VCC 端子電圧 過電圧保護（OVP）、外部ラッチ保護（ELP）、過熱保護（TSD） の各動作時は、ラッチ回路が動作し、ラッチモードでスイッチング 動作を停止します。 ラッチ回路が動作しスイッチング動作が停止した後は、VCC 端子 電圧が下降し始め、動作停止しきい電圧 VCC(OFF)= 8.9V 以下にな ると、起動回路が動作し、VCC 端子電圧は上昇を始めます。その 後、動作開始しきい電圧 VCC(ON)= 15.5V に達すると、回路電流が 増加するため、VCC 端子電圧は低下して、図 8-13 のように、ラッチ 回路動作時の VCC 端子電圧波形は、8.9V と 15.5V 間を上下する 動作になり、VCC 端子電圧の異常な上昇を防止します。 ラ ッ チ 回 路 の 解 除 は 、 AC 入 力 を オ フ し 、 VCC 端 子 電 圧 が VCC(La.OFF)= 7.1V 以下に下がると解除します。 VCC(ON) =15.5V VCC(OFF) =8.9V 回路電流小 回路電流大 時間 図 8-13 ラッチ回路動作時の VCC 端子電圧 8.6 自動入力補正付き過電流保護機能（OCP） 過電流保護機能（OCP）は、パワーMOSFET のドレインピーク電 流値を、S/OCP 端子と GND 端子間の電流検出抵抗 ROCP で検出し、 ROCP の電圧降下が OCP しきい電圧に達すると、パワーMOSFET を ターンオフして電力を制限します（パルス・バイ・パルス方式）。 出力電圧 VOUT(V) 伝播遅延時間によるバラツキ 一般的な PWM 制御 IC は、制御系を含めた回路に伝播遅延時 間があります。そのため、電源入力電圧が高く、ドレイン電流傾斜が 急峻なほど、実際に流れるドレインピーク電流は、IC 内部の過電流 しきい電圧よりも大きくなります。このため、図 8-14 の出力過負荷特 性のように、電源入力電圧の変化に対し、OCP 動作時の出力電流 にバラツキが生じる傾向があります。 この OCP 動作時の出力電流バラツキを低減するため、本 IC は入 力補正機能を内蔵しています。入力補正機能とは、電源入力電圧 に対し、図 8-15、図 8-16 に示す一定の傾斜を持つ補正信号を S/OCP 端子の検出信号に重畳して、過電流しきい電圧を変える機 能です。 この機能により、外付け部品を追加せずに、過電流保護機能の 電源入力電圧依存性を抑制できます。電源入力電圧が低い（ON Duty が広い）ときは、補正後の過電流しきい電圧が高くなります。そ のため、電源入力電圧が高い（ON Duty が狭い）ときの出力電流 ピークの差は、小さくなります。 AC入力電圧低い AC入力電圧高い 出力電流 IOUT（A） 図 8-14 過電流入力補正がない場合の 出力過負荷特性 VOCP(D%) (V) VOCP(D%) (V) 1.00 約0.923 約0.875 約0.809 例 AC85V 0.50 0 0% 15.5% 50% 75% 100% ON Duty (%) ON Duty (%) 図 8-15 ON Duty と補正後の VOCP(D%) Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 例 AC264V 図 8-16 ON Duty と補正後の VOCP(D%) (TYP) Page.15 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 補正信号量はオン時間に依存し、ON Duty に対する補正後の OCP しきい電圧 VOCP(D%)は次式になります。 VOCP(D%) (V) VOCP1 (V) DPC (mV / D%) D(%) ここで、 VOCP1 ： ゼロ ON duty 時 OCP しきい電圧（V）、0.78V DPC ： ドレインピーク電流補正係数（mV/D%）、1.9mV/D% D ： ON Duty（%） -------- (4) 例えば、AC 入力電圧下限値が AC85V、このときの最大負荷時の ON Duty が 50%になるトランス設計の場合、 補正後の OCP しきい電圧は、VOCP(50%)= 0.875V(TYP)になります。 8.7 過電圧保護機能（OVP） VCC 端子と GND 端子間に、OVP しきい電圧 VCC(OVP)= 28.5V 以上の電圧を印加すると、過電圧保護機能（OVP） 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。 VCC 端子電圧をトランスの補助巻線から供給する場合は、VCC 端子電圧が出力電圧に比例するため、出力電圧 検出回路オープン時などの 2 次側の過電圧を検出できます。 この場合、過電圧保護動作時の 2 次側出力電圧の概算値は、次式になります。 VOUT(OVP) 通常動作時出力電圧 VOUT × 28.5V 通常動作時 VCC 端子電圧 -------- (5) 8.8 過負荷保護機能（OLP） 過負荷保護機能動作時の各部の波形を図 8-17 に示します。 過負荷状態（過電流動作によりドレインピーク電流値を制限している状態）になると、出力電圧が低下して、2 次 側のエラーアンプがカットオフし、フィードバック電流 IFB が流れなくなります。この状態が遅延時間 tDLY 継続すると、 過負荷保護回路が動作して、スイッチング動作を停止します。 VCC 端子電圧が動作停止しきい電圧 VCC(OFF)= 8.9V に低下すると、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、IC は起動前の状態に戻ります。その後、起動回路が動作し、動作 開始しきい電圧 VCC(ON)= 15.5V に達すると再起動する ULVO による間欠発振動作になります。OLP 動作時の各部 の波形を図 8-17 に示します。 この間欠発振動作は、パワーMOSFET や 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。また本 IC は、 OLP 動作中、発振停止期間の回路電流を ICC(OLP)= 410μA に下げるため、発振停止期間の VCC 端子電圧の降下時 間が長くなります。このため間欠発振動作周波数が低く、および発振期間の時比率が小さくなるため、間欠発振動 作中の消費電力を低減します。 過負荷の要因を取り除くと、通常の動作に自動復帰します。 スイッチング動作停止 VCC 端子 電圧 FM/ELP 端子電圧 ドレイン電流 ID V CC U1 VCC(OFF)= 8.9V 発振停止期間 FM/ELP GND FB 7 OLP 遅延時間 tDLY Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 5 C3 C4 図 8-17 OLP 動作時の各部波形と周辺回路 Page.16 4 6 IFB PC1 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 OLP 遅延時間 tDLY は、FM/ELP 端子に接続したコンデンサ C3 を充放電するサイクル tFM の 16 回分の期間に相当し、 概算値は、次式になります。 t DLY (s) t FM 16 2 C3 (μF) 1.7 (V) 16 13 (μA ) -------- (6) 遅延時間 tDLY は、図 8-18 に示す出力電圧立ち上がり時 間 tVOUT(RISE)よりも長く設定する必要があります。短い場合 は出力が定電圧制御する前に OLP 動作し、起動不良が 生じます。 一般的に、コンデンサ C3 の容量は、0.01μF～0.047μF 程度が目安になり、最終的に実働動作を確認して決定し ます。 tVOUT(RISE) 定電圧制御開始点 出力電圧 VOUT IC 動作開始 VCC 端子 電圧 ドレイン電流 ID 時間 VIN ON 図 8-18 起動時の定電圧制御開始時間 8.9 外部ラッチ保護機能（ELP） FM/ELP 端子と GND 端子間に、外部ラッチ保護しきい電圧 VELP= 7.1V 以上の電圧が印加すると、外部ラッチ保 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。 印加する電圧は FM/ELP 端子の絶対最大定格 VFM= −0.3 V～12V 以内、または“5. 応用回路例”項は、VCC 端 子と FM/ELP 端子間に、電流制限用抵抗とラッチトリガー用スイッチ（例 フォトカプラ）を追加した参考例では、 FM/ELP 端子は内部にツェナーダイオードを内蔵しているので、電流制限用抵抗は FM/ELP 端子に流し込む電流 が IFM= 3mA 未満になる抵抗値にします。 8.10 過熱保護回路（TSD） IC の制御回路部の温度が、熱保護動作温度 Tj(TSD)= 135°C(MIN)以上に達すると、過熱保護機能（TSD）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。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 9. 設計上の注意点 9.1 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。 入力、出力の平滑用電解コンデンサ 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。 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を使用します。 トランス類 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。 スイッチング電流は高周波成分を含むため、表皮効果が影響する場合があります。 このためトランスに使用する巻線の線径は、動作電流の実効値を考慮し、電流密度が 3～4A/mm2 前後を目安 に選定します。表皮効果の影響などで、さらに温度対策が必要な場合は、巻線表面積を増加させるため、次 を検討します。 ▫ 巻線の本数を増やす ▫ リッツ線を使用する ▫ 線径を太くする 電流検出用抵抗 ROCP 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いタイプを使用します。 9.2 位相補償 一般的なシャントレギュレータ（U2）を使用した 2 次側エラーアンプ周辺部の回路構成を図 9-1 に示します。 位相補償用コンデンサ C6 の容量は、0.047μF～0.47μF 程度が目安になり、最終的に実働で確認および調整を 行います。 図 9-2 に示す FB 端子と GND 端子間のコンデンサ C4 は、高周波ノイズ除去および位相補償用です。 C4 は FB 端子と GND 端子近くに接続、容量は 2200pF～0.01μF 程度が目安になり、最終的に実働で確認およ び調整を行います。 U1 R3 C5 S PC1 R4 R6 R7 C6 D/ST D3 STR-W6200D VOUT R5 1 S/OCP Vcc GND FB FM/ELP L2 T1 C2 C7 ROCP U2 D1 R2 3 4 5 6 7 C4 PC1 C3 R8 GND 図 9-1 2 次側シャントレギュレータ（U2）の周辺回路 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 図 9-2 FB 端子周辺回路 D T1 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 9.3 FM/ELP 端子の外付けコンデンサ容量 周波数変調値 fFM (kHz) OLP 遅延時間 tDLY (ms) FM/ELP 端子と GND 端子間に接続するコンデンサ C3 の容量値に対する周波数変調値 fFM および OLP 動作の 遅延時間 tDLY の関係を、図 9-3、図 9-4 に示します。 一般的に、コンデンサ C3 の容量は 0.01μF ～0.047μF 程度が目安になり、最終的に実働動作を確認して決定し ます。 FM/ELP 端子容量 C3 (μF) FM/ELP 端子容量 C3 (μF) 図 9-3 C3 の容量と周波数変調値 図 9-4 C3 の容量と OLP 遅延時間 9.4 2 次側ダイオードのノイズ対策方法の注意点 2 次側ダイオードのノイズ低減を行う場合、図 9-5 のように 2 次側ダイオードと並列にセラミックコンデンサ CDI を挿 入する場合があります。このときドレイン電流波形を観測して、ドレイン電流に異常なリンギング振動がある場合は、 図 9-6 のようにダンパー抵抗 RDI を直列に挿入してドレイン電流の振動を改善し、電源動作を安定させることを推奨 します。 なお、ノイズ対策用に挿入した RDI、CDI の部品温度上昇は十分な検討、評価が必要です。 RDI CDI CDI ドレイン電流 ID P S D3 ドレイン電流 P ID C5 D 図 9-5 D3 C5 D1 R2 D1 R2 C2 S C2 T1 ノイズ対策例 D T1 図 9-6 ダンパー抵抗挿入例 9.5 パターン設計 パターン配線および実装条件によって、誤動作や、ノイズ、損失などに 大きな影響が現れます。このため配線の引き回し、部品配置には十分な 注意が必要です。 図 9-7 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。 アースラインは輻射ノイズに大きな影響を与えるため、極力“太く”、 “短く”配線します。 スイッチング電源は、高周波かつ高電圧の電流経路が存在するため、 安全規格面を考慮した部品配置および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。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19 図 9-7 高周波ループ（斜線部分） STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 IC 周辺回路および 2 次側整流平滑回路の接続例を図 9-8 に示します。 IC 周辺回路 (1) S/OCP 端子周り（S/OCP 端子～ROCP～C1～T1（P 巻線）～D/ST 端子） このパターンは、スイッチング電流が流れる主回路パターンのため、極力“太く”、“短く”配線します。 IC と入力電解コンデンサ C1 の距離が離れている場合は、高周波電流ループのインピーダンスを下げるため、 トランスもしくは IC の近くに、電解コンデンサやフィルムコンデンサ（0.1μF 程度／印加電圧に適した耐圧品） などを追加します。 (2) GND 端子周り（GND 端子～C2（－側）～T1（Ｄ巻線）～R2～D1～C2（+側）～VCC 端子） このパターンは、IC の電源供給用パターンのため、極力“太く”、“短く”配線します。 IC と電解コンデンサ C2 の距離が離れている場合は、VCC 端子と GND 端子の近くにフィルムコンデンサ Cf （0.1μF～1.0μF 程度）などを追加します。 (3) 電流検出用抵抗 ROCP 周り ROCP は、S/OCP 端子の近くに配置します。 パターンの共通インピーダンスやスイッチング電流が、制御回路へ影響を与えないようにするため、主回路 系と制御系のグランドは ROCP 近傍に接続します（図 9-8 の A 点）。 2 側整流平滑回路（T1（S 巻線）～D3～C5） このパターンは、スイッチング電流が流れる 2 次側主回路パターンのため、極力“太く”、“短く”配線します。 整流パターンが細く、長い場合は、パターンに寄生するインダクタンス成分が増加するため、パワー MOSFET がターンオフ時に生じるサージ電圧が増加します。 2 次側整流パターンの引き回しを考慮したパターン設計は、パワーMOSFET の耐圧マージンを広く取れ、ク ランプスナバ回路のストレスおよび損失を低減できます。 T1 C10 D3 R9 P D4 C1 S C5 D1 R2 U1 C2 D/ST S/OCP Vcc GND FB FM/ELP STR-W6200D 1 3 4 5 6 7 Cv R OCP C4 D 主回路パターン 制御系 GND パターン PC1 C3 A C8 図 9-8 電源 IC 周辺回路の接続例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.20 STR-W6200D シリーズ アプリケーションノート Rev.2.0 注意書き 本資料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。 本書に記載し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。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、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。 本書に記載している製品は、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おります。 高い信頼性を要求する装置（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）への使用を検討、および一般電子機器であっても長寿命を要求する場合は、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したりすることです。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る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・処理を施す場合には、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。 弊社物流網以外での輸送、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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