アプリケーション ノート チョッパ型 チョッパ型スイッチングレギュレータＩＣ スイッチングレギュレータＩＣ SISI-8008TM/TMX/TFE シリーズ 第4版 2010 年 1 月 サンケン電気株式会社 サンケン電気株式会社 SI-8000TM/TFE シリーズ はじめに 本資料は面実装タイプチョッパ型スイッチングレギュレータＩＣ．ＳＩ－８０００ＴＭ シリーズの技術資料として作成いたしました。ＳＩ－８０００ＴＭシリーズのご使用に当 たり一助となれば幸いかと存じます。なお、チョッパ型スイッチングレギュレータの基礎 動作理論につきましては、別紙テクニカルノートをご参照下さい。 また、資料中で不明な点、もしくは疑問点等がございましたら、末尾のお問い合わせ先 までご指摘を賜りますようお願い申しあげます。 この技術資料は内容充実のため、お断り無しに変更することがあります。あらかじめご 了承下さい。 サンケン電気株式会社 PCD 電源 IC 技術 1 グループ ２０１０年１月 ２ SI-8000TM/TFE シリーズ －－－ 目次 －－－ １．概要 １－１ 特長 －－－－－－－－－－ ４ １－２ 主な用途 －－－－－－－－－－ ４ １－３ 種別 －－－－－－－－－－ ４ 外形図（SI-8008TM/TMX） －－－－－－－－－－ ５ ２．製品仕様 ２－１ SI-8008TFE（TO-220F）の外形は P.26 ２－２ 定格 －－－－－－－－－－ ５-６ ２－３ 回路図 －－－－－－－－－－ ７-８ ３．ＳＩ－８０００ＴＭの動作説明 ３－１ PWM 出力電圧制御 －－－－－－－－－－ ９ ３－２ 入出力電流とチョークコイル電流 －－－－－－－－－－ １０ ３－３ 過電流・過熱保護 －－－－－－－－－－ １１ ４．使用に際しての注意事項 ４－１ 外付部品選定上の注意 －－－－－－－－－－ １２-１６ ４－２ パターン設計上の注意 －－－－－－－－－－ １７ ４－３ 動作波形の確認 －－－－－－－－－－ １８ ４－４ 熱設計 －－－－－－－－－－ １９-２１ ４－５ 静電気に対して －－－－－－－－－－ ２１ ５－１ 出力 ON/OFF 制御 －－－－－－－－－－ ２２ ５－２ 出力電圧可変 －－－－－－－－－－ ２２-２４ ５－３ 逆バイアス保護 －－－－－－－－－－ ２４ －－－－－－－－－－ ２５ ５．応用 ６．用語解説 ３ SI-8000TM/TFE シリーズ １．概要 ＳＩ－８０００Ｔシリーズ(※)は、降圧スイッチングレギュレータに必要な各種の機能 と保護機能を備えたチョッパ型スイッチングレギュレータＩＣです。僅か６点の外付け部 品で高精度高効率のスイッチングレギュレータを構成することが出来ます。 ※SI-8000T シリーズは、面実装パッケージタイプ(TO-252-5)のＳＩ－８０００ＴＭシリーズ、 挿入型パッケージ(TO-220F-5lds) ＳＩ－８０００ＴＦＥシリーズがあります。 ●１－１ 特長 ・小型大出力電流 1.5Ａ TO-252-5(SC-63 相当)の小型パワーパッケージで、出力電流が最大 1.5Ａです。 ・高効率８１％(SI-8008TM VIN=15V/Vo=5v・Io=0.5A) 高効率のため発熱が小さく、銅箔面積も小型にする事が出来ます。 ・外付部品６点 入出力コンデンサ、ダイオード、コイル、Vout 設定用抵抗のみでレギュレータを構成 できます。 ・出力電圧、位相補正内部調整済 面倒な外付部品による出力電圧、位相補正の調整は不要です。 ・タイミングコンデンサ内蔵型基準発振 発振周波数設定用の外付コンデンサは不要です。 ・過電流、過熱保護内蔵 垂下型過電流保護および過熱保護回路を内蔵しています。（自動復帰型） ・出力 ON/OFF 機能（ソフトスタート可能） 出力の ON/OFF 制御も可能です。OFF 時の消費電流も少なくなっております。また外付 コンデンサの追加で、起動時に出力電圧立ち上がり速度を遅らせることが出来ます。 ＊SI-8008TMX のみソフトスタート機能なし。（Vc 端子へ直接電圧印加してオフ時動 作しオフ時回路消費電流ゼロ） ●１－２ 主な用途 ・DVD ﾚｺｰﾀﾞｰ、FRD TV 等 ・オンボードローカル電源 ・ＯＡ機器用電源 ・レギュレータ２次側出力電圧安定化 ・テレコム用電源 ●１－３ 種別 ・種別：半導体集積回路（モノリシックＩＣ） ・構造：樹脂封止型（トランスファーモールド） ４ SI-8000TM/TFE シリーズ ２．製品仕様 ●２－１ 単位 mm 外形図 (SI(SI-8008TM/SI8008TM/SI-8008TMX) SISI-8008TFE の外形は 外形は P.26 参照） 参照） SI-8008TMX は“８００８TMX” ８００８ＴＭ *1８００８ＴＭ ＳＫ *2 １ *3 ２ ３ ４ ５ *1 品名標示 *2 社漂 Type Logo *3 ﾛｯﾄ番号 No mark Lot Number 第 1 文字：西暦年号下一桁 1st letter：The last digit of year 第 2 文字：月 2nd letter：Month 1~9 月：ｱﾗﾋﾞｱ数字 10 月：O 11 月：N 12 月：D (1 to 9 for Jan. to Sept.,O for Oct. N for Nov. D for Dec.) 第３文字：製造日 1~9 ｱﾗﾋﾞｱ数字 10~31 日：A～Z(但し、B,I,O,Q は除く) 3rd letter：day 端子配列 Pin assignment １． IN ２． SW 製品質量：約 0.33ｇ ３． GND Products Weight ４． ADJ ５． SS（SI-8008TMX は Vc 端子） 1 to 9day： for ”1”to “9” 10 to 31day：for “A” to”Z” (But, “B”,”I”,”O”,”Q” is removed. ： *4 管理番号(7 桁) ５ SI-8000TM/TFE シリーズ ●２－２ 定格 □絶対最大定格（ 絶対最大定格（SISI-8008TM/TMX 8008TM/TMX） /TMX） □ラインナップ 項目 記号 定格値 単位 V Vo(V) 0.8 (基準電圧) 入力電圧 VIN 43 ｵﾝｵﾌ端子(SI-8008TMX のみ) Vｃ VIN 無限大放熱時許容損失 (可変型 TO-220F-5) 0.8 (基準電圧) SI-8050TFE 5 品名 SI-8008TM/TMX (可変型 TO-252) SI-8008TFE V Pd1 1.06 ※1 W 放熱板未使用時許容損失 Pd2 1.65※2 W 接合部温度 Tj 150※3 ℃ 動作周囲温度 Taop -30～+125 ℃ 保存温度 Tstg -40～+150 ℃ (固定品 TO-220F-5) ※1：FR-4 相当 900mm2 基板、銅箔面積 4.3%時(片側のみ) ※2：FR-4 相当 900mm2 基板、銅箔面積 50%時(片側のみ) ※3：この製品は過熱保護回路を内蔵しており、接合部温度が130℃以上 になると、動作することがあります。 □ 推奨動作条件 項目 記号 SI-8008TM/TMX/TFE SI-8050TFE 単位 条件 直流入力電圧 VIN Vo+3V※1～40 8～40 V Io=0～1.5A 出力電流 Io 0～1.5 A Vin≧Vo+3V -20～+100 ℃ 動作時接合温度 Tjop 注 : SI-8008TM/TMX/TFE の可変出力電圧範囲は 0.8～24V となります。 ※1：入力電圧範囲の最小値は、4.5V もしくは VO+3 V のどちらか大きい値とする。 □ 電気的特性 (Ta=25 ﾟ C) SI-8008TM/TFE※1 MIN TYP MAX Vo 0.784 0.800 0.816 設定出力電圧 VIN=20V/Io=0.5A 条件 η 81 効 率 VIN=20V/Io=0.5A 条件 f 300 動作周波数 VIN=20V/Io=0.5A 条件 ラインレギュレーション ⊿VLi 25 80 (Iout=0.5A) VIN=10～30V 条件 ロードレギュレーション ⊿VLo 10 30 (Iout=0.2～1.5A) VIN=20V 条件 項 目 SS 端子 記号 Lowレベル電圧 VSSL Low時流出電流 過電流保護開始電流 出力電圧温度変動 静止時回路電流 オフ時回路電流 ISSL 条件 Is 条件 ΔVo/ΔT 条件 Iq 条件 Iq(OFF) 条件 SI-8050TFE MIN TYP MAX 4.90 5.00 5.10 VIN=20V/Io=0.5A 81 VIN=20V/Io=0.5A 300 VIN=20V/Io=0.5A 40 100 VIN=10～30V 10 40 VIN=20V 0.5 10 VSSL=0V 0.5 40 1.6 VIN=20V ±0.１ Tc=0～100℃ 6 VIN=20V，IO=0A 200 400 VIN=20V，Vss=0V 10 VSSL=0V SI-8008TMX※1 TYP MAX 0.800 0.816 VIN=20V/Io=0.5A 81 VIN=20V/Io=0.5A 300 VIN=20V/Io=0.5A 25 80 VIN=10～30V 10 30 VIN=20V Vc＜0.8でｵﾌ、Vc>2vでｵﾝ OPEN時ｵﾌ MIN 0.784 40 1.6 VIN=20V ±0.5 Tc=0～100℃ 6 VIN=20V，IO=0A 200 400 VIN=20V，Vss=0V 単位 V % kHz mV mV V μA 1.6 A VIN=20V ±0.１ Tc=0～100℃ 6 VIN=20V，IO=0A 0 VIN=20V，Vc=0V mV/ﾟC mA 1 μA ※1：出力電圧 5V 設定時 ６ SI-8000TM/TFE シリーズ ●２－３ 回路図 ２－３－① 内部等価回路図 ・ＳＩ－８０５０ＴＦＥ内部等価回路 SI-8033TM, SI-8050TM, SI-8120TM V IN 1 IN SW C1 PReg 5 SS ON/ C3 OFF Soft･ Start L 2 VO C2 Di 過電流保護 ﾗｯﾁ & ﾄﾞﾗｲﾊﾞ ﾘｾｯﾄ R1 発振器 ｺﾝﾊﾟﾚｰﾀ V OS 過熱保護 4 ｴﾗｰｱﾝﾌﾟ 基準電圧 GND 3 ・ＳＩ－８００８ＴＭ／ＴＦＥ内部等価回路 SI-8008TM Vin 1 C1 PReg 5 C3 SW IN SS Di 過電流保護 ON/ OFF Soft･ Start ﾘｾｯﾄ L 2 ﾗｯﾁ & ﾄﾞﾗｲﾊﾞ VO C2 R1 発振器 ｺﾝﾊﾟﾚｰﾀ 過熱保護 ｴﾗｰｱﾝﾌﾟ ADJ 4 R2 基準電圧 GND 3 ・ＳＩ－８００８ＴＭＸ 推奨ダイ 推奨ダイオード ダイオード: オード: SJPB－ SJPB－H４（ＳＭＤ） RKRK-16（ 16（挿入ﾀｲﾌ 挿入ﾀｲﾌﾟ ﾀｲﾌﾟ） (サンケン (サンケン電気 サンケン電気) 電気) ７ SI-8000TM/TFE シリーズ ２－３－② 標準接続図 ・ ＳＩ－８０５０ＴＦＥ接続図 1 VIN VIN SW Vos SI-8050TFE SI-8000TM SS 5 220uF 47μH 2 VOUT 4 GND 470uF Di 3 1uF GND GND ・ＳＩ－８００８ＴＭ／ＴＭＸ／ＴＦＥ接続図 1 VIN VIN 2 SW SS GND R1 ADJ Di 3 5 VOUT 4 SI-8008TM/TMX/TFE 220uF 47μH R2 470uF 1uF GND GND SI-8008TMX は５番端子が Vc 端子で直接電圧印加を行いｵﾝｵﾌ動作する。ActiveHi（ｵｰﾌﾟﾝ時はｵﾌ） 抵抗 R1，R2 ・R1，R2 は出力電圧を設定する為の抵抗です。IADJ が 1mA 程度（±20%程度を推 奨しますが、大きい方向には制限はありません）となるよう設定して下さい。又、 R1，R2 の値を求める式は以下のようになります。 R1 = (Vo − V ADJ ) (Vo − 0.8) V (Ω)，R2 = ADJ = I ADJ 1×10 −3 I ADJ = 0.8 ≒ 0.8k (Ω) 1×10 −3 推奨ダイオー 推奨ダイオード ダイオード: SJPB－ SJPB－H４（ＳＭＤ） RKRK-16（ 16（挿入ﾀｲﾌ 挿入ﾀｲﾌﾟ ﾀｲﾌﾟ）SFPBSFPB-66 (サンケン (サンケン電気 サンケン電気) 電気) IADJ 安定動作する為にスイッチングノイズの影響を受けない様、電圧検出 ラインはコンパクトにまとめたレイアウト設計が重要です。 ８ SI-8000TM/TFE シリーズ ３．ＳＩ－８０００ ．ＳＩ－８０００Ｔ ８０００Ｔの動作説明 ●３－１ PWM 出力電圧制御 ＳＩ－８０００Ｔシリーズは、ＰＷＭ方式にて出力電圧を制御しており、ＰＷＭコンパ レータ、発振器、誤差増幅器、基準電圧、出力トランジスタドライブ回路、等を内蔵して おります。 ＰＷＭコンパレータの入力には発振器からの三角波出力(≒300kHz)と誤差増 幅器の出力が与えられます。ＰＷＭコンパレータは発振器出力と誤差増幅器出力を比較し、 発振器出力に対し誤差増幅器出力が上回った時間にスイッチングトランジスタがＯＮにな るよう制御しています。 PWM 制御チョッパ 制御チョッパ型 チョッパ型レギュレータ基本構成 レギュレータ基本構成 誤差増幅器出力と発振器出力を PWM コンパレータで比較し方形 波のドライブ信号を発生させスイ ッチングトランジスタをドライブ する。 仮に出力電圧が上昇しようとした場合、誤差増幅器は反転型のため誤差増幅器の出力は 低下します。誤差増幅器出力が低下しますと発振器の三角波レベルを下回る時間が増加し スイッチングトランジスタのＯＮ時間を短縮させることにより出力電圧を一定に保ちます。 PWM コンパレータ動作図 コンパレータ動作図 このようにスイッチングの周波数は 固定したままで、スイッチングトラン ジスタのＯＮ時間を変化させること により出力電圧を制御しています。 （VIN が高いほどスイッチングトラン ジスタのＯＮ時間は短くなります。） スイッチングトランジスタの方形波出力は、チョークコイルとコンデンサによるＬＣロ ーパスフィルターにより平滑され、安定化された直流電圧として負荷へ供給されることに なります。 ９ SI-8000TM/TFE シリーズ ●３ ３－２ 入出力電流と 入出力電流とチョークコイル電流 チョークコイル電流 ＳＩ－８０００Ｔのスイッチングトランジスタによって作られた方形波出力は、チョー クコイルと出力コンデンサで構成されるＬＣフィルタで平滑される事により、直流出力電 圧に変換されます。このＬＣフィルタの動作はチョッパ型レギュレータの安定動作に大き く影響します。チョークコイルと電流の関係、電流と出力リップル電圧の関係等を以下に 示します。 チョークコイルに流れる電流 IL は、三角波の形状を示します。この三角波は２種類の電 流成分 Itr と Idi で構成されています。電流 Itr はトランジスタ ON 時に入力側よりトラン ジスタを通して供給される電流であり、この平均値が入力電流 Iin となります。 また電流 Idi は、チョークコイルに蓄えられたエネルギーがトランジスタ OFF 時にフライ ホイールダイオード Di を介して転流された電流です。 Itr と Idi の合計がチョークコイル電流 IL となります。さらに IL の重畳している三角 波成分は、コンデンサＣの充放電作用により平滑されますので、IL の平均値が直流出力電 流 Io となります。 １０ SI-8000TM/TFE シリーズ ●３－３ 過電流・ 過電流・過熱保護 過電流時出力電圧特性 ＳＩ－８０００Ｔ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。さらに出力 電圧が定格値の約 50%まで低下しますとスイッチン グ周波数を約 70kHz におとし低出力電圧時の電流増加 を防止しています。過電流状態を解除すると出力電圧 は自動的に復帰します。 過熱保護時出力電圧特性 過熱保護回路は、ＩＣの半導体接合部温度 を検出し、接合部温度が設定値を超えると出 力トランジスタを停止させ、出力をＯＦＦと します。接合部温度が過熱保護設定値より約 １５℃低下します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。 １１ SI-8000TM/TFE シリーズ ４．使用に 使用に際しての注意事項 しての注意事項 ●４－１ 外付部品選定上の 外付部品選定上の注意 ４－１－① チョークコイルＬ チョークコイルＬ チョークコイルＬは、スイッチングトランジスタ OFF 時に負荷側に電流を供給しており、 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。レギュレータの安 定動作維持のため、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は回避 しなくてはなりません。チョークコイル選定のポイントとしては以下の事項が挙げられま す 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使用をさけてくだ さい。 ｂ）インダクタンス値が適正であること チョークコイルのインダクタンスは、大きいほどコイルを流れるリップル電流が減少し 出力リップル電圧が小さくなりますが、コイルの外形は大形になります。逆に小さなイン ダクタンスとすると、スイッチングトランジスタやダイオードを流れるピーク電流が増大 して損失が増加し、リップル電圧も大きくなり安定動作確保の上で好ましくありません。 インダクタンスが大きい程、リップル電流・電圧は インダクタンスが小さい程、リップル電流・電圧が 小さくなる。ただし、コイルの外形は大型になる。 大きくなる。コイルの外形は小型になるが、動作が 不安定になりやすい。 仕様書に示すインダクタンス値は、安定動作に適した目安の値でありますが、また次式に よって適当なインダクタンス値を求めることもできます。 ここで､ΔIL はチョークコイルのリップル電流値を示し、大略下記の目安に従って設定しま す。 ・使用出力電流が SI-8000TM の最大定格(1.5A)に近い場合：出力電流×0.2～0.3 倍 ・使用出力電流が大略 0.5A 以下の場合：出力電流×0.5～0.6 倍 L= 例えば (VIN − Vo) ⋅ Vo ∆IL ⋅ VIN ⋅ f －－－（１） VIN=20V、Vo=5V、ΔIL=0.3A、周波数=300kHz とすると １２ SI-8000TM/TFE シリーズ L= ( 20 − 5) × 5 ≒ 42μ H 0 .3 × 20 × 300 × 10 3 となりますのでインダクタンスが約 47uH のコイルを選択すればよいことになります。 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 注意ください。 ｄ）ノイズが少ないこと 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。 ４－１－② 入力コンデンサ 入力コンデンサＣ コンデンサＣ１ 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おり、入力側の電圧降下を補償しています。従って極 力レギュレータＩＣの近くに取り付ける必要があります。また、AC 整流回路の平滑コンデ ンサが入力回路にある場合には、入力コンデンサは平滑コンデンサと兼用とすることがで きますが、同様の配慮が必要です。 Ｃ１選定のポイントとして次のことが挙げられます。 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。 Ｃ１の電流の 電流の流れ これら耐圧や許容リップル電流値を、オーバーし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（パンク、容量の減少、等価インピーダンス増大、等） 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。従って、十分な マージンをとった選択が必要です。なお入力コンデンサに流れるリップル電流実効値 Irms は下記の式で求められます。 １３ SI-8000TM/TFE シリーズ Irms ≈ 1.2 × 例えば Vo × Io VIN Io=1.5A、 Irms ≈ 1.2 × －－（２） VIN=20V、 Vo=5V とすると 5 × 1.5 = 0.45 A 20 となりますので許容リップル電流が、0.45A より大きいコンデンサを選ぶ必要があります。 ４－１－③ 出力コンデンサ 出力コンデンサＣ コンデンサＣ２ 出力コンデンサＣ２は、チョークコイルＬと共にＬＣローパスフィルターを構成して、 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Ｃ２選定のﾊﾟﾗﾒｰﾀと しては入力コンデンサと同様に、耐圧及び許容リップル電流値に十分なマージンをとった 上で満足する必要があります。また、その他のポイントとして、直流等価抵抗(ＥＳＲ)、 容量となります。以下に選定の注意点を示します。 C2 の電流の 電流の流れ ◇許容リップル電流 出力コンデンサのリップル電流実効値は、下記の式で求められます。 Irms = ∆IL 2 3 －－－（３） 例えばΔIL を 0.5A としますと Irms = 0.5 ≒ 014 . A 2 3 となり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。 ◇直流等価抵抗（ESR） 安定動作のため ESR は適切な値を選ぶことが必要です。ESR が過大な場合には、出力 リップル電圧増大による異常発振、一方、過少な場合は位相余裕の不足となります。出力 リップル電圧は、チョークコイル電流の脈流部ΔIL（＝Ｃ２充放電電流）と ESR の積で 決まり、出力リップル電圧としては、出力電圧の 0.5～1%程度(例：Vo=5V で 0.5％の場 １４ SI-8000TM/TFE シリーズ 合：25mV)にて良好な動作となり、出力電圧リップルの求め方は（４）（５）を参照願い ます。ESR は温度で変化し、特に高温時には ESR が低下することから注意が必要です。 Vrip ≈ (VIN − Vo ) ⋅ Vo ⋅ ESR - -（４） L ⋅ VIN ⋅ f Vrip ≈ ∆IL ⋅ ESR - -（５） - また、ESR が極端に小さい場合(約１０～２０ｍΩ以下)位相遅れが大きくなり、異常発振 となる可能性があります。このため、出力コンデンサにタンタルコンデンサや積層セラミ ックコンデンサを単体で用いることは適当ではありません。但し低温(＜0 ﾟ C)で使用され る場合には、電解コンデンサと並列にタンタルコンデンサや積層セラミックコンデンサを 接続すると出力リップル電圧の低減に有効です。更に、一層出力リップル電圧を小さくす るには、下図に示すように、LＣフィルタを一段追加しπ型フィルターを構成するのが効果 的です。 SI-8000T L2 ： 20uH Co2 ： 200uF このように、出力コンデンサＣout においては、耐圧及び許容リップル電流が満足されれば、 容量より ESR の方が動作安定度に与える影響が大きい事にご注意ください。出力コンデンサのレ イアウトについては、IC より離れた場所に配置した場合、配線抵抗等で擬似的に ESR の上昇と 等価となるため、IC 近傍の配置を推奨します。 ４－１－④ LC フィルタ定数選定例 フィルタ定数選定例 上記内容を踏まえた、チョークコイルのインダクタンス、ESR の算出方法について、以下 に示します。以下の値は目安となり、多くの場合、インダクタンス、出力コンデンサ容量大 のほうが、安定動作となります。 サンプル：SI-8050TFE、条件：入力電圧 VIN：20V、出力電圧 Vo：5V、出力電流 Io：0.5A ①チョークコイルのインダクタンス L チョークコイルリップ電流ΔIL=Io×0.5～0.6⇒0.3A とする。 L= (VIN − Vo ) ⋅ Vo = ∆IL ⋅ VIN ⋅ f (20 − 5) ⋅ 5 0.3 ⋅ 20 ⋅ 300000 ≈ 42 µH L : 47 µHとする。 ②出力コンデンサ ESR 出力リップル電圧 Vrip=5V×0.5%=25mV とする。 １５ SI-8000TM/TFE シリーズ Vrip = ∆ IL ⋅ ESR ESR = ４－１－⑤ Vrip = 83 . 3 m Ω ∆ IL フライホイールダイオード・ フライホイールダイオード・Ｄｉ ダイオード Di 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 させるための物です。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、リカバリー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。 １６ SI-8000TM/TFE シリーズ ●４－２ パターン設計上 パターン設計上の 設計上の注意 ４－２－① 大電流ライン 大電流ライン 接続図中の太線部分には大電流が流れ SI-8000T ますので、出来る限り太く短いパターンと してください。 ４－２－② 入出力コンデンサ 入出力コンデンサ 入力コンデンサＣ１と、出力コンデンサＣ２は、出来る限りＩＣに近づけてください。入力側に AC 整流回路の平滑コンデンサがある場合には、入力コンデンサと兼用にする事が可能ですが、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事が必要です。また入出力コン デンサのリード線には、大電流が高速で充放電されますので、リード線の長さは最短としてくださ い。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。 ４－２－③ センシング端子 センシング端子 出力電圧センシング端子Ｖｏｓは出来る限り出力コンデンサＣ２に近い所に接続してく ださい。（Ｖｏｓ端子流入電流は約 1ｍＡ程度です。）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る事がありますので御注意くださ い。 ４－２－④ 推奨パターン 推奨パターン GND 弊社で推奨しております、基板パターン 8000TM C1 C2 を右に示します。例：SI-8008TM(可変タイプ) C3 下には、ソルダーパターン設計例を示します。 ＋ 6.0 ＋ IN R1 SW R2 Di Vout 6.1 L Top View・部品面 2.4 基板パターン 基板パターン例 パターン例 5.88 ＊＊最適な動作条件とするためには、GND ラインは３番端子を中心にし 2.5 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。 1.27 0.47 0.8 １７ SI-8000TM/TFE シリーズ ●４－３ 動作波形の 動作波形の確認 スイッチング動作が正常であるかどうかはＳＩ－８０００ＴＭの２－３端子間波形(SW 波形)にて確認できます。以下に正常動作時及び異常発振時における波形例を示します。 連続領域は、チョークコイルを流れる電流に、三角波に直流成分が重畳している領域で あり、不連続領域は、チョークコイル電流が少ないためチョークコイルを流れる電流が断 続的になる（ゼロになる期間が発生する）領域です。したがって負荷電流が多い場合は連 続領域に、少ない場合は不連続領域になります。連続領域ではスイッチング波形は通常の 方形波の形状となり（波形１）、不連続領域ではスイッチング波形に減衰振動が発生しま すが（波形２）、これは正常な動作であり問題はありません。 ＩＣと C1,C2 が離れていると、上の波形（３，４）にみられるように、スイッチングの ON･OFF 時間が乱れるジッタが発生します。前述のとおり、C1,C2 はＩＣの近くに接続する ことが必要です。 １８ SI-8000TM/TFE シリーズ ●４－４ 熱設計 ４－４－① 放熱の 放熱の計算 一般に面実装 IC の発熱は、実装されますプリント基板サイズと材質、及び銅箔面積によって左右 されます。放熱には細心の注意を払い、熱設計には十分余裕を設けて下さい。放熱効果を高めるた めには、銅箔面積を大きくすることを推奨します。 基板部の銅箔面積が大きく放熱効果に影響します。 接合部温度 Tj(MAX)は製品固有の値であり、 厳守する必要があります。この為には、Ｐd(MAX)， ＴａＭＡＸに応じた放熱器設計（基板熱抵抗）が 必要になります。これらをわかりやすくグラフ化 した物が熱減定格であります。放熱設計は以下の手順で行います。 １）セット内最大周囲温度ＴａＭＡＸを求める。 ２）入出力条件を変化させ最大損失ＰｄＭＡＸを求める 100 Vo Pd = Vo ⋅ Io − 1 − Vf ⋅ Io1 − Vin ηx ※ －－－（６） ηx=効率（%），Vf=ダイオード順方向電圧 注１：効率は、入力電圧、出力電流によって変化する為、下の効率曲線より求め、 パーセント表示のまま代入。(出力電圧によって異なります。詳細は製品仕様書を ご確認下さい。 代表特性例 SI-8008TM／TFE 効率特性 Ta=25℃ Vo=5v設定時 Vout=5V adjusted 85 R1=4.2kΩ,R2=0.8kΩ 効率 % 80 75 70 VIN= 8v,10v,15v,20v,30v, 40v 65 60 55 0 0.5 1 1.5 Iout A 注２：ダイオードの熱設計は別途行う必要があります。 １９ SI-8000TM/TFE シリーズ ３）下図の熱減定格曲線上の交点より銅箔面積の大きさを決定する。 SISI-8000TM シリーズ熱減定格曲線 シリーズ熱減定格曲線 ｶﾞﾗｽｴﾎﾟ ﾗｽｴﾎﾟｷｼ基板 ｷｼ基板(FR 基板(FR(FR-4 相当、 相当、片面)30 片面)30× )30×30 ㎜ 参考資料としまして、1)銅箔面積 － 接合部-周囲温度間熱抵抗θj-a 2) 銅箔面積 － 許容 損失のデータを下に示します。 θj-a （℃/W） SI-8000TM 銅箔面積ー熱抵抗 100 90 80 70 60 50 40 10 100 1000 2 銅箔面積 （㎜ ） 銅箔面積－許容損失Tjmax=100℃ 許容損失Pd (W） 1.5 Ta=25℃ 40℃ 1 60℃ 0.5 85℃ 0 10 100 2 1000 銅箔面積 （㎜ ） ２０ SI-8000TM/TFE シリーズ 一般的には 10～20%以上のディレーティングで使用します。また実際には、実装上の違いに より放熱効果が大きく変化します。従って、実装状態でのケース温度の確認が必要となり ます。 □ 接合部温度の求め方 GND 端子のリード部の温度：Tc を、熱電対等により測定し、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 − C + TC Tc measurement point (θj-ｃ＝6℃／W) ● ●５－５ 静電気について 静電気について 端子により、静電気によって損傷を受ける場合がありますので、取扱いには十分ご注意願います。 ２１ SI-8000TM/TFE シリーズ ５．応用 ●５－１ 出力の 出力の ON・ ON・OFF 制御 SI-8000TM/TFE５番端子を用いて、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、５番端子を Lo レベルとすると出力は停止します。またソフトスタートと の併用も可能です。ソフトスタート端子はＩＣ内部でプルアップ済みですので外部からは 電圧を印加しないで下さい。 SI-8000TM SI-8000TFE ON/OFF SI-8000TM SI-8000TFE ON/OFF ●５－２ SISI-8050TFE 出力電圧可変 出力電圧可変 ４番・Vos 端子に抵抗を追加することにより出力電圧を上昇させる事が出来ます。 可変タイプの SI-8008TM/TFE 出力電圧設定方法は 8 ページを参照下さい。 ●５－２－① 外付抵抗１ 外付抵抗１本による出力電圧可変 による出力電圧可変 出力電圧調整抵抗 Rex は、次式により求まります。 SI-8050TFE Ivos Re x = Vout '−Vos IVos －－－（１） Vos ：製品設定出力電圧 Vout‘ ：可変後出力電圧 Ivos ：Vos 端子流入電流≒1mA ※ Rex は、温度補償されませんので、出力電圧温度特性は低下します。また Ivos はＩＣ の製品によって最大±20%のバラツキがあります。従って出力電圧のバラツキ範囲が拡がり ますので、精確な出力電圧の合わせ込みには半固定抵抗が必要です。 以下に Rex、Ivos、Vos のバラツキを考慮した、出力電圧バラツキ範囲を示します。 ⅰ）最大出力電圧(Vout’MAX) Vout' MAX＝VosMAX＋RexMAX × IvosMAX VosMAX：設定出力電圧の最大値。仕様書の電気的特性に示す、設定出力電圧の MAX 値を 入れてください。 RexMAX：Rex の最大値。抵抗の許容差より求めてください。 ２２ SI-8000TM/TFE シリーズ IvosMAX ：Vos 端子の最大流入電流。 ⅱ）最小出力電圧(Vout’MIN) Vout' MIN ＝ VosMIN ＋ RexMIN × IvosMIN VosMIN ：設定出力電圧の最小値。仕様書の電気的特性に示す、設定出力電圧の MIN 値 を入れてください。 RexMIN：Rex の最小値。抵抗の許容差より求めてください。 IvosMIN ：Vos 端子の最小流入電流。 ●５－２－② 外付抵抗２ 外付抵抗２本による出力電圧可変 による出力電圧可変 出力電圧調整抵抗 Rex1､2 は、次式により求まります。 Vout '−Vos S ⋅ IVos Vos Re x 2 = ( S − 1) ⋅ IVos Re x1 = Ivos SI-8050TFE S －－－（３） －－－（４） ：安定係数 Rex2 に電流をバイパスさせる事により、①の方法よりも温度特性及び出力電圧バラツキ 範囲は改善されます。安定係数 S は、Vos 端子流入電流 Ivos に対する IRex2 の比を示して おり S を大きくする程、温度特性と出力電圧バラツキは改善されます。（通常 5～10 位） 以下に Rex1、Rex2、Ivos、Vos のバラツキを考慮した、出力電圧バラツキ範囲を示します。 ⅰ）最大出力電圧(Vout’MAX) Vout' MAX＝VosMAX＋Rex1MAX( VosMAX VosMAX ＋IvosMAX） Rex2MIN ：設定出力電圧の最大値。仕様書の電気的特性に示す、設定出力電圧の MAX 値 を入れてください。 Rex1MAX：Rex1 の最大値。抵抗の許容差より求めてください。 Rex2MIN：Rex2 の最小値。抵抗の許容差より求めてください。 IvosMAX ：Vos 端子の最大流入電流。 ⅱ）最小出力電圧(Vout’MIN) Vout' MIN ＝ VosMIN ＋ Rex1MIN( VosMIN VosMIN ＋ IvosMIN ） Rex2MAX ：設定出力電圧の最小値。仕様書の電気的特性に示す、設定出力電圧の MIN 値 を入れてください。 Rex1MIN：Rex1 の最小値。抵抗の許容差より求めてください。 Rex2MAX ：Rex2 の最大値。抵抗の許容差より求めてください。 IvosMIN ：Vos 端子の最小流入電流。 ２３ SI-8000TM/TFE シリーズ ●５－２－③ 出力電圧可変時の 出力電圧可変時の注意事項 出力電圧を可変させた場合の懸念点としましては、レギュレーションの悪化、出力電圧温度 係数の増加が想定されます。また大幅に可変させた場合は、コイル電流増大による、過電流 保護電流低下が想定されることから、コイル容量値上昇が必要となる場合があります。以上 の点から、出力電圧の可変上限としましては、設定出力電圧＋5V 以内でのご使用を推奨致 します。尚、出力電圧の可変下限としましては、設定出力電圧の MAX 値となります。 ●５－３ 逆バイアス保護 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。 SI-8000T ２４ SI-8000TM シリーズ ６．用語解説 用語解説 ・ジッタ 異常スイッチング動作の一種で、入出力条件が一定にも関わらずスイッチングパルス 幅が変動する現象であります。ジッタが発生すると、出力のリップル電圧ピーク幅が 増加します。 ・推奨動作条件 正常な回路機能を維持するために必要とされる動作条件を示すもので、実使用におい ては当条件内とする必要があります。 ・絶対最大定格 破壊限界を示す定格であり、瞬時動作及び定常動作において、一項目かつ一瞬たりと も規格値を超えないように配慮する必要があります。 ・電気的特性 各項目に示している条件で動作させた場合の特性値規格であります。動作条件が異な る場合には、規格値から外れる可能性があります。 ・ＰＷＭ (Pulse width modulation) パルス変調方式の一種で、変調信号波（チョッパ型スイッチングレギュレータの場合、 出力電圧）の変化に応じて、パルスの幅を変えて変調する方式であります。 ・ＥＳＲ (Equivalent series resistance) コンデンサの等価直列抵抗値を示します。コンデンサに直列に接続された抵抗と同等 の作用を示します。 ２５ SI-8000TM/TMX/TFE シリーズ SI-8008TFE 外形図 ２７ SI-8000TM/TMX/TFE シリーズ ！注意 ●本書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下さい。 ●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 はいっさい責任を負いません。 ●本書に記載されている製品をご使用の場合は、これらの製品と目的物との組み合わせについて 使用者の責任において検討・判断を行って下さい。 ●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、社会的な損害等を 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及び確認を行 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）に使用されることを意図しております。ご使用の場合は、納入仕様書の締結をお願いし 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、火災・防 犯装置、各種安全装置など）への使用をご検討の際には、必ず当社販売窓口へご相談及び納入 仕様書の締結をお願いします。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、当社の文書による合意がない限り使用しないで下 さい。 ●本書に記載された製品は耐放射線設計をしておりません。 ●本書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。 ２７