富士時報 Vol.74 No.10 2001 LCD パネル用電源 IC 山田谷 政幸（やまだや まさゆき） まえがき 表１ FA3686VとFA3687V 共通の主要特性 項 目 条 件 最小 標準 最大 単位 18 V 0.99 1.00 1.01 V 2.178 2.200 2.222 V 435 500 565 kHz 2.00 2.20 2.35 V マルチメディア化の進行に伴い，電子機器はますます小 電 源 電 圧 範 囲 2.5 型，軽量，薄型，低消費電力が求められてきており，表示 基 準 電 圧 装置ではその特徴を生かした液晶ディスプレイ（LCD） 内部制御系電圧 が主流となっている。 三角波発振周波数 LCD パネルの駆動には一般的に 3 種類の電圧が必要と されているが，LCD パネルへの入力電圧，その駆動に必 要な電圧構成および電源シーケンスはパネルメーカーや種 類により異なっているのが実情である。 また，電源回路の小型化を実現するには特にトランスや コイルを小さくする必要があり，そのためには電源回路を RT ＝12 kΩ 低電圧誤動作防止 動作電圧 OUT1，2 H レベルオン抵抗 I OUT ＝50 mA 10 20 Ω OUT1，2 L レベルオン抵抗 I OUT ＝−50 mA 5 10 Ω 〈注〉特に条件のない限り，電源電圧3.3 V，常温（25℃）における定格 高い周波数で駆動することが求められている。 富士電機ではこれまでも LCD パネル用電源 IC（Integrated Circuit）を製品化してきたが，このたび新系列と ポーラトランジスタのいずれも直接駆動可 FA3686V と FA3687V 共通の主要特性を表１に示す。 して 2 チャネルの PWM（Pulse Width Modulation）方式 スイッチング電源制御 IC「FA3686V」および「FA3687V」 FA3686V の特長 を開発したので，その概要を紹介する。 FA3686V は LCD パネル用電源 IC の中でも特に 3 出力 製品の概要 電源用途向けの製品である。2 チャネルの PWM 制御部に 加え，さらに誤差増幅器を 1 個追加し，シリーズレギュレー 今回開発した FA3686V と FA3687V はともに LCD パ ネル用電源 IC であるが，LCD パネルが必要とする電源構 成や用途などの違いにより使い分けることができる。 タが容易に構成できるようになっている。 図 １ に FA3686V の内部回路を示す。FA3686V の特長 は次のとおりである。 これら二つに共通の特長は次のとおりである。 （1） TSSOP（Thin Shrink Small Out-line Package）：16 ピンパッケージを採用 ３.１ PWM 制御部 チャネル 1 およびチャネル 2 の誤差増幅器の非反転入力 （2 ） 動作電圧範囲：2.5 ∼ 18 V はいずれも内部にて基準電圧（1.00 V＋ −1 ％）に接続され （3） 発振周波数：300 kHz ∼ 1.5 MHz，外付け抵抗のみで ている。チャネル 1 の出力は n チャネルドライバで昇圧 回路，チャネル 2 の出力は p チャネルドライバで極性反 設定可 （4 ） 基準電圧および内部制御系電圧の精度＋ −1 ％ （5） ２チャネルの PWM 制御出力を内蔵 転回路をそれぞれ構成することができる。 （6 ） タイマ・ラッチ方式出力短絡保護回路，低電圧誤動作 ３.２ 最大デューティ制限回路 防止回路，ソフトスタート回路を内蔵 昇圧回路および極性反転回路の駆動の際は出力が 100 ％ （7） 外付けスイッチング素子は MOSFET（Metal Oxide オンしないように最大デューティを制限する必要がある。 Semiconductor Field Effect Transistor） ま た は バ イ FA3686V では最大デューティ制限回路を内蔵し，外部 山田谷 政幸 電源 IC の開発に従事。現在，松 本工場 IC 開発部。 561（17） 富士時報 LCD パネル用電源 IC Vol.74 No.10 2001 にて設定する必要なく約 85 ％に制限されている。 力電圧を監視し，ある一定の遅延時間の間，誤差増幅器の 出力がスイッチングを広げるがわに振り切れ続けている場 ３.３ ソフトスタート回路 合，異常状態と判断してスイッチングを停止する機能であ FA3686V では各チャネル独立のソフトスタート回路を る。この遅延時間を決める方法として，FA3686V では発 設けている。ソフトスタートを設定する CS1 端子，CS2 振周期をカウントする方法を採用している。時間は発振周 端子には内部電流源が備え付けられており，外部にコンデ 期の 2 16 倍または 2 17 倍のいずれかに設定可能で，外付け ンサのみを接続することで機能が実現できる。 部品は一切必要ない。 ３.４ タイマ・ラッチ回路 ３.５ PGS タイマ・ラッチ方式出力短絡保護回路は誤差増幅器の出 FA3686V で は 新 た な 機 能 と し て PGS（ Power Good Signal）を持っている。これは FA3686V が駆動している 電源の異常信号を外部に送る機能で n チャネル MOSFET のオープンドレイン出力になっている。 図１ FA3686V の内部回路構成 入力電圧が規定に満たない場合（電圧上昇時 2.35 V，下 ⑬ VREG ⑥ VCC UVLO 基準電源 内部制御 系電源 ⑫ RT 誤差増幅器1 ＋ ⑭ IN1− − ⑮ FB1 誤差増幅器2 ＋ ④ IN2− − 電圧検出 UVLO 三角波 発振器 ⑦ CS2 ⑩ CS1 降時 2.25 V） ，低電圧誤動作防止（UVLO）回路が動作し VPGS た場合，タイマ・ラッチ回路が動作した場合のいずれかの ソフト スタート 場合に n チャネル MOSFET がオンする。 最大 デューティ 制限 PWM コンパ レータ1 ３.６ 応用回路例 ＋ nチャネル ドライバ − 図２に FA3686V を用いた応用回路例を示す。 ⑨ OUT1 チャネル 1 にて昇圧回路，チャネル 2 にて極性反転回路 PWM コンパ レータ2 − pチャネル ドライバ ＋ を駆動している。さらにチャネル 1 のスイッチングを用い ⑧ OUT2 てチャージポンプ回路を作り，これとシリーズレギュレー ③ FB2 誤差増幅器3 タを組み合わせてもう一つ電圧を作っている。 ＋ − ② IN3− FB検出 ⑤ PGS VPGS UVLO ① FB3 負荷電流の少ない電圧生成にはコンデンサで構成できる チャージポンプ回路が部品サイズやコストの面で有利であ タイマ・ ラッチ （カウンタ） り，FA3686V はその駆動に適している。 ⑯ TL ⑪ GND 図２ FA3686V の応用回路例 10 V/5 mA 90 kΩ 0.1 F 0.1 F 4.7 F 0.1 F 0.1 F 2.9∼3.6 V 10 kΩ 1,000 pF 10 F 15 F 5.0 V/200 mA 4 kΩ 470 Ω 1 kΩ GND −5.0 V/100 mA 47 kΩ 4,700pF 562（18） FB3 IN3− FB2 IN2− PGS VCC CS1 OUT2 10 kΩ FA3686V 12kΩ 1 F TL 0.022 F FB1 IN1− VREG RT GND CS1 OUT1 1,000 pF 10 F 470 Ω 12 kΩ 0.047 F 2.4 kΩ 0.47 F PGS 33 kΩ 10 kΩ 2,200pF 4,700pF 4.7 kΩ 富士時報 LCD パネル用電源 IC Vol.74 No.10 2001 ブ切換が可能である。これにより降圧，昇圧，極性反転， FA3687V の特長 フライバック，フォワードのあらゆる回路が構成できる。 FA3687V は LCD パネル用電源の中でも特に汎用性を ４.２ ソフトスタート回路 重視した製品である。2 チャネルの PWM 制御部にはすべ FA3687V では各チャネル独立のソフトスタート回路を て n チャネルまたは p チャネル駆動の切換があり，駆動 設けている。ソフトスタートを設定する CS1 端子，CS2 することのできる電源構成の幅が広い。 端子にて抵抗およびコンデンサを用いて設定を行う。また 図 ３ に FA3687V の内部回路を示す。FA3687V の特長 CS1 端子，CS2 端子の電圧を設定することで最大デューティ は次のとおりである。 制限を設定することも可能である。 ４.１ PWM 制御部 ４.３ タイマ・ラッチ回路 チャネル 1 の誤差増幅器の非反転入力は内部にて基準電 FA3687V ではラッチまでの遅延時間を決める方法とし 圧（1.00 V＋ −1 ％）に接続されている。チャネル 2 の誤差 てコンデンサ充電方式を採用している。CP 端子にコンデ 増幅器は非反転・反転入力ともに外部にて設定できる。い ンサを接続すると内部電流源によりコンデンサが充電され， ずれのチャネルの出力も n チャネル/p チャネルのドライ 一定電圧に達するとスイッチングを停止する。 図３ FA3687V の内部回路構成 ４.４ 応用回路例 図４に FA3687V を用いた応用回路例を示す。これは全 ⑦ CS2 ⑩ CS1 ⑥ VCC ⑬ VREG UVLO 基準電源 チャネル降圧回路を駆動している例である。 FA3687V は n チャネル，p チャネル駆動切換が可能な ソフト スタート 内部制御 系電源 ことから，応用回路例以外にも降圧，昇圧，極性反転など 三角波 発振器 ⑫ RT あらゆる回路の組合せが可能で汎用性が高い。 PWM 誤差増幅器1 コンパ レータ1 ＋ ⑭ IN1− ⑮ FB1 ⑤ IN2＋ ④ IN2− ＋ − − n/pチャネル ドライバ ⑨ OUT1 n/pチャネル ドライバ ⑧ OUT2 PWM 誤差増幅器2 コンパ レータ2 ＋ ⑯ SEL1 − − あとがき ＋ LCD パネル用電源 IC である FA3686V および FA3687V の概要を説明した。 ③ FB2 ② SEL2 FB検出 現在，LCD パネル分野では低価格化，小型化が年々進 んできており，富士電機では市場要求にこたえるべく LCD パネル用電源 IC のさらなる系列化を進め，魅力ある製品 タイマ・ ラッチ （充電式） の開発を進めていく所存である。 ① CP ⑪ GND 図４ FA3687V の応用回路例 5 V/500 mA 7∼18 V 40 kΩ 10 F 10 F 10 kΩ GND 1 F 0.01 F 10 kΩ FA3687V 6.2 kΩ CP SEL2 FB2 IN2− IN2＋ VCC CS2 OUT2 0.1 F 100 kΩ SELI FB1 IN1− VREG RT GND CS1 OUT1 0.1 F GND 100 kΩ 3.3 V/500 mA 0.01 F 100 Ω 0.47 F 22 kΩ 10 F 11 kΩ 10 kΩ 0.01 F 1 MΩ 10 kΩ 10 kΩ 0.068 F 563（19） ＊本誌に記載されている会社名および製品名は，それぞれの会社が所有する 商標または登録商標である場合があります。