日本語参考資料 最新版英語データシートはこちら LCDバックライト・アプリケーション向け 4ストリング白色LEDドライバ ADD5211 データシート 特長 概要 昇圧コントローラ採用の白色 LED ドライバ 入力電圧範囲: 4.5 V～40 V 消費電力を小さくする適応型出力電圧 調整可能な動作周波数: 200 kHz～1.2 MHz 設定可能な UVLO 昇圧コンバータのソフト・スタート時間が設定可能 外付け MOSFET スイッチングの立上がり／立下がり時間が設定 可能 内蔵 MOSFET で最大 4 個の LED 電流シンクを駆動 PWM 入力による輝度制御 調整可能な LED 電流: 40 mA～200 mA 効率を最大化するヘッドルーム制御 LED ディミング周波数: 最大 25 kHz 300 Hz での PWM ディミング: 1000:1 オープン・ドレイン故障インジケータ LED 断線と LED 短絡の故障保護 サーマル・シャットダウン 低電圧ロックアウト (UVLO) 24 ピン 4 mm × 4 mm の LFCSP パッケージを採用 ADD5211 は、バックライト・アプリケーション向けの高効率、 電流モード、昇圧コンバータ技術を採用した 4 ストリングの白 色 LED ドライバです。この昇圧コントローラは、4.5 V～40 V の入力電圧および 200 kHz～1.2 MHz のピン調整可能な動作周波 数で、昇圧レギュレーションの外付け MOSFET スイッチを駆動 します。 パワーオフ時の入力電流を削減するため、調整可能な UVLO 機能を内蔵しています。 ADD5211 は、均一な輝度を実現するため 4 個の安定化電流シン クを内蔵しています。各電流シンクは 40 mA～200 mA で駆動す ることができます。 LED 駆動電流は外付け抵抗を使ってピン調 整可能です。ADD5211 は入力 PWM インターフェースを使って、 複数の直列接続 LED の最大 4 個の並列ストリングを駆動します。 その他の機能としては、IC と LED アレイの両方に対する LED 短絡保護、LED 断線保護、昇圧出力短絡保護、過電圧保護、サ イクルごとの電流制限、サーマル・シャットダウンなどがあり ます。また、オープン・ドレイン故障出力も備えています。スタ ートアップ時に突入電流を小さくするため設定可能なソフト・ スタート機能を内蔵しています。 アプリケーション LCD モニタおよび TV LED のバックライト 工業用照明 アプリケーション回路 VIN + UVLO VIN GATE_P GATE_N VDR CS RAMP OFF ON EN PGND PWM OVP FAULT ADD5211 VDD FB4 FB3 FB2 LSD FB1 ISET LGND COMP SS 10555-001 AGND FREQ 図 1. アナログ・デバイセズ社は、提供する情報が正確で信頼できるものであることを期していますが、その情報の利用に関して、あるいは利用によって 生じる第三者の特許やその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。また、アナログ・デバイセズ社の特許または特許の権利の使用を明示 的または暗示的に許諾するものでもありません。仕様は、予告なく変更される場合があります。本紙記載の商標および登録商標は、それぞれの所有 者の財産です。※日本語版資料は REVISION が古い場合があります。最新の内容については、英語版をご参照ください。 Rev. 0 ©2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本 社／〒105-6891 東京都港区海岸 1-16-1 ニューピア竹芝サウスタワービル 電話 03（5402）8200 大阪営業所／〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原 3-5-36 新大阪トラストタワー 電話 06（6350）6868 ADD5211 データシート 目次 特長 ...................................................................................................... 1 ピン配置およびピン機能説明 .......................................................... 7 アプリケーション .............................................................................. 1 代表的な性能特性 .............................................................................. 8 概要 ...................................................................................................... 1 動作原理............................................................................................ 10 アプリケーション回路 ...................................................................... 1 電流モード、昇圧スイッチング・コントローラ..................... 10 改訂履歴 .............................................................................................. 2 LED 電流レギュレーション ....................................................... 11 詳細機能ブロック図 .......................................................................... 3 故障保護 ....................................................................................... 12 仕様 ...................................................................................................... 4 アプリケーション情報 .................................................................... 14 全体仕様.......................................................................................... 4 レイアウトのガイドライン ........................................................ 14 昇圧スイッチング・コントローラ仕様 ...................................... 5 昇圧コントローラ部品の選択 .................................................... 14 LED 電流レギュレーション仕様.................................................. 5 代表的なアプリケーション回路 .................................................... 17 絶対最大定格 ...................................................................................... 6 外形寸法............................................................................................ 18 熱抵抗.............................................................................................. 6 オーダー・ガイド ........................................................................ 18 ESD の注意 ..................................................................................... 6 改訂履歴 10/13—Revision 0: Initial Version Rev. 0 － 2/18 － ADD5211 データシート 詳細機能ブロック図 VDR OVP BOOST CONTROL R PWM COMP FB_REF gm FB_MIN S ERROR AMP COMP GATE_P Q SWITCH DRIVER R GATE_N PGND STARTUP OSC FREQ SOFT START SS CURRENT SENSE CS RAMP DREF DCOMP + OVP_REF RAMP + OVP ADD5211 OVP BOOST SCP_REF SCP ×10 OVP POR FAULT DETECTOR FAULT LSD POR THERMAL SHUTDOWN OPEN LED DETECTOR SHORT LED DETECTOR UNUSED STRING DETECTOR LINEAR REGULATOR VDR VIN DEVICE ENABLE FB_MIN EN STRING VOLTAGE DETECTOR BAND GAP REFERENCE 500kΩ AGND CURRENT SOURCE 1 FB1 AGND VOLTAGE REGULATOR UVLO DETECTOR UVLO CURRENT SOURCE 2 FB2 VDD CURRENT SOURCE 3 POR CONTROL LOGIC PWM 500kΩ FB3 VDD BOOST CONTROL STARTUP DIMMING CONTROL CURRENT SOURCE 4 FB4 AGND THERMAL SHUTDOWN BOOST SHORT REF DIMMING CONTROL 10555-002 LGND ISET 図 2. Rev. 0 － 3/18 － ADD5211 データシート 仕様 特に指定がない限り、VIN = 12 V、EN = 3.3 V、TJ = −40°C～+125°C。Typ 値は TA = 25°C での値。 全体仕様 表 1. Parameter Symbol SUPPLY Input Voltage Range Quiescent Current Shutdown Supply Current VIN Rising Threshold VIN Falling Threshold VIN IQ ISD VUVLOR_VIN VUVLOF_VIN VDR REGULATOR Regulated Output Dropout Voltage VVDR_REG VVDR_DROP VDD REGULATOR Regulated Output PWM INPUT Input High Voltage Input Low Voltage PWM Input Current PWM High to LED Turn-On Delay 1 PWM Low to LED Turn-Off Delay1 Test Conditions/Comments Min 4.5 2.8 EN = 0 V Minimum VIN for startup 3.2 VVDD_REG 3.0 3.3 3.6 V VPWM_HIGH VPWM_LOW 2.2 8 0.8 30 V V µA µs µs 17 0.8 30 V V µA 1.19 100 1.27 V mV 40 100 1.5 Ω µA 2.5 10 VDD 13 2.0 V PWM = 5 V 11 1.6 0.8 2.2 EN = 5 V 13 1.10 VLSD LSD = 1.0 V 2.2 7.5 0.3 5 15 OVP_REF OVP_HYS 2.3 2.5 100 V µs µs VSCPF VSCPR 100 150 V mV nA mV mV 2.7 TSD TSDHYS 150 25 °C °C 200 デザインで保証。. Rev. 0 V mA µA V V V mV LED FAULT DETECTION DELAY1 LED Open Fault Delay LED Short Fault Delay 1 40 6 1 4.3 5.45 580 FAULT Sink Resistance Fault Pin Leakage Current THERMAL SHUTDOWN1 Thermal Shutdown Threshold Thermal Shutdown Hysteresis Unit 5.1 350 VIN = 4.5 V UNDERVOLTAGE LOCKOUT UVLO Threshold (Rising) UVLO Hysteresis OVERVOLTAGE PROTECTION Overvoltage Threshold (Rising) Overvoltage Hysteresis Overvoltage Pin Leakage Current Output Short-Circuit Threshold (Falling) Output Short-Circuit Recovery (Rising) 4 3.65 Max 4.75 EN CONTROL EN Voltage High EN Voltage Low EN Pin Input Current LED SHORT DETECTION LED Short Detection Enable Threshold LED Short Gain LED Short Gain Control Range1 Typ － 4/18 － ADD5211 データシート 昇圧スイッチング・コントローラ仕様 表 2. Parameter Symbol Test Conditions/Comments Min Typ Max Unit BOOST FREQUENCY OSCILLATOR Switching Frequency Range Switching Frequency fSW RFREQ = 50 kΩ 200 280 360 1200 430 kHz kHz RFREQ = 50 kΩ PWM COMPARATOR Maximum Duty Cycle Leading Edge Blanking Time CURRENT SENSE LIMIT COMPARATOR Current-Limit Threshold CSLIMIT SLOPE COMPENSATION Peak Slope Compensation Ramp ERROR AMPLIFIER Transconductance Output Resistance COMP Sink Current COMP Source Current Independent of duty cycle 89 94 145 98 % ns 275 345 400 mV RRAMP = 5 kΩ gm R MOSFET DRIVER Source Voltage Gate On Resistance Gate Off Resistance Rising Time Falling Time RDS_GATE_P RDS_GATE_N tR tF SOFT START Soft Start Pin Current ISS 8 V < VIN < 40 V C = 1 nF C = 1 nF 45 µA 570 72 400 400 µA/V MΩ µA µA 5.1 5.8 2.4 26 21 V Ω Ω ns ns 2.1 µA LED 電流レギュレーション仕様 表 3. Parameter Symbol Test Conditions/Comments CURRENT SINK Current Sink Range Current Sink String-to-String Tolerance 1 Current Accuracy 2 Minimum Headroom Voltage Off Current Off State Clamping Current ILED ILED100 ΔIFB100 ΔILED100 VHR IOFF ICLAMP RSET = 15 kΩ, TA = 25°C RSET = 15 kΩ, TA = 25°C RSET = 15 kΩ, TA = 25°C RSET = 15 kΩ, TA = 25°C VFB = 40 V, EN = 0 V VFB = 55 V, EN = 0 V 1 ストリング―ストリング間の許容偏差は、FBx 電流の平均値を基準とした FBx 電流間の最大差です。 I I FB100(MIN) − I LED100 FB100(MAX) − I LED100 ∆I FB100 = Max × 100% : × 100% I I LED100 LED100 ここで、IFB100 は各ストリングの LED 電流です。 2 電流精度は 100 mA を基準とする平均電流 ILED100 と 100 mA との間の差です。 ∆I LED100 = ここで、 Rev. 0 I LED100 − 100mA × 100% 100mA I LED100 = IFB1 + IFB2 + IFB3 + IFB4 4 － 5/18 － Min Typ 40 98 0.45 0.4 0.55 4 20 Max Unit 200 102 2.5 2.0 0.85 1.5 80 mA mA % % V µA µA ADD5211 データシート 絶対最大定格 特に指定のない限り、TA = 25 °C。 熱抵抗 表 4. Parameter Rating VIN, UVLO FB1, FB2, FB3, FB4 EN PWM, FAULT VDR, GATE_N, GATE_P COMP, CS, FREQ, ISET, LSD, OVP, RAMP SS AGND, PGND, LGND Maximum Junction Temperature (TJ max) Operating Temperature Range (TA) Storage Temperature Range (TS) Reflow Peak Temperature (20 sec to 40 sec) −0.3 V to +45 V −0.3 V to +55 V −0.3 V to +17 V −0.3 V to +8 V −0.3 V to +7 V −0.3 V to +3.6 V θJA はワーストケース条件で規定。すなわち表面実装パッケージ の場合、デバイスを回路ボードにハンダ付けした状態で規定。 表 5.熱抵抗 Package Type θJA θJC Unit 24-Lead LFCSP 40.5 3.8 °C/W ESD の注意 −0.3 V to VDD −0.3 V to +0.3 V 150°C ESD（静電放電）の影響を受けやすいデバイスで す。電荷を帯びたデバイスや回路ボードは、検知さ れないまま放電することがあります。本製品は当社 独自の特許技術である ESD 保護回路を内蔵してはい ますが、デバイスが高エネルギーの静電放電を被っ た場合、損傷を生じる可能性があります。したがっ て、性能劣化や機能低下を防止するため、ESD に対 する適切な予防措置を講じることをお勧めします。 −25°C to +85°C −65°C to +150°C 260°C 上記の絶対最大定格を超えるストレスを加えるとデバイスに恒 久的な損傷を与えることがあります。この規定はストレス定格 の規定のみを目的とするものであり、この仕様の動作のセクシ ョンに記載する規定値以上でのデバイス動作を定めたものでは ありません。デバイスを長時間絶対最大定格状態に置くとデバ イスの信頼性に影響を与えます。 Rev. 0 － 6/18 － ADD5211 データシート 19 PGND VDR 1 18 OVP UVLO 2 17 FB4 VIN 3 ADD5211 EN 4 TOP VIEW 16 FB3 15 LGND LSD 12 VDD 11 ISET 10 FREQ 9 SS 7 14 FB2 13 FB1 COMP 8 PWM 5 FAULT 6 NOTES 1. CONNECT THE EXPOSED PAD TO GROUND. 10555-003 21 CS 20 RAMP 22 GATE_N 24 AGND 23 GATE_P ピン配置およびピン機能説明 図 3.ピン配置 表 6.ピン機能の説明 ピン番号 記号 説明 1 VDR スイッチング MOSFET ゲート・ドライバ電源ピン。 VDR を 1 µF のバイパス・コンデンサで AGND へバイパスしてく ださい。 2 UVLO 入力低電圧ロックアウト。このピンを抵抗分圧器で入力電圧に接続して、スタートアップおよびシャットダウン入力電 圧レベルを設定します。 3 VIN 電源入力ピン。 VIN を 0.1 µF のバイパス・コンデンサで AGND へバイパスしてください。 4 EN PWM 入力動作モードのシャットダウン・コントロール・ピン。 5 PWM PWM 信号入力。 6 FAULT オープン・ドレイン故障出力。 7 SS ソフト・スタート・ピン。 8 COMP 昇圧コンバータの補償。グラウンドとこのピンの間にコンデンサと抵抗を直列接続して、動作を安定させます。 9 FREQ 周波数選択。このピンとグラウンドの間に抵抗を接続して、昇圧スイッチング周波数を 200 kHz～1.2 MHz に設定しま す。 10 ISET フルスケール LED 電流設定ピン。このピンとグラウンドの間に抵抗を接続して、最大 200 mA の LED 電流を設定しま す。 11 VDD 内蔵リニア・レギュレータ出力。このレギュレータは、ADD5211 へ電源を供給します。VDD を 1 µF のバイパス・コン デンサで AGND へバイパスしてください。 12 LSD LED 短絡電圧レベル設定ピン。LED 短絡保護をディスエーブルときは、このピンを VDD へ接続します。 13 FB1 安定化電流シンク。LED ストリングの下部カソードをこのピンに接続します。未使用の場合は FB1 を LGND へ接続しま す。 14 FB2 安定化電流シンク。LED ストリングの下部カソードをこのピンに接続します。未使用の場合は FB2 を LGND へ接続しま す。 15 LGND LED 電流シンク・グラウンド。 16 FB3 安定化電流シンク。LED ストリングの下部カソードをこのピンに接続します。未使用の場合は FB3 を LGND へ接続しま す。 17 FB4 安定化電流シンク。LED ストリングの下部カソードをこのピンに接続します。未使用の場合は FB4 を LGND へ接続しま す。 18 OVP 過電圧保護機能。抵抗分圧器を使って昇圧コンバータ出力をこのピンに接続します。 19 PGND 電源グラウンド。 20 RAMP ランプ補償ピン。 21 CS 電流検出入力。電流検出機能から昇圧コンバータ制御とスイッチング電流制限を可能にします。 22 GATE_N スイッチング MOSFET ゲート・ロー駆動ピン。 23 GATE_P スイッチング MOSFET ゲート・ハイ駆動ピン。 24 AGND アナログ・グラウンド。 EP エクスポーズド・パッド。エクスポーズド・パッドはグラウンドへ接続してください。 Rev. 0 － 7/18 － ADD5211 データシート 代表的な性能特性 112 1.8 110 1.6 106 1.4 104 1.2 ΔIFB100 (%) ILED100 (mA) 108 102 100 98 1.0 0.8 96 0.6 94 0.4 92 0.2 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 TEMPERATURE (°C) 0 –35 –25 –15 –5 10555-004 88 –35 –25 –15 –5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 TEMPERATURE (°C) 図 7.ΔIFB100 の温度特性 図 4.ILED100 の温度特性 22 6.0 20 5.5 18 5.0 16 VDR VOLTAGE (V) 14 12 TA = –25°C 10 8 TA = +85°C 4.5 4.0 3.5 3.0 6 2.5 4 2.0 2 0 1.5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 FB VOLTAGE (V) 0 10555-006 0 5 10 15 20 25 30 35 図 8.入力電圧対 VDR 電圧 図 5.FB 電圧対 FB リーク電流 VFB1 VSW 20V/DIV 1 30V/DIV 1 VFB2 VFB 20V/DIV 2 20V/DIV 2 40 INPUT VOLTAGE (V) 10555-007 FB LEAKAGE CURRENT (µA) 5 10555-005 90 VFB3 PWM 3V/DIV VFB4 IFB 100mA/DIV 1ms/DIV 10555-008 4 4 1ms/DIV 図 9.FB1～FB4 の波形 PWM デューティ・サイクル = 50% 図 6.PWM ディミング波形 PWM デューティ・サイクル = 50% Rev. 0 20V/DIV － 8/18 － 10555-009 3 20V/DIV 3 ADD5211 データシート VSW VSW 30V/DIV 30V/DIV 1 VFB 20V/DIV 3 3V/DIV 20V/DIV 2 EN EN 3V/DIV 3 VIN 20ms/DIV 20V/DIV 4 10555-010 20V/DIV 4 VIN 20ms/DIV 図 10.スタートアップ (輝度 = 100%、EN = ハイ・レベル VIN がロー→ハイ・レベルに変化) 図 13.スタートアップ (輝度 = 100%、VIN = ハイ・レベル EN がロー→ハイ・レベルに変化) VSW VSW 30V/DIV 1 30V/DIV 1 VFB VFB 20V/DIV 2 20V/DIV 2 EN EN 3V/DIV 3 3V/DIV 3 VIN 20ms/DIV VIN 20V/DIV 4 10555-012 20V/DIV 4 20ms/DIV 図 11.スタートアップ (輝度 = 10%、EN = ハイ・レベル VIN がロー→ハイ・レベルに変化) 図 14.スタートアップ (輝度 = 10%、VIN = ハイ・レベル EN がロー→ハイ・レベルに変化) VFB1 VOUT 30V/DIV 2 10555-011 2 VFB 10555-013 1 50V/DIV 1 VFB2 20V/DIV 2 PWM FAULT 3V/DIV 3V/DIV 3 IFB1 100mA/DIV 5µs/DIV IFB1 1ms/DIV 図 12.LED 電流の立上がりおよび立下がり波形 Rev. 0 100mA/DIV 4 10555-014 4 図 15.LED 断線保護機能 (FB2 で LED 断線) － 9/18 － 10555-015 3 ADD5211 データシート 動作原理 UVLO ピン UVLO ピンを使って、ADD5211 をスタートアップさせる VIN 電圧を制御します。この機能は、入力電圧と UVLO ピンの間に 抵抗分圧器を使用して実現しています(図 16 参照)。 VIN RUVLO1 電流モード、昇圧スイッチング・コントローラ ADD5211 は、200 kHz～1.2 MHz の固定スイッチング周波数で動 作する電流モードの PWM 昇圧コントローラです。スイッチン グ周波数は、FREQ ピンと AGND の間に外付け抵抗を接続して 設 定し ます。内 蔵ト ランスコ ンダ クタンス エラ ーアンプ が COMP にエラー電流を発生して、最小ヘッドルーム電圧 (FB1、 FB2、FB3、FB4 ピンでモニタします)が内蔵リファレンス電圧 と比較されます。COMP ピンと AGND の間に接続した抵抗とコ ンデンサにより、エラー電流がエラー電圧へ変換されます。 スイッチング・サイクルの開始で、MOSFET がターンオンし、 インダクタ電流がランプアップします。MOSFET 電流が測定さ れ、電流検出抵抗 (RCS)を使って電圧に変換され、ランプ抵抗 (RRAMP)からの安定化スロープ補償ランプに加算されます。得ら れた電圧の和が電流検出アンプに渡されて電流検出電圧を発生 します。軽い負荷では、パルス・スキップ変調で出力電圧レギ ュレーションを維持して、コンバータは不連続モードでも動作 することができます。 ADD5211 の電流モード・レギュレーション・システムでは、 高速過渡応答と同時に安定出力電圧を維持することができます。 COMP と AGND の間で適切な抵抗／コンデンサ回路を選択する と、レギュレータ応答を入力電圧、出力電圧、負荷電流の広い 範囲で最適化することができます。 入力電圧 ADD5211 には VIN ピンから直接電源を供給でき、4.5 V～40 V の電圧を加えることができます。スタートアップのためには、 VIN ピンの電圧は VUVLOR_VIN (4.0 V typ)を超える必要があります。 ADD5211 は、内蔵制御回路に電源を供給する 3.3 V リニア・レ ギュレータ (VDD)と、内蔵 GATE_P ドライバと GATE_N ドライ バに電源を供給する 5.1 V リニア・レギュレータ (VDR)の 2 つ のリニア・レギュレータを内蔵しています。 Rev. 0 RUVLO2 UVLO_REF UVLO PIN 10555-016 ADD5211 は PWM 昇圧コントローラを使って、設定した LED 電 流で LED ストリングを駆動するために必要な最小出力電圧を発 生します。電流モード制御アーキテクチャの採用により、高速過 渡応答と同時に安定出力電圧が可能になっています。昇圧コン バータが LED ストリングに電源を供給し、効率を良くするダイ ナミック・ヘッドルーム制御により、4 個の電流シンクが LED 電流を制御します。 図 16.低電圧ロックアウト回路 UVLO ピンの抵抗分圧器で決定されるスタートアップ電圧は、 次式で計算することができます。 VIN(START) = (1.19 V/RUVLO2) × (RUVLO1 + RUVLO2) デバイスを可能な最小 VIN レベルで起動させるときは、100 kΩ 以上の RUVLO1 値を選択し、RUVLO2 を接続しません。UVLO を別 電圧源から制御する場合、電圧源と UVLO ピンの間で 100 kΩ 以上の抵抗が直列になっていることを確認してください。 イネーブルおよびディスエーブル ADD5211 をイネーブルするときは、EN ピンの電圧は 2.2 V より 高い必要があります。 ADD5211 をディスエーブルするときは、 EN ピンの電圧は 0.8 V より低い必要があります。内蔵 500 kΩ 抵抗は EN と AGND の間に接続します。 内蔵 3.3 V レギュレータ (VDD) ADD5211 は、内蔵制御回路のバイアスに使用する 3.3 V リニ ア・レギュレータ (VDD)を内蔵しています。VDD レギュレータ には 1 µF のバイパス・コンデンサが必要です。このバイパス・ コンデンサは VDD と AGND の間に、VDD ピンの近くに接続し てください。 内蔵 5.1 V レギュレータ (VDR) ADD5211 は、MOSFET ゲート・ドライバの電源として使用する 5.1 V リニア・レギュレータ (VDR)を内蔵しています。VDR レ ギュレータには 1 µF のバイパス・コンデンサが必要です。この バイパス・コンデンサは VDR と AGND の間に、VDR ピンの近 くに接続してください。 － 10/18 － ADD5211 データシート 周波数 LED 電流レギュレーション ADD5211 昇圧コンバータのスイッチング周波数 (fSW)は、外付け 抵抗 RFREQ を使って 200 kHz～1.2 MHz の範囲で調整可能です(図 17 参照)。 電流シンク SWITCHING FREQUENCY (kHz) 1200 1000 ADD5211 は、各 LED ストリングに正確な電流シンクを提供す るため 4 個の電流シンクを内蔵しています。各 LED ストリング の電流は、外付け抵抗を使って 40 mA～200 mA の範囲で調整さ れます。未使用の FBx ピンは LGND へ接続してください。 ADD5211 電流シンク電圧が 45 V より高い場合、電流シンクと 並列なツェナー・ダイオードおよび 410 kΩ 抵抗がアクティブに なります(図 18 参照)。 800 LED 電流の設定 600 図 22 に示すように、ADD5211 には LED 電流設定ピン (ISET)が あります。ISET ピンと AGND の間に抵抗 (RSET)を接続して、 LED 電流を 40 mA～200 mA の範囲で調整します。LED 電流レ ベルは次式で設定することができます。 400 200 ILED (mA) = 1500/RSET (kΩ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 RFREQ (kΩ) 90 100 最小電流シンク電圧 (FB_REF) は次式で与えられます。 10555-017 0 FB_REF = 0.23 + 0.0041 × ILED (mA) ここで、 40 mA < ILED < 200 mA。 図 17.RFREQ 対スイッチング周波数 次式を使ってスイッチング周波数を計算することもできます。 f SW (kHz) = 19,000 RFREQ (k Ω) − 30,000 (RFREQ(k Ω)) 2 ソフト・スタート スタートアップ時、 2.1 μA (typ) の内蔵電流源からソフト・スタ ート・コンデンサ (CSS)が充電されて、SS ピンの電圧はゆっく り上昇します。ピーク・インダクタ電流は SS ピンの上昇に追従 して、スタートアップ・プロファイルを制御します。SS ピンが 最終値 1.19 V (typ)に到達すると、ソフト・スタート・サイクル が完了します。SS ピンには常にコンデンサを接続する必要があ ります。ソフト・スタート時間は次式で計算されます。 tSS = (CSS × 1.19 V)/2.1 µA 一般的なセットアップの場合、27 nF のソフト・スタート・コン デンサでスタートアップでの入力電流オーバーシュートは無視 できるため、大部分のアプリケーションに適していますが必要 以上に大きい出力コンデンサを使用すると、昇圧スイッチング・ レギュレータの入力突入電流と出力電圧オーバーシュートを防止 するため長いソフト・スタート時間が必要になります。逆に、高 速スタートアップが必要な場合、ソフト・スタート・コンデン サ値を小さくして、昇圧出力が迅速にスタートできるようにで きますが、スタートアップ時のピーク・スイッチ電流と昇圧出 力オーバーシュートは大きくなります。 1 個または 2 個の LED ストリングのみを使う場合、FBx ピンを 並列接続して、RSET を調整すると最も効率良くなります。この 構成で最小 VFB 動作電圧が得られて効率が良くなります。 例え ば、 2 個の LED ストリングを 100 mA で駆動するときは、1 個 の LED ストリングに対して FB1 と FB2 を接続し、他方の LED ストリングに対して FB3 と FB4 を接続します。次に、RSET を 30.1 kΩ (50 mA)に設定します。最小 FBx 電圧は、0.64 V (typ)の 代わりに 0.44 V (typ)になります。2 個のストリングを使うアプ リケーション例については図 23 を参照してください。 PWM ディミング制御 ADD5211 は、PWM ピンに加える外付け PWM 信号を使う LED 輝度制御を内蔵しています。 PWM 入力をハイ・レベルにする と、LED 電流シンクがイネーブルされ、ロー・レベルにすると ディスエーブルされます。PWM 入力が 50 ms 間ロー・レベルを 維持すると、ADD5211 は昇圧レギュレーションを停止して、シ ャットダウン・モードになります。ADD5211 がシャットダウン した後に PWM 入力がハイ・レベルに戻ると、デバイスは新し いソフト・スタート・シーケンスを開始します。 FBx CURRENT CONTROL 410kΩ DIMMING CONTROL LGND 図 18.電流シンク回路 Rev. 0 － 11/18 － 10555-018 VZ = 45V ADD5211 データシート LED 短絡保護スレッショールドは次式で計算することができま す。 故障保護 ADD5211 の故障保護には、昇圧出力過電圧保護、LED 短絡保護、 LED 断線保護、昇圧出力短絡保護、サーマル・シャットダウン が含まれます。FAULT ピンは、これらの条件の幾つかに対して 警告を出力します (表 7 参照)。 LED 短絡保護をディスエーブルするときは、LSD ピン電圧を 3 V 以上の値に設定するか、またはピンを VDD ピンへ接続します。 昇圧出力過電圧保護 (OVP) LED 断線保護 ADD5211 は、出力電圧が何らかの理由で大きくなり過ぎる場合 損傷を防止する過電圧保護 (OVP)回路を内蔵しています。OVP は、昇圧出力から OVP ピンまでの抵抗分圧器から構成されてい ます。OVP ピン電圧が 2.5 V (typ)に到達すると、昇圧コントロ ーラはスイッチングを停止し、このため出力電圧と OVP ピン電 圧が低下します。OVP ピン電圧が OVP 立下がりスレッショー ルド (2.4 V typ)を下回ると、昇圧コンバータがスイッチングを 再開します。 ADD5211 は、各電流シンク時の電力損失を小さくするヘッドル ーム制御回路を内蔵しています。このため、昇圧コンバータの 出力電圧を安定化することにより最小帰還電圧が実現されます。 通常動作時に、LED ストリングが断線すると、電流シンク電圧 (VFBx) が 0 V 近くになります。VFBx が 100 mV (typ)を下回り、昇 圧コンバータ出力電圧が VOUT_OVP に到達すると、LED 断線保護 がアクティブになります。 次に ADD5211 は断線 LED ストリン グをディスエーブルし、オープン・ドレイン故障インジケータ をロー・レベルにプルダウンします。残りの LED ストリングは 通常動作を続けます。すべての LED ストリングが断線すると、 ADD5211 はシャットダウンします。 BOOST OUTPUT ROVP1 VLSD = (3.3 V/(RLSD1 + RLSD2)) × RLSD2 VLED_SHORT_THRESHOLD = 10 × VLSD OVP_REF 昇圧出力短絡保護 (SCP) ROVP2 10555-019 OVP OVP 図 19.昇圧出力過電圧保護回路 OVP スレッショールドは、次式を使って計算することができます。 VOUT_OVP = (2.5 V/ROVP2) × (ROVP1 + ROVP2) ADD5211 は、何らかの理由でショットキー・ダイオードが断線 または昇圧コンバータ出力がグラウンドへ短絡した場合に昇圧コ ンバータの損傷を防止する SCP 回路を内蔵しています。OVP ピ ンの電圧が 100 mV (typ)を下回ると、昇圧コンバータはスイッ チングを停止します。停止は OVP 電圧が 150 mV (typ)を超える まで続きます。SCP 機能は、昇圧コンバータのソフト・スター ト時にディスエーブルされます。 LED 短絡保護 BOOST OUTPUT 1 つの LED ストリング内の LED が短絡すると、故障 LED スト リングに接続された FBx ピン電圧が上昇して LED 電流を安定 化させます。通常動作時に、この FBx ピンが LED 短絡保護スレ ッショールド (LSD ピン電圧の 10 倍)に到達すると、ADD5211 は 短絡した LED ストリングに接続されている FBx ピンをディスエ ーブルして、 FAULT ピンをプルダウンします。 ROVP1 ROVP2 OVP 10555-021 SCP 図 21.昇圧出力短絡保護回路 VDD RLSD1 SCP_REF LSD_REF 昇圧出力短絡保護スレッショールドは、次式で計算することが できます。 LSD ENABLE VOUT_SCP = (0.15 V/ROVP2) × (ROVP1 + ROVP2) サーマル・シャットダウン(TSD) LSD FBx 図 20.LED 短絡保護回路 Rev. 0 10555-020 ×10 RLSD2 SHORT STRING DETECTOR 熱過負荷保護機能は、大きな消費電力から ADD5211 の過熱と損 傷が発生するのを防止します。ジャンクション温度 (TJ)が 150°C (typ)を超えると、サーマル・センサーが直ちに故障保護をアク ティブ化し、これによりデバイスがシャットダウンして、冷却 を可能にします。チップのジャンクション温度 (TJ) が 125°C (typ) を下回ると、デバイスは再起動します。 － 12/18 － ADD5211 データシート 表 7.故障保護機能 Fault Description Boost Regulation Response FAULT Pin State Boost output overvoltage VOVP > OVP_REF Stop switching until VOVP < 2.4 V (typical) Open LED string short VFBx > 10 × VLSD; PWM pin is high Shorted LED string disabled; other LED strings operate normally Pulled down LED string open VFBx < 0.1 V; VOVP > OVP_REF; PWM pin is high Open LED string disabled; other LED strings operate normally Pulled down RSET short to AGND RSET is shorted to AGND ADD5211 shuts down; automatic restart if RSET returns to normal resistance range Open Boost output short VOVP < 100 mV (typical) after soft start ADD5211 shuts down; automatic restart if VOVP rises above 150 mV (typical) Pulled down Thermal shutdown TJ > 150°C (typical) ADD5211 shuts down; automatic restart after TJ falls below 125°C (typical) Pulled down Rev. 0 － 13/18 － ADD5211 データシート アプリケーション情報 レイアウトのガイドライン 高効率、優れたレギュレーション、安定性を実現するためには、 プリント回路ボード(PCB)の正しいレイアウトが必要です。PCB をデザインするときは、次の一般的ガイドラインに従ってくだ さい。 • • • • • • CIN→L1→ Q1→RCS→ CIN のグラウンドへ戻る高電流ループ をできるだけ短くします。 CIN→L1→D1→COUT→ CIN のグラウンドへ戻る高電流ループ をできるだけ短くします。 高電流パターンをできるだけ短くかつ太くします。 L1、Q1、D1 に接続されているノードを COMP のような敏 感なパターンから遠ざけて、パターンの結合を防止します。 このようなパターンが隣り合って走る場合、2 つの間にシ ールドとしてグラウンド・パターンを配置します。 補償部品を COMP ピンのできるだけ近くに配置します。 パッケージ底部のエクスポーズド・パッドと同じ大きさの サーマル・ビアとサーマル・パッドを使用します。 ワーストケース・デューティ・サイクルが、表 2 に示す最大許 容値 (89%)を超えないことを確認してください。ワーストケー ス・デューティ・サイクルに対しては、最小 VIN と最大 VOUT を 使用します。最大 VOUT は次式で与えられます。 VOUT_MAX = N × VF MAX + 1 V ここで、 N はストリングあたりの LED 数。 VF MAX は最大 LED 順方向電圧。 インダクタの選択 インダクタを選択するときは、インダクタ特性(インダクタンス、 最大サチレーション電流、抵抗 (DCR)、物理的サイズ)を考慮し てください。 ΔIL が IL (AVG)の 20%～40%になるようにインダクタンスを選択し ます。 L= VIN × D × (1 − D) 0.3 × f SW × I OUT ヒート・シンク ここで IOUT はすべてのストリングを流れる合計 LED 電流。 表面実装パワー IC または外付けパワー・スイッチを使う際、よ く PCB をヒート・シンクとして使います。これは、PCB の銅領 域を使ってデバイスから熱を移動させることにより実現されま す。この領域を最大化すると、熱性能が最適化されます。 サチレーション電流は、一般にインダクタンスが 30%だけ小さ くなる電流として記載されます。この電流が計算したピーク・ インダクタ電流より大きいことを確認してください。 昇圧コントローラ部品の選択 ピーク・インダクタ電流とデューティ・サイクルの計算 最適な外付け部品を選択する場合、最初のステップはピーク・ インダクタ電流と最大デューティ・サイクルの計算です。ピー ク・インダクタ電流は次式で与えられます。 IPK = IL (AVG) + (ΔIL/2) ここで、 ΔIL = (VIN × D)/(L × fSW) IL (AVG) = (4 × ILED)/(η × (1 − D)) ILED は、ストリングあたりの LED 電流。 D はデューティ・サイクル (D = (VOUT − VIN)/VOUT)。 必要とされるインダクタンスとサチレーション電流を満たすイン ダクタの中から、アプリケーションに対して DCR とレイアウ ト・フットプリントとの間の最適トレードオフを与えるものを 選択します。インダクタの DCR から生じる消費電力は次式で与 えられます。 PL = DCR × IL (AVG)2 電流検出 (CS) 抵抗の選択 ワーストケース・インダクタ・ピーク電流を計算するときは、 最大デューティ・サイクル、最小インダクタンス、最小スイッ チング周波数を使います。次に、電流検出抵抗 (RCS)を次のよう に選択します。 RCS = CSLIMIT (MIN)/IPK (MAX) 選択したインダクタがこの電流検出抵抗で与えられる最大ピー ク電流を許容することを確認します。 IPK (CS) = CSLIMIT (MAX)/RCS (MIN) 検出抵抗の消費電力は次式で与えられます。 PRCS = D × RCS × IL (AVG)2 Rev. 0 － 14/18 － ADD5211 データシート NMOS スイッチの選択 外付け NMOS スイッチは、十分なドレイン―ソース間ブレーク ダウン電圧 (BVDSS) と rms 電流定格を持つ必要があります。ブ レークダウン電圧定格は少なくとも: GP (s)の式は、2 つのゼロ点 (fZESR と fRHP)があることを示していま す。ゼロ点 fZESR は、出力容量の ESR で形成されます。セラミッ ク・コンデンサがこのアプリケーションで使用されているため、 この値は小さく無視できます。ゼロ点は次式で与えられます。 f ZESR = BVDSS > VOUT (MAX) + 10 V rms 電流定格は次式を超える必要があります。 INMOS (RMS) = IL (AVG) × √D PNMOS (RDSON) = D × RDSON × IL (AVG)2 PNMOS (SW) = 0.5 × VOUT × IL (AVG) × (tR + tF) × fSW 立上がり時間と立下がり時間 (tR と tF) は、ADD5211 ゲート・ド ライバ能力と NMOS ゲート容量の関数です。Typ 値を表 2 に示 しますが、これらの時間はパワー FET で大幅に変わります。こ のため、tR と tF をアプリケーションで測定するのが適していま す。 ダイオードの選択 ダイオードは、低い順方向電圧 (VF) と高速スイッチング時間で 選択する必要があります。一般に、高速ショットキー・ダイオ ードがコストに対して最適性能を提供します。ブレークダウン 電圧 (VD)が、最大 VOUT にマージンを加えた値より大きいことを 確認してください。また、ダイオード定格電流が出力電流 (合計 LED 電流)より大きいことも確認してください。ダイオードの消 費電力は次式で与えられます。 PDIODE = VF × IOUT f RHP = 合計クローズド・ループ・ゲインは GEA × GP (s)で与えられます。 GEA は位相補償ゲインです。GP (s)は出力ゲインに対する制御で す。GP (s)は、パワー・ステージのゲインで、L、COUT 、PWM 変調器を含みます。GP (s) ゲインは、 GP (s) = 2 × π × L × 4 × I LED V × IN V OUT 2 GP (s)にも 2 つの極 fLFP と fn があります。 低周波極 (fLFP) は出力 容量で形成され、次のようになります。 f LFP = 4 × I LED π × VOUT × COUT fn は、電流検出サンプリング動作で形成される二重極です。常に スイッチング周波数の 1/2 の位置にあります。 Qn (クォリティ・ファクタ)の制動が不十分な場合、二重極 fn は 不安定になります。Qn は外付けランプ補償 (Se)の追加により制 動されます。 Qn = 安定性を提供し、出力電圧リップルを小さくするためには、 LED 電流の PWM ディミングを使う場合は特に、出力容量を 4.7 µF～22 µF の範囲内にする必要があります。 昇圧コンバータのループ・ゲインの計算 VOUT この RHP ゼロ点はゲインを大きくしますが、位相は小さくなり ます。fRHP は多くの変数に依存するため、位相補償は極めて困難 です。このため、この RHP ゼロ点の位相低下が見られるかなり 前のループ・クロスオーバー周波数を選択することにします。 一般に、この値は RHP ゼロ点の周波数より大幅に小さくなりま す。 COUT の選択 1 S π × − D + 0.5 + (1 − D) × e Sn ここで、 Se は外付けランプ補償 = 75% × ((VOUT − VIN)/L)。 Sn は、インダクタ・アップスロープ = VIN/L。 外付けランプ補償スロープは一般に、検出抵抗両端に反映され るインダクタ・ダウンスロープの 50%～75%の値に設定されま す。パラメータの広い変動に対して、75%に近い値を選びます。 s s 1 + × 1 − 2 × π × f ZESR 2 × π × f RHP APS × s s s2 1 + × 1 + + 2 f Q f f 2 2 ( 2 ) × π × × × π × × π × n n n LFP ここで、APS は DC ゲインで、次のように PWM 変調器ゲインを 含みます。 Rev. 0 2 × π × ESR× COUT 右反面のゼロ点(fRHP)は次式で与えられます。 NMOS スイッチの消費電力は、RDSON 損失とスイッチング損失 の 2 つの成分から発生します。これらの損失は次のように計算 することができます。 APS = 1 (1 − D) × VOUT × GCS 2 × RCS × 4 × I LED － 15/18 － RRAMP (Ω) = 3 4 × RCS × (VOUT − VIN ) 45 µ A × f SW × L ADD5211 データシート 位相補償部品の選択 クロスオーバー周波数を LFP 周波数より高くするため、ある種 の位相ブーストが必要になります。ADD5211 は電流モードで動 作するため、fLFP に対処するためには 1 つのゼロ点だけが必要で す。このため、タイプ II の補償器で十分です。この補償器 (図 2 参照) はゲイン GEA を持ち、次式で表されます。 GEA = VFB VOUT × gm × s× RC × CC + 1 s × CC GEA は、次式に示す 1 つのゼロ点と 1 つの極を原点に発生させ ます。 fzEA = 1/(2π × RC × CC) fpEA = 1/(2π × RO × CC) ここで、RO は誤差アンプの出力インピーダンス。 Rev. 0 位相をブーストし、クロスオーバー周波数を高くするためには、 LFP 極またはその近くにゼロ点補償 (fzEA) を配置します。この配 置により、CC に対する次式が得られます。 CC = VOUT × COUT 2 × RC × I OUT すべての動作条件と許容偏差に対して満足な位相マージンを確 保するためには、これらの値を実験的に調整する必要がありま す。 表 8 に、スイッチング周波数 360 kHz と 1 MHz に対する推 奨値を示します。 表 8.補償部品の推奨値 fSW (kHz) L (µH) COUT (µF) RRAMP (kΩ) RC (Ω) CC (µF) 360 1000 33 22 10 4.7 6.81 6.81 100 100 2.2 1.0 － 16/18 － ADD5211 データシート 代表的なアプリケーション回路 L1 33µH VIN COUT 10µF CIN2 0.1µF CVDR 1µF UVLO VDR Q1 VIN GATE_P GATE_N CS RAMP OFF ON RRAMP 6.8kΩ RCS 0.1Ω EN PGND ROVP1 560kΩ PWM VDD RFLT 100kΩ OVP FAULT ROVP2 16kΩ ADD5211 VDD FB4 LSD FB2 CVDD 1µF RLSD1 24kΩ RLSD2 4.7kΩ 22 LEDs/CH, 100mA/CH D1 + CIN 10µF FB3 FB1 ISET AGND FREQ COMP RFREQ 49.9kΩ SS CSS 30nF RC 100Ω CC 2.2µF 10555-022 RSET 15kΩ LGND 図 22.代表的な 4 ストリングのアプリケーション回路 L1 33µH CIN2 0.1µF UVLO CVDR 1µF Q1 VIN GATE_P GATE_N CS VDR RAMP OFF ON RRAMP 6.8kΩ RCS 0.1Ω EN PGND PWM VDD RFLT 100kΩ FAULT ROVP2 16kΩ FB4 CVDD 1µF FB3 FB2 LSD RLSD2 4.7kΩ ROVP1 560kΩ OVP ADD5211 VDD RLSD1 24kΩ 22 LEDs/CH, 100mA/CH COUT 10µF FB1 ISET RSET 30.1kΩ LGND AGND FREQ COMP RFREQ 49.9kΩ RC 100Ω CC 2.2µF SS CSS 30nF 図 23.代表的な 2 ストリングのアプリケーション回路 Rev. 0 － 17/18 － 10555-023 VIN D1 + CIN 10µF ADD5211 データシート 外形寸法 PIN 1 INDICATOR 4.10 4.00 SQ 3.90 0.30 0.25 0.18 0.50 BSC PIN 1 INDICATOR 24 19 18 1 2.65 2.50 SQ 2.45 EXPOSED PAD TOP VIEW 0.80 0.75 0.70 0.50 0.40 0.30 13 12 0.25 MIN BOTTOM VIEW 0.05 MAX 0.02 NOM COPLANARITY 0.08 SEATING PLANE 6 7 FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-WGGD. 112108-A 0.20 REF 図 2424 ピン・リードフレーム・チップ・スケール・パッケージ[LFCSP_WQ] 4 mm x 4 mm ボディ、極薄クワッド (CP-24-7) 寸法: mm オーダー・ガイド Model 1 Temperature Range Package Description Package Option ADD5211ACPZ-R7 ADD5211ACPZ-RL ADD5211CP-EVALZ −40°C to +125°C −40°C to +125°C 24-Lead LFCSP_WQ, 7” Tape and Reel 24-Lead LFCSP_WQ, 13” Tape and Reel Evaluation Board and LED Array CP-24-7 CP-24-7 1 Z = RoHS 準拠製品。 Rev. 0 － 18/18 －