日本語版

2.5 kVの
絶縁型 DC/DCコンバータ
ADuM5000
機能ブロック図
isoPower 内蔵の絶縁型 DC/DC コンバータ
レギュレーション済み 3.3 V または 5 V を出力
出力電力: 最大 500 mW
沿面距離 7.6 mm 以上の 16 ピン SOIC パッケージを採用
高温動作: 最大 105°C
熱過負荷保護機能
安全性規制の認定
UL 認識済み
2500 V rms、1 分間の UL 1577 規格に準拠
「CSA Component Acceptance Notice #5A」に準拠
VDE 適合性認定(申請中)
IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2)
VIORM = 560 V peak
OSC
VDD1
1
GND1
2
15 GNDISO
NC
3
14 NC
RCIN
4
13 VSEL
RCOUT
5
12 NC
RCSEL
6
11 NC
VDD1
7
10 VISO
GND1
8
RECT
REG
ADuM5000
16 VISO
9
GNDISO
07539-001
特長
図 1.
アプリケーション
RS-232/RS-422/RS-485 トランシーバ
工業用フィールド・バス・アイソレーション
電源スタートアップとゲート駆動
絶縁型センサー・インターフェース
工業用 PLC
概要
ADuM50001 は、アナログ・デバイセズのiCoupler®技術を採用し
た絶縁型DC/DCコンバータです。このデバイスのDC/DC コンバ
ータは、表 1に記載する入力電圧と出力電圧の複数の組み合わせ
でレギュレーション済みの絶縁型電源を供給します。
アナログ・デバイセズのチップスケール・トランス iCoupler 技
術を使って、この DC/DC コンバータは最大 33% の高率で、絶
縁した電力を転送します。これにより、小型の総合アイソレー
ション・ソリューションが実現されています。
ADuM5000 を使用すると、ADuM5401、ADuM5402、ADuM5403、
ADuM5404 、 ADuM520x や 、 そ の 他 の isoPower® を 内 蔵 す る
ADuM5000 iCouplerの出力電力レベルを高くすることができま
す。
1
isoPowerでは、トランスを介して電力を転送するために、高周
波スイッチング素子を使っています。プリント回路ボード
(PCB)のレイアウトでは、ノイズ放出規格を満たすように特別
な注意が必要です。ボード・レイアウトの推奨事項については、
AN-0971 アプリケーション・ノートを参照してください。
表 1.
Input Voltage (V)
Output Voltage (V)
Output Power (mW)
5
5
3.3
5
3.3
3.3
500
330
200
米国特許 5,952,849、6,873,065、6,903,578、7,075,329 により保護されています。
Rev. A
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本
ADuM5000
目次
特長..................................................................................................... 1
ESD の注意..................................................................................... 7
アプリケーション ............................................................................. 1
ピン配置およびピン機能説明.......................................................... 8
機能ブロック図 ................................................................................. 1
代表的な性能特性 ............................................................................. 9
概要..................................................................................................... 1
アプリケーション情報 ....................................................................11
改訂履歴............................................................................................. 2
PCB レイアウト........................................................................... 11
仕様..................................................................................................... 3
スタートアップ動作 ................................................................... 11
電気的特性—5 V 1 次入力電源/5 V 2 次絶縁型電源.................. 3
EMI の注意事項 ........................................................................... 12
電気的特性—3.3 V 1 次入力電源/3.3 V 2 次絶縁型電源............ 3
熱解析........................................................................................... 12
電気的特性—5 V 1 次入力電源/3.3 V 2 次絶縁型電源............... 4
電流制限および熱過負荷保護.................................................... 12
パッケージ特性 ............................................................................. 5
消費電力について ....................................................................... 12
適用規格......................................................................................... 5
有効電力の増加 ........................................................................... 12
絶縁および安全性関連の仕様 ..................................................... 5
絶縁寿命 ....................................................................................... 14
IEC 60747-5-2 (VDE 0884、Part 2): 2003-01 絶縁特性 ............... 6
外形寸法........................................................................................... 15
推奨動作条件 ................................................................................. 6
オーダー・ガイド ....................................................................... 15
絶対最大定格 ..................................................................................... 7
改訂履歴
11/10—Rev. 0 to Rev. A
Changes to Product Title and Features Section.....................................1
Changes to Table 6, Minimum External Air Gap (Clearance) Parameter,
Table 7, and Minimum External Tracking (Creepage) Parameter, Table
7............................................................................................................5
Changes to Figure 6 Caption and Figure 9 Caption.............................. 9
Added Figure 12 and Figure 13; Renumbered Sequentially ............... 10
Added Startup Behavior Section ........................................................ 11
Changed DIN V VDE V 0884-10 (VDE V 0884-10 Insulation
Characteristics Section to IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2):2003-1
Insulation Characteristics and Table Summary .....................................6
Changes to Increasing Available Power Section................................. 12
Changes to Table 14 and Table 15 ...................................................... 13
Changes to Table 9 ...............................................................................6
Changes to Table 10 and Table 11 ........................................................7
Changes to Pin 10, Pin 16 Description, Table 12 and Changes to Table
13..........................................................................................................8
Rev. A
Changes to EMI Considerations Section and Current Limit and
Thermal Overload Protection Section ................................................ 12
10/08—Revision 0: Original Version
－ 2/15 －
ADuM5000
仕様
電気的特性—5 V 1 次入力電源/5 V 2 次絶縁型電源
4.5 V ≤ VDD1 ≤ 5.5 V、VSEL = VISO、各電圧は対応するグラウンドを基準とします。特に指定がない限り、すべての最小/最大仕様は推奨動
作範囲に適用。すべての typ 仕様は、TA = 25 °C、VDD1 = 5.0 V、VISO = 5.0 V、VSEL = VISO での値です。
表 2.
Parameter
DC-to-DC CONVERTER POWER SUPPLY
Setpoint
Line Regulation
Load Regulation
Output Ripple
Output Noise
Switching Frequency
PWM Frequency
IDD1 Supply Current, Full VISO Load
Maximum Output Supply Current
Efficiency At Maximum Output
Supply Current
IDD1 Supply Current, No VISO Load
Undervoltage Lockout, VDD1 and VISO Supply
Positive Going Threshold
Negative Going Threshold
Hysteresis
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
Test Conditions
VISO
VISO(LINE)
VISO(LOAD)
VISO(RIP)
VISO(N)
fOSC
fPWM
IDD1(MAX)
IISO(MAX)
4.7
5.0
1
1
75
200
180
625
290
5.4
V
mV/V
%
mV p-p
mV p-p
MHz
kHz
mA
mA
%
IISO = 0 mA
IISO = 50 mA, VDD1 = 4.5 V to 5.5 V
IISO = 10 mA to 90 mA
20 MHz bandwidth, CBO = 0.1 µF||10 µF, IISO = 90 mA
CBO = 0.1 μF||10 μF, IISO = 90 mA
mA
IISO = 0 mA
5
100
34
IDD1(Q)
4
15
VUV+
VUV−
VUVH
2.7
2.4
0.3
IISO = 100 mA
VISO > 4.5 V
IISO = 100 mA
V
V
V
電気的特性—3.3 V 1 次入力電源/3.3 V 2 次絶縁型電源
3.0 V ≤ VDD1 ≤ 3.6 V、VSEL = GNDISO、各電圧は対応するグラウンドを基準とします。特に指定がない限り、すべての最小/最大仕様は推奨
動作範囲に適用。すべての typ 仕様は、TA = 25 °C、VDD1 = 3.3 V、VISO = 3.3 V、VSEL = GNDISO での値です。
表 3.
Parameter
DC-to-DC CONVERTER POWER SUPPLY
Setpoint
Line Regulation
Load Regulation
Output Ripple
Output Noise
Switching Frequency
PWM Frequency
IDD1 Supply Current, Full VISO Load
Maximum Output Supply Current
Efficiency At Maximum Output Supply
Current
IDD1 Supply Current, No VISO Load
Undervoltage Lockout, VDD1 and VISO
Supply
Positive Going Threshold
Negative Going Threshold
Hysteresis
Rev. A
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
Test Conditions
VISO
VISO(LINE)
VISO(LOAD)
VISO(RIP)
VISO(N)
fOSC
fPWM
IDD1(MAX)
IISO(MAX)
3.0
3.3
1
1
50
130
180
625
175
3.6
V
mV/V
%
mV p-p
mV p-p
MHz
kHz
mA
mA
%
IISO = 0 mA
IISO = 30 mA, VDD1 = 3.0 V to 3.6 V
IISO = 6 mA to 54 mA
20 MHz bandwidth, CBO = 0.1 μF||10 μF, IISO = 54 mA
CBO = 0.1 μF||10 μF, IISO = 54 mA
mA
IISO = 0 mA
5
60
35
IDD1(Q)
3
VUV+
VUV−
VUVH
2.7
2.4
0.3
12
V
V
V
－ 3/15 －
IISO = 60 mA
VISO > 3.0 V
IISO = 60 mA
ADuM5000
電気的特性—5 V 1 次入力電源/3.3 V 2 次絶縁型電源
4.5 V ≤ VDD1 ≤ 5.5 V、VSEL = GNDISO、各電圧は対応するグラウンドを基準とします。特に指定がない限り、すべての最小/最大仕様は推奨
動作範囲に適用。すべての typ 仕様は、TA = 25 °C、VDD1 = 5.0 V、VISO = 3.3 V、VSEL = GNDISO での値です。
表 4.
Parameter
DC-to-DC CONVERTER POWER SUPPLY
Setpoint
Line Regulation
Load Regulation
Output Ripple
Output Noise
Switching Frequency
PWM Frequency
IDD1 Supply Current, Full VISO Load
Maximum Output Supply Current
Efficiency At Maximum Output Supply
Current
IDD1 Supply Current, No VISO Load
Undervoltage Lockout, VDD1 and VISO
Supply
Positive Going Threshold
Negative Going Threshold
Hysteresis
Rev. A
Symbol
Min
Typ
Max
Unit
Test Conditions
VISO
VISO(LINE)
VISO(LOAD)
VISO(RIP)
VISO(N)
fOSC
fPWM
IDD1(MAX)
IISO(MAX)
3.0
3.3
1
1
50
130
180
625
250
3.6
V
mV/V
%
mV p-p
mV p-p
MHz
kHz
mA
mA
%
IISO = 0 mA
IISO = 50 mA, VDD1 = 4.5 V to 5.5 V
IISO = 10 mA to 100 mA
20 MHz bandwidth, CBO = 0.1 μF||10 μF, IISO = 90 mA
CBO = 0.1 μF||10 μF, IISO = 90 mA
mA
IISO = 0 mA
5
100
28
IDD1(Q)
3
VUV+
VUV−
VUVH
2.7
2.4
0.3
12
V
V
V
－ 4/15 －
IISO = 100 mA
VISO > 3.0 V
IISO = 100 mA
ADuM5000
パッケージ特性
表 5.
Parameter
Symbol
RESISTANCE AND CAPACITANCE
Resistance (Input-to-Output) 1
Capacitance (Input-to-Output)1
Input Capacitance 2
IC Junction-to-Ambient Thermal Resistance
Min
Typ
Max
Unit
RI-O
CI-O
CI
θJA
1012
2.2
4.0
45
Ω
pF
pF
°C/W
THERMAL SHUTDOWN
Thermal Shutdown Threshold
Thermal Shutdown Hysteresis
TSSD
TSSD-HYS
150
20
°C
°C
Test Conditions
f = 1 MHz
Thermocouple is located at the center of the
package underside; test conducted on a 4-layer
board with thin traces 3
TJ rising
1
デバイスは 2 端子デバイスと見なします。 すなわち、ピン 1～ピン 8 を相互に接続し、ピン 9～ピン 16 を相互に接続します。
入力容量は任意の入力データ・ピンとグラウンド間。
3
熱モデルの定義については消費電力についてのセクションを参照してください。
2
適用規格
ADuM5000 は、表 6に記載する組織の認定を取得しています。特定のクロスアイソレーション波形と絶縁レベルに対する推奨最大動作電
圧については、表 11と絶縁寿命のセクションを参照してください。
表 6.
UL
CSA
VDE (Pending)
Recognized under 1577 component
recognition program 1 .
Single protection, 2500 V rms isolation
voltage.
Approved under CSA Component Acceptance Notice
#5A.
Testing was conducted per CSA 60950-1-07 and IEC
60950-1, 2nd Edition at 2.5 kV rated voltage.
Basic insulation at 400 V rms (566 V peak) working
voltage.
Reinforced insulation at 250 V rms (353 V peak)
working voltage.
File 205078.
Certified according to IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part
2):2003-01 2 .
Basic insulation, 560 V peak.
File E214100.
1
2
File 2471900-4880-0001.
UL1577 に従い、絶縁テスト電圧 3,000 V rms 以上を 1 秒間加えて各 ADuM5000 を確認テストします(リーク電流検出規定値 = 5µA)。
IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2):2003-01 に従い、各 ADuM5000 に 1,050 Vpeak 以上の絶縁テスト電圧を 1 秒間加えることによりテストして保証されています(部分放
電の検出規定値＝5 pC)。 (*)マーク付のブランドは、IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2): 2003-01 を表します。
絶縁および安全性関連の仕様
表 7.
Parameter
Symbol
Value
Unit
Conditions
Rated Dielectric Insulation Voltage
Minimum External Air Gap (Clearance)
L(I01)
2500
8.0
V rms
mm
Minimum External Tracking (Creepage)
L(I02)
7.6
mm
Minimum Internal Distance (Internal Clearance)
Tracking Resistance (Comparative Tracking Index)
Isolation Group
CTI
0.017 min
>175
IIIa
mm
V
1-minute duration
Measured from input terminals to output terminals, shortest
distance through air
Measured from input terminals to output terminals, shortest
distance path along body
Distance through the insulation
DIN IEC 112/VDE 0303 Part 1
Material Group (DIN VDE 0110, 1/89, Table 1)
Rev. A
－ 5/15 －
ADuM5000
IEC 60747-5-2 (VDE 0884、Part 2): 2003-01 絶縁特性
この電源モジュールは、安全性制限値データ以内での電気的アイソレーション強化に対してのみ有効です。安全性データの維持は、保護
回路を使って確実にする必要があります。(*)マーク付のブランドは、IEC 60747-5-2 (VDE 0884, Part 2): 2003-01 認定製品を表します。
表 8.
Description
Conditions
Installation Classification per DIN VDE 0110
For Rated Mains Voltage ≤ 150 V rms
For Rated Mains Voltage ≤ 300 V rms
For Rated Mains Voltage ≤ 400 V rms
Climatic Classification
Pollution Degree per DIN VDE 0110, Table 1
Maximum Working Insulation Voltage
Input-to-Output Test Voltage
Method b1
VIORM × 1.875 = VPR, 100% production test, tm = 1 sec, partial
discharge < 5 pC
VIORM × 1.6 = VPR, tm = 60 sec, partial discharge < 5 pC
Method a
After Environmental Tests Subgroup 1
After Input and/or Safety Test Subgroup 2
and Subgroup 3
Highest Allowable Overvoltage
Safety-Limiting Values
Symbol
Characteristic
Unit
VIORM
I to IV
I to III
I to II
40/105/21
2
560
V peak
VPR
1050
V peak
896
672
V peak
V peak
VTR
4000
V peak
TS
IS1
RS
150
555
>109
°C
mA
Ω
VPR
VIORM × 1.2 = VPR, tm = 60 sec, partial discharge < 5 pC
Transient overvoltage, tTR = 10 sec
Maximum value allowed in the event of a failure
(see Figure 2)
Case Temperature
Side 1 IDD1 Current
Insulation Resistance at TS
VIO = 500 V
温度ディレーティング・カーブ
500
400
300
200
100
0
0
50
100
150
AMBIENT TEMPERATURE (°C)
200
07539-002
SAFE OPERATING VDD1 CURRENT (mA)
600
図 2.温度ディレーティング・カーブ、DIN EN 60747-5-2 による安全な規定値のケース温度に対する依存性
推奨動作条件
表 9.
Parameter
Symbol
Min
Max
Unit
TEMPERATURE 1
Operating Temperature
TA
−40
+105
°C
SUPPLY VOLTAGES 2
VDD1 at VSEL = 0 V
VDD1 at VSEL = 5 V
VDD1
VDD1
2.7
4.5
5.5
5.5
V
V
1
2
Each voltage is relative to its respective ground
105°C での動作には、表 10 に規定するように最大負荷電流の削減が必要です。
各電圧はそれぞれのグラウンドを基準とします。
Rev. A
Comments
－ 6/15 －
ADuM5000
絶対最大定格
特に指定のない限り、周囲温度は 25 °C です。
表 11.最大連続動作電圧 1
表 10.
Parameter
Max
Unit
Reference Standard
Parameter
Rating
Storage Temperature (TST)
Ambient Operating Temperature (TA)
Supply Voltages (VDDx, VISO)1
Input Voltage (RCSEL,RCIN, VSEL)1, 2
Output Voltage (RCOUT)1, 2
Average Total Output Current3
IISO
Common-Mode Transients4
−55°C to +150°C
−40°C to +105°C
−0.5 V to +7.0 V
−0.5 V to VDDI + 0.5 V
−0.5 V to VDDO + 0.5 V
AC Voltage
Bipolar Waveform
424
V peak
50-year minimum
lifetime
Unipolar Waveform
Basic Insulation
600
V peak
353
V peak
Maximum approved
working voltage per IEC
60950-1
Maximum approved
working voltage per IEC
60950-1
600
V peak
353
V peak
Reinforced Insulation
100 mA
−100 kV/µs to +100 kV/µs
1
各電圧はそれぞれのグラウンドを基準とします。
2
VDDIとVDDOは、それぞれチャンネルの入力側と出力側の電源電圧を表します。
PCBレイアウトのセクションを参照してください。
3 種々の温度に対する最大定格電流値については図 2を参照してください。
4
絶縁障壁にまたがる同相モード過渡電圧を表します。絶対最大定格を超える
同相モード・トランジェントは、ラッチアップまたは永久故障の原因にな
ります。
DC Voltage
Basic Insulation
Reinforced Insulation
1
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. A
Maximum approved
working voltage per IEC
60950-1
Maximum approved
working voltage per IEC
60950-1
アイソレーション障壁に加わる連続電圧の大きさを意味します。詳細につい
ては、絶縁寿命のセクションを参照してください。
ESDの注意
－ 7/15 －
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。
ADuM5000
VDD1 1
16
VISO
GND1 2
15
GNDISO
NC 3
ADuM5000
14
NC
RCIN 4
TOP VIEW
(Not to Scale)
13
VSEL
12
NC
RCSEL 6
11
NC
VDD1 7
10
VISO
GND1 8
9
GNDISO
RCOUT 5
07539-003
ピン配置およびピン機能説明
NC = NO CONNECT
図 3.ピン配置
表 12.ピン機能の説明
ピン番号
記号
説明
1、7
VDD1
1 次側電源電圧、3.0 V～5.5 V。ピン 1 とピン 7 は内部で接続されているため、両ピンを外部で共通電源へ接続す
ることが推奨されます。
2、8
GND1
グラウンド 1。コンバータ 1 次側のグラウンド・リファレンス。ピン 2 とピン 8 は内部で接続されているため、両
ピンを共通グラウンドへ接続することが推奨されます。
3、11、12、14
NC
内部接続なし。
4
RCIN
レギュレーション制御入力。スレーブ電源構成 (RCSEL = low)では、このピンはマスター isoPower デバイスの
RCOUT に接続されます。あるいは、コンバータをディスエーブルするとき、ロー・レベルに接続されます。マス
ター/スタンドアロン・モード (RCSEL = ハイ・レベル)では、このピンは無視されます。このピンはロー・レベル
へ弱くプルダウンされています。ノイズの多い環境では、ロー・レベルまたは PWM 制御ソースへ接続する必要
があります。RCSEL がロー・レベルの場合、このピンをハイ・レベルに接続しないでください。この組み合わせ
により、コンバータの 2 次側に大きな電圧が発生して、ADuM5000 とこれから電源の供給を受けるデバイスが破
壊される危険性があります。
5
RCOUT
レギュレーション制御出力。マスター電源構成で、このピンをスレーブ isoPower デバイスの RCIN に接続する
と、追加デバイスを ADuM5000 からレギュレーションできるようになります。
6
RCSEL
制御入力。セルフレギュレーション/マスター・モード (RCSEL = ハイ・レベル)またはスレーブ・モード (RCSEL =
ロー・レベル)を設定します。このピンはハイ・レベルへ弱くプルアップされています。ノイズの多い環境で
は、このピンをハイ・レベルまたはロー・レベルに接続してください。
9、15
GNDISO
コンバータ 2 次側のグラウンド基準。ピン 9 とピン 15 は内部で接続されているため、両ピンを共通グラウンドへ
接続することが推奨されます。
10、16
VISO
外部負荷に対する 2 次側電源電圧出力、3.3 V (VSEL = ロー・レベル) または 5.0 V (VSEL = ハイ・レベル)。3.3 V の
1 次側電源入力に対して 5.0 V 出力機能は保証されていません。ピン 10 とピン 16 は内部で接続されているため、
両ピンを外部で接続することが推奨されます。
13
VSEL
出力電圧の選択。VSEL = VISO の場合、VISO セット・ポイントは 5.0 V です。VSEL = GNDISO の場合、VISO セット・
ポイントは 3.3 V です。このピンはハイ・レベルへ弱くプルアップされています。ノイズの多い環境では、この
ピンをハイ・レベルまたはロー・レベルに接続してください。スレーブ・レギュレーション・モードでは、この
ピンは無視されます。
表 13.真理値表(正論理) 1
RCSEL RCIN
Input Input
RCOUT VSEL VDDI VISO
Output Input Input Output
H
H
H
H
L
L
L
PWM 2
PWM2
PWM2
PWM2
RCIN
L
H
X
X
X
X
RCOUT(EXT)
L
H
H
L
H
L
X
X
X
5.0 V
5.0 V
3.3 V
3.3 V
X3
X
X
5.0 V
3.3 V
5.0 V
3.3 V
X
0V
X
Operation
Master mode operation, self regulating.
Master mode operation, self regulating.
This configuration is not recommended due to poor efficiency.
Master mode operation, self regulating.
Slave mode, RCOUT(EXT) supplied by a master isoPower device.
Low power mode, converter disabled.
Note that this combination of RCIN and RCSEL is prohibited. Damage occurs on the secondary side of the
converter due to excess output voltage at VISO. RCIN must be low, or it must be connected to a PWM
signal from a master isoPower part.
1
X = don’t care。
PWM はレギュレーション制御信号です。 この信号は、RCSEL の値に応じて、2 次側レギュレータまたは RCIN 入力から発生されます。
3
VDD1 は、マスターisoPower デバイスからレギュレーションされるすべての isoPower デバイス間で共通である必要があります。
2
Rev. A
－ 8/15 －
ADuM5000
代表的な性能特性
3.5
35
EFFICIENCY (%)
30
25
20
15
5V IN/5V OUT
3.3V IN/3.3V OUT
5V IN/3.3V OUT
10
5
3.0
2.0
1.5
1.0
0.04
0.06
0.08
0.10
OUTPUT CURRENT (A)
0
3.0
07539-004
0.02
4.0
4.5
VDD1 (V)
5.0
5.5
6.0
OUTPUT VOLTAGE
(500mV/DIV)
0.12
0.10
0.08
90% LOAD
5V IN/5V OUT
3.3V IN/3.3V OUT
5V IN/3.3V OUT
0.04
0.02
0
0.05
0.10
0.15
0.20
INPUT CURRENT (A)
0.25
0.30
10% LOAD
(100µs/DIV)
07539-005
0
07539-007
0.06
DYNAMIC LOAD
図 8.VISO 過渡負荷応答
5 V 出力、10%→90% の負荷ステップ
OUTPUT VOLTAGE
(500mV/DIV)
図 5.サポートされているすべての電源構成での
外部負荷対絶縁型出力電源電流
1.0
0.9
0.8
0.7
DYNAMIC LOAD
0.6
0.5
0.4
0.3
5V IN/5V OUT
3.3V IN/3.3V OUT
5V IN/3.3V OUT
0.2
0.1
10% LOAD
0
0.02
0.04
0.06
0.08
IISO (A)
0.10
07539-122
(100µs/DIV)
0
図 9.VISO 過渡負荷応答
3 V 出力、10%→90% の負荷ステップ
図 6.サポートされているすべての電源構成での
絶縁型出力電源電流対総合消費電力
Rev. A
90% LOAD
07539-008
OUTPUT CURRENT (A)
3.5
図 7.VDD1 電源電圧対短絡入力電流および消費電力
図 4.サポートされているすべての電源構成での電源効率
POWER DISSIPATION (W)
IDD
0.5
0
0
POWER
2.5
－ 9/15 －
07539-006
IDD1 (A) AND POWER DISSIPATION (W)
40
ADuM5000
–40
7
10% LOAD
BW = 20MHz
6
RIPPLE, VISO = 5V (mV)
–50
5
VISO (V)
–60
–70
4
90% LOAD
3
–80
2
–90
–100
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
TIME (µs)
3.0
3.5
07539-012
07539-009
1
0
4.0
–1
図 10.VISO = 5 V、90% 負荷での出力電圧リップル
0
1
TIME (ms)
2
3
図 12.VISO = 5 V、10%と 90% の負荷での
出力電圧スタートアップ過渡
–20
5
BW = 20MHz
–30
RIPPLE, VISO = 3.3V (mV)
4
10% LOAD
VISO (V)
–40
–50
3
90% LOAD
2
–60
07539-010
–80
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
TIME (µs)
3.0
3.5
0
–1.0
4.0
図 11.VISO = 3.3 V、90% 負荷での出力電圧リップル
Rev. A
07539-013
1
–70
–0.5
0
0.5
1.0
1.5
TIME (ms)
2.0
2.5
図 13.VISO = 3.3 V、10%と 90% の負荷での
出力電圧スタートアップ過渡
－ 10/15 －
3.0
ADuM5000
アプリケーション情報
ADuM5000 は、他の isoPower デバイスへ接続できるレギュレー
ション制御出力 (RCOUT) 信号を出力します。この機能を使うと、
接続なしで複数の電源モジュールを1個のレギュレータから制御す
ることができます。補助電源モジュールが存在する場合、VISO
ピンを相互接続して1つの電源として機能させることができます。
帰還制御パスは1個だけなので、複数の電源がシームレスに動作
します。ADuM5000はレギュレーション制御を出力することも、
別のisoPower デバイスから制御されることもできます。
VDD1 入力保護回路には、ヒステリシス付きの低電圧ロックアウ
ト (UVLO)機能があります。入力電圧がUVLO スレッショール
ドより高くなると、DC/DC コンバータがアクティブになります。
コンバータをディスエーブルするときは、ターンオン・スレッ
ショールドよりヒステリシス値だけ入力電圧を低くする必要が
あります。この機能は、コンバータのパワーアップ・シーケン
スで多くの利点を持っています。例えば、システム電源が最小
レベルを上回った後に、ADuM5000が電流を要求するようにす
ることができます。また、コンバータ電流により発生する電圧
降下により、電源がターンオフし、発振する可能性を防止しま
す。
PCBレイアウト
ADuM5000 デジタル・アイソレータは、ロジック・インターフ
ェース用の外付けインターフェース回路が不要な 0.5 Wの
isoPower DC/DCコンバータです。入力電源ピンと出力電源ピン
には電源バイパスが必要です( 図 14参照)。ADuM5000 の電源セ
クションでは、180 MHzの発振器を使って、チップ・スケー
ル・トランスを介して効率良く電力を供給しています。さらに、
iCouplerのデータ・セクションの通常動作により、スイッチング
過渡電圧が電源ピンに発生します。複数の動作周波数に対して
バイパス・コンデンサが必要になります。ノイズの抑圧には、
低インダクタンス高周波のコンデンサが必要です。リップル抑
圧と適切なレギュレーションには大きな値のコンデンサが必要
です。バイパス・コンデンサはVDD1 についてはピン 1 とピン 2
の間に、VISOについてはピン 15 とピン 16 の間に、それぞれ接
続するのが便利です。ノイズとリップルを抑圧するときは、少
なくとも 2 個のコンデンサの並列組み合わせが必要です。推奨
コンデンサ値は、0.1 µFと 10 µFです。非常に低いインダクタン
スを持つセラミック・コンデンサまたは小さい値の同等のコン
デンサの使用が推奨されます。コンデンサ・ピンと入力電源ピ
ンとの間の合計リード長は 10 mmを超えないようにします。両
共通グラウンド・ピンがパッケージのすぐ近くで接続されてい
ない限り、ピン 1 とピン 8 の間およびピン 9 とピン 16 の間でバ
イパスしてください。
Rev. A
VDD1
VISO
GND1
GNDISO
NC
NC
RCIN
VSEL
RCOUT
NC
RCSEL
NC
VDD1
VISO
GND1
GNDISO
07539-011
ADuM5000 の DC/DC コンバータ・セクションは、大部分のス
イッチング電源デザインで広く採用されている原理に基づいて
動作します。
これは、絶縁型パルス幅変調 (PWM) 帰還を持つ 2 次側コントロ
ーラ・アーキテクチャになっています。VDD1 電源は、チップ・
スケールの中空トランスへ流れる電流をスイッチする発振回路
に電源を供給します。2 次側へ転送される電源は、整流されて
3.3 V または 5 V に安定化されます。2 次側 (VISO) のコントロー
ラは、専用 iCoupler データ・チャンネルを使って 1 次側 (VDD1)
へ送られる PWM 制御信号を発生することにより出力を安定化
します。PWM では発振器回路を変調して、2 次側へ送られる電
源を制御します。帰還の使用により、非常に高い電力と効率が
可能になっています。
図 14.推奨 PCB レイアウト
高い同相モード過渡電圧が発生するアプリケーションでは、ア
イソレーション障壁を通過するボード結合が最小になるように
注意する必要があります。さらに、如何なる結合もデバイス側
のすべてのピンで等しく発生するようにボード・レイアウトを
デザインしてください。この注意を怠ると、ピン間で発生する
電位差がデバイスの絶対最大定格(表 10で規定)を超えてしまい、
ラッチアップまたは恒久的な損傷が発生することがあります。
ADuM5000 は、フル負荷で動作する場合約 1 Wを消費するパワ
ー・デバイスです。アイソレーション・デバイスにヒートシン
クを使うことができないため、デバイスは基本的にPCBから
GND ピンへの熱放散に依存しています。デバイスを高い周囲温
度で使用する場合には、GNDピンからPCBグラウンド・プレー
ンへの熱パスを用意してください。図 14のボード・レイアウト
に、ピン 2 とピン 8 (GND1)およびピン 9 とピン 15 (GNDISO)の拡
大したパッドを示します。パッドからグラウンド・プレーンへ
複数のビアを設けて、チップ内部の温度を下げてください。パ
ッド拡大寸法は、設計者と使用可能なボード・スペースによっ
て決定されます。
スタートアップ動作
ADuM5000 はソフト・スタート回路を内蔵していません。この
デバイスを使ってデザインする場合、スタートアップ電流と電圧
の動作を考慮してください。
電源が VDD1 に加えられると、入力スイッチング回路が動作を開
始し、UVLO 最小電圧に到達すると、電流が流れます。スイッ
チング回路は最大電力を出力へ供給するように駆動します。これ
は、PWM が制御を開始してレギュレーション電圧に到達するま
で続きます。この動作での電流と時間は、負荷と VDD1 のスルー
レートに依存します。
200 µs 以下の高速スルーレートでは、VDD1 で最大 100 mA/V のピ
ーク電流が可能です。入力電圧は、出力がターンオンするより
高速にハイ・レベルになることができるため、ピーク電流は最
大入力電圧に比例します。
低速 VDD1 スルーレート (m sec範囲)では、VDD1 がUVLOに到達す
ると、入力電圧は速く変化しません。VDD1 は 2.7 VのUVLO ポイ
ントではほぼ一定であるため、電流サージは約 300 mA です。ス
タートアップ時の動作は、デバイス負荷が短絡の場合と同じで
す。これらの値は、図 7に示す短絡電流と矛盾しません。
VISO = 5 V 動作でデバイスを起動させる際は、VDD1 電源ピンの
電流を 300 mA 以下に制限しないでください。電流を制限され
たデバイスがスタートアップ時に VDD1 電圧をクランプすると、
ADuM5000 は出力をレギュレーション・ポイントまで駆動でき
ません。このため、ADuM5000 に低い電圧で長時間大きな電流
が流れることがあります。
－ 11/15 －
ADuM5000
ADuM5000 デバイスの出力電圧に、スタートアップ時にVISO の
オーバーシュートが生じます。これによりVISOに接続されたデバ
イスが損傷を受ける危険性がある場合は、ツェナー・ダイオー
ドのような電圧制限デバイスを使って電圧をクランプすること
ができます。代表的な動作を図 12と図 13に示します。
EMIの注意事項
ADuM5000 のDC/DC コンバータ・セクションは、小型トランス
を経由して効率良い電力転送を行うため 180 MHz で動作する必
要があります。このため高周波電流が発生し、回路ボードのグ
ラウンド・プレーンと電源プレーンを伝搬して、入力と出力のグ
ラウンド・プレーンの間でエッジ放射とダイポール放射が発生し
ます。これらのデバイスを使用するアプリケーションでは接地
した筺体の使用が推奨されます。接地した筺体を使用できない
場合は、 RF デザイン技術を採用したPCBレイアウトを行う必
要があります。ボード・レイアウトの推奨事項については、
AN-0971 アプリケーション・ノートを参照してください。
熱解析
ADuM5000 は、分割されたリード・フレームに取り付けられた
4 個の内部シリコン・チップ (2 個のチップはパドルに接続)から
構成されています。熱解析のため、チップをサーマル・ユニッ
トとして扱います。最高ジャンクション温度は、表 5のθJAを反
映します。θJA 値は測定値に基づきます。この測定値は、デバイ
スを細いパターンを持つJEDEC標準 4 層ボードに実装し、自然
空冷で取得します。通常の動作では、ADuM5000 はフル負荷で、
フル温度範囲で出力電流の低下なしに動作しますが、PCBレイ
アウトのセクションに示す推奨事項に従うと、PCBへの熱抵抗
が小さくなるため、高い周囲温度で熱余裕を大きくすることが
できます。
電流制限および熱過負荷保護
ADuM5000 は、熱過負荷保護回路により大きな消費電力による
損傷から保護されています。熱過負荷保護機能によりジャンク
ション温度を最大 150°C (typ)に制限しています。極限状態(周囲
温度が高く、消費電力が大きい)で、ジャンクション温度が
150°C を超え始めると、PWM がターンオフされて、出力電流が
ターンオフされます。ジャンクション温度が 130°C (typ)を下回
ると、PWM が再びターンオンして、出力電流が公称値に戻り
ます。
VISO が グ ラ ウ ン ド へ 短 絡 す る ケ ー ス を 考 え ま す 。 ま ず 、
ADuM5000 が最大電流に到達します。この最大電流はVDD1 に加
えられる電圧に比例します。コンバータの 1 次側で電力が消費
されます (図 7参照)。ジャンクションの自己発熱が大きくなるた
め温度は 150°Cを超えるので、サーマル・シャットダウンが起
動されて、PWMがターンオフされ、出力電流がターンオフされ
ます。ジャンクション温度が低下し 130°Cを下回ると、PWMが
ターンオンするため、コンバータの 1 次側で再び電力が消費さ
れて、再びジャンクション温度が 150°C へ上昇します。130°C
と 150°Cの間でのこの熱発振により、出力が短絡している間デ
バイスはオン/オフを繰り返します。
温度制限保護機能は、偶発的な過負荷状態に対してデバイスを
保護することを目的としています。信頼度の高い動作のために
は、外部からデバイス消費電力を制限して、ジャンクション温
度が 130°C を超えないようにする必要があります。
消費電力について
ADuM5000 コンバータの 1 次側は、低電圧ロックアウト (UVLO)
回路による誤動作から保護されています。最小動作電圧より下
では、電源コンバータが発振器を非アクティブに維持します。
1次側の発振器が動作を開始すると、2次側の電源回路へ電力を
転送します。2次側の VISO 電圧がUVLO規定値より下で動作を開
始して非アクティブになるため、レギュレーション制御信号を
発生することができません。この状況では1次側の電源発振器は
フリー・ランニングが可能で、2次側へ最大の電力を供給します。
2次側電圧がレギュレーション・セットポイントまで上昇すると、
大きな突入過渡電流がVDD1に発生します。レギュレーション・
ポイントに到達すると、レギュレーション制御回路はレギュレ
ーション制御信号を発生し、この制御信号が1次側発振器を変調
します。VDD1 電流が減少し、負荷電流に比例するようになりま
す。突入電流は、図 7に示すように短絡電流より小さくなりま
す。突入電流の継続時間は、VISO 負荷条件とVDD1 ピンの電流と
電圧に依存します。
有効電力の増加
ADuM5000 デバイスは、他の互換 isoPower デバイスと組み合わ
せて動作するようにデザインされています。RCOUT 、RCIN 、
RCSEL の各ピンを使うと、ADuM5000 から PWM 信号を別のデバ
イスへ RCOUT ピンを使って供給し、マスターとして動作するこ
とができます。RCIN ピンを経由して別のデバイスから PWM 信
号を受信することもできるため、その制御信号に対してスレー
ブとして動作することができます。RCSEL ピンでは、デバイス
のマスター動作またはスレーブ動作を選択します。
ADuM5000 がスレーブとして動作する場合、電源はマスター・
デバイスからレギュレーションされるため、複数の isoPower デ
バイスを並列接続して負荷を等しく分担することができます。
ADuM5000 をマスターまたはスタンドアロン・ユニットとして
構成すると、自分自身の PWM 帰還信号を発生して、 自分自身
とスレーブ・デバイスをレギュレーションします。
Rev. A
－ 12/15 －
ADuM5000
ADuM5000 は、マスター・デバイス、スレーブ・デバイス、ま
たはスタンドアロン・デバイスとして機能することができます。
ADuM5xxx ファミリーとADuM6xxx ファミリーの全デバイスが、
スタンドアロン・デバイスとして機能することができます。こ
れらのデバイスの幾つかは、マスター・デバイスまたはスレー
ブ・デバイスとして機能できますが、両方で機能することはで
きません (表 14参照)。
表 15 に、isoPower デバイスで可能なデータ・チャンネル数とシ
ングル・ユニット電源数の組み合わせを示します。
表 14.isoPower デバイスの可能な組み合わせ
Function
Part No.
Master
Slave
Standalone
ADuM6000
ADuM620x
ADuM640x
ADuM5000
ADuM520x
ADuM5400
ADuM5401 to
ADuM5404
Yes
No
No
Yes
No
No
Yes
Yes
Yes
No
Yes
Yes
No
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
RCSEL および RCIN 制御アーキテクチャにより可能なもう１つの機
能は、DC/DC コンバータ内の発振器を完全にシャットダウンさ
せる機能です。この機能により、デバイス は低消費電力のスタ
ンバイ・モードになり、電流を mA より小さくすることができ
ます。
RCSEL をロー・レベルにして ADuM5000 をスレーブ・モードに
すると、発振器は RCIN により制御されます。RCIN をロー・レ
ベルに維持すると、発振器はシャットダウンするため。デバイ
スは低消費電力のスタンバイ・モードになります。2 次側へ電
力を供給する発振器がなくなると、VISO がターンオフします。
このモードは、消費電力を節約するために絶縁型サブシステム
がシャットダウンするアプリケーションで役立ちます。電源モ
ジュールを再起動するときは、 RCSEL をハイ・レベルにすると、
電源は動作を再開します。
表 15.電源とデータ・チャンネルの構成
Number of Data Channels
Power Units
0 Channels
2 Channels
4 Channels
1-Unit Power
ADuM6000 or ADuM5000 (standalone)
ADuM620x or ADuM520x (standalone)
ADuM5401, ADuM5402, ADuM5403,
ADuM5404, or ADuM640x (standalone)
2-Unit Power
ADuM6000 or ADuM5000 (master)
ADuM6000 or ADuM5000 (master)
ADuM6000 or ADuM5000 (slave)
ADuM620x or ADuM520x (slave)
ADuM5401, ADuM5402, ADuM5403,
ADuM5404 (master)
ADuM6000 or ADuM5000 (slave)
ADuM6000 or ADuM5000 (master)
ADuM6000 or ADuM5000 (slave)
ADuM6000 or ADuM5000 (slave)
ADuM6000 or ADuM5000 (master)
ADuM6000 or ADuM5000 (slave)
ADuM620x or ADuM520x (slave)
ADuM6000 or ADuM5000 (master)
ADuM620x or ADuM520x (slave)
ADuM620x or ADuM520x (slave)
3-Unit Power
Rev. A
－ 13/15 －
ADuM5000
アナログ・デバイセズは、定格連続動作電圧より高い電圧レベ
ルを使った加速寿命テストを実施しています。複数の動作条件
に対する加速ファクタを求めました。これらのファクタを使う
と、実際の動作電圧での故障までの時間を計算することができ
ます。表 11に、バイポーラAC動作条件での 50 年のサービス寿
命に対するピーク電圧と最大CSA/VDE認定動作電圧を示します。
多くのケースで、実証された動作電圧は 50 年サービス寿命の電
圧より高くなっています。これらの高い動作電圧での動作は、
ケースによって絶縁寿命を短くすることがあります。
ADuM5000 の絶縁寿命は、アイソレーション障壁に加えられる
電圧波形のタイプに依存します。iCoupler絶縁構造の性能は、波
形がバイポーラAC、ユニポーラAC、DCのいずれであるかに応
じて、異なるレートで低下します。図 15、図 16、図 17に、これ
らのアイソレーション電圧波形を示します。
バイポーラ AC 電圧は最も厳しい環境です。AC バイポーラ条件
での 50 年動作寿命の目標により、アナログ・デバイセズが推奨
する最大動作電圧が決定されています。
RATED PEAK VOLTAGE
07539-021
すべての絶縁構造は、十分長い時間電圧ストレスを受けるとブ
レークダウンします。絶縁性能の低下率は、絶縁に加えられる
電圧波形の特性に依存します。アナログ・デバイセズは、規制
当局が行うテストの他に、広範囲なセットの評価を実施して
ADuM5000 の絶縁構造の寿命を測定しています。
ユニポーラACまたはユニポーラDC電圧の場合、絶縁に加わる
ストレスは大幅に少なくなります。このために高い動作電圧で
の動作が可能になり、さらに 50 年のサービス寿命を実現するこ
とができます。表 11に示す動作電圧は、ユニポーラAC電圧ま
たはユニポーラDC電圧のケースに適合する場合、50 年最小寿命
に適用することができます。図 16または 図 17に適合しない絶縁
電圧波形は、バイポーラAC波形として扱う必要があり、ピーク
電圧は表 11に示す 50 年寿命電圧値に制限する必要があります。
図 16に示す電圧は、説明目的のためにのみ正弦波としています。
すなわち、0 Vとある規定値との間で変化する任意の電圧波形と
することができます。規定値は正または負となることができま
すが、電圧は 0 Vを通過することはできません。
0V
図 15.バイポーラ AC 波形
RATED PEAK VOLTAGE
07539-022
絶縁寿命
0V
図 16.ユニポーラ AC 波形
07539-023
RATED PEAK VOLTAGE
0V
図 17.DC 波形
Rev. A
－ 14/15 －
ADuM5000
外形寸法
10.50 (0.4134)
10.10 (0.3976)
9
16
7.60 (0.2992)
7.40 (0.2913)
8
1.27 (0.0500)
BSC
0.30 (0.0118)
0.10 (0.0039)
COPLANARITY
0.10
0.51 (0.0201)
0.31 (0.0122)
10.65 (0.4193)
10.00 (0.3937)
0.75 (0.0295)
45°
0.25 (0.0098)
2.65 (0.1043)
2.35 (0.0925)
SEATING
PLANE
8°
0°
0.33 (0.0130)
0.20 (0.0079)
1.27 (0.0500)
0.40 (0.0157)
COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-013-AA
CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS
(IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR
REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN.
03-27-2007-B
1
図 18.16 ピン標準スモール・アウトライン・パッケージ [SOIC_W]
ワイド・ボディ(RW-16)
寸法: mm (インチ)
オーダー・ガイド
Model 1 , 2
Temperature Range
Package Description
Package Option
ADuM5000ARWZ
−40°C to +105°C
16-Lead SOIC_W
RW-16
1
2
Z = RoHS 準拠製品。
テープとリールを提供しています。 "RL"サフィックスを追加すると、13 インチ(1,000 個)のテープおよびリール・オプションが指定されます。
Rev. A
－ 15/15 －