軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 パッケージ 概要 DIP8 Package NR110D シリーズは、パワーMOSFET 内蔵の降圧スイッチ ングレギュレータ IC です。軽負荷の効率を向上させた機 能を有しており、低消費電力に適した IC です。電流制御 方式により、セラミックコンデンサのような超低 ESR のコンデンサに対応します。過電流保護、低入力禁止、 過熱保護等の保護機能を有しています。起動時の突入 電流を防ぐためソフトスタート機能を有しています。 コンデンサを接続することで、ソフトスタート時間を 設定できます。外部信号でオンオフできる機能を有し ており、EN 端子へ外部から信号を入力することで、IC をターンオン/ターンオフできます。位相補償回路を内 蔵し、過電流外部調整で DIP8 ピンパッケージで供給さ れます。 BS SS IN EN NR111D SW Iset GND FB 特長と利点 最大効率 94% IO = 20mA 軽負荷時効率 最大 77% 電流モード型 PWM 制御 出力にセラミックコンデンサのような 低 ESR コンデンサの使用に対応 保護回路を内蔵 過電流保護 (OCP) 垂下型自動復帰 過熱保護内蔵 (TSD) 自動復帰 低入力時誤動作防止回路 (UVLO) 外付けコンデンサによる Soft-Start ON/OFF 機能 OCP 動作点調整機能 主要スペック 入力電圧 VIN = 8V~31V 出力電圧 VO = 0.8V~24V 最大出力電流 IO = 4A 動作周波数: 350kHz アプリケーション LCD-TV Blue-Ray 白物家電 デジタル家電用電源 標準接続図 VIN R3 VIN_s 2 IN R1 7 C2 EN C1 C10 SW 3 SS GND 4 Vo L1 Vo_s NR111D NR111E 8 GND 1 BS R5 FB ISET 6 C4 C5 5 R4 GND C9 R6 R7 D1 SW C1, C2: 10μF / 35V C4, C5: 22μF / 16V C9: 0.1μF C10: 0.1μF Rev.1.4 R1: 510kΩ L1: 10μH R3: 22Ω R4: 18kΩ, R5: 2.7kΩ (Vo=5.0V) R6: 3.9kΩ SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 1 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 シリーズラインアップ (1) 製品名 fSW NR111D 350kHz VIN VO (1) 8V to 31V IO (2) 0.8V to 24V 4A 入力電圧の最小値は、8V もしくは VO + 3V のどちらか大きい値とする 入出力条件は最小 ON 時間により制限されます。 (2) 絶対最大定格 項目 記号 規格値 単位 入力電圧 VIN 35 V BS 端子電圧 VBS 44 V SW 端子電圧 VSW 35 V BS-SW 間端子電圧 8 VBS-SW DC V 12 FB 端子電圧 VFB 5.5 V EN 端子電圧 VEN 35 V SS 端子電圧 VSS 5.5 V パルス幅 30ns 以内 ガラスエポキシ基板 30×30mm (銅箔エリア 25×25mm)実装時 TJ Max =150°C 許容損失 (3) PD 1.47 W 接合温度 (4) TJ 40 to 150 °C 保存温度 TS 40 to 150 °C 熱抵抗(接合-リード(No.7 端子)) θJP 41 °C /W 熱抵抗(接合-周囲) θJA 85 °C /W (3) (4) 条件 ガラスエポキシ基板 30×30mm (銅箔エリア 25×25mm)実装時 過熱保護により制限。 過熱保護検出温度は約 160℃となる。 推奨動作条件 項 目 入力電圧 規 格 値 記 号 (5) 単 位 MIN MAX VIN Vo+3 31 V Io 0 4.0 A Vo 0.8 24 V Top 40 85 °C 条件 (6) 出力電流 (7) 出力電圧 動作周囲温度 (7) (5) 入力電圧範囲の最小値は、8V もしくは VO+3V のどちらか大きい値とする。 VIN = VO+1~VO+3V の場合は IO = 2A MAX となります。 (6) 推奨回路は P.7 になります。 (7) P.9 に示す熱減定格以内で使用する必要があります。 Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 2 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 電気的特性 Ta = 25°C 項 目 規 格 値 記 号 設定基準電圧 出力電圧温度係数 動作周波数 単 位 MIN TYP MAX VREF 0.784 0.800 0.816 ⊿VREF/⊿T ― ±0.05 ― fSW (245) 350 (455) kHz 測定条件 V VIN = 12V,IO = 1.0A V = 12V, IO = 1.0A mV/°C IN 40°C to +85°C VIN=12V, VO=5.0V, IO=1A ラインレギュレーション (8) VLine ― 50 ― mV ロードレギュレーション (8) VLoad ― 50 ― mV IS1 ― 1.5 ― IS2 ― 5.5 ― IIN ― 1 ― mA 静止時回路電流 IIN(off) 0 1 ― μA SS 端子 IEN/SS 6 10 14 μA VIN=8V~30V, VO =5.0V, IO=1A VIN=12V, VO=5.0V, IO=0.1A~2.0A VIN =12V, VO =5.0V ISET=OPEN VIN =12V, VO =5.0V ISET=SHORT VIN = 12V VEN=10kΩ pull up to VIN VIN =12V, IO =0A, VEN=0V VSS=0V, VIN =12V 20 50 μA VEN= 10V 1.4 2.1 V VIN =12V V VIN =12V 過電流保護開始電流 A 無負荷時回路電流 EN 端子 ISET 端子 Low 時流出電流 流入電流 IEN オンスレシュ電圧 VC/EH 開放電圧 0.7 VISET 1.5 最大 ON デューティー (8) DMAX ― 90 ― % 最小 ON 時間 (8) TON(MIN) ― 150 ― nsec 過熱保護開始温度 (8) TSD 151 165 ― °C 過熱保護復帰ヒステリシス (8) TSD_hys ― 20 ― °C (8) (9) 設計保証値です。 入出力条件は最小 ON 時間により制限されます。 Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 3 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 代表特性 (1)効率 NR111D Vo=3.3V 100 η [%] 80 効率 90 60 VIN=6.5V 8V 12V 24V 70 50 40 30 0.01 0.1 出力電流 NR111D 1 10 1 10 IO [A] Vo=5V 100 90 効率 η [%] 80 VIN=8V 12V 24V 70 60 50 40 30 0.01 0.1 出力電流 IO [A] NR111D Vo=12V 100 効率 η [%] 90 80 VIN=24V 70 60 50 0.01 0.1 出力電流 Rev.1.4 1 10 IO [A] SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 4 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 NR114K UVLOLoad=CR (2)出力電圧立上り NR110K/111K OCP. (5)過電流保護特性 Vo=3.3V L=47uH Vo=5.0V L=10uH VO=3.3V Vo [V] 出力電圧 VO[V]VO [V] 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 ISET=OPEN 0.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 1.0 2.0 3.0 ISET=SHORT 4.0 5.0 6.0 7.0 VIN=12V 15V 20V 24V 8.0 9.0 出力電流 Io [A] IO [A] 入力電圧 VIN [V] VIN[V] (6) 無負荷時回路電流: IIN (3)出力電圧変動 : VLoad NR114K/115K,NR116K,NR117K IQ V =5.0V O 5.0 5.1 4.5 5.08 出力電圧 VO [V] 5.04 Iin [mA] 5.02 入力電流 Iin [mA] Vin=8v 12v 24v 5.06 5 4.98 4.96 4.94 4.92 4.9 0 1 2 3 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 4 0.0 出力電流 IO [A] 周波数 fOSC [kHz] fosc [kHz] 入力電流 Iin [mA] Iin [mA] 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 -0.05 -0.10 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 25.0 30.0 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 0.0 1.0 入力電圧 VIN[V]VIN [V] Rev.1.4 20.0 NR110K focs Vo=3.3V L=10uH 0.35 5.0 15.0 (7) 動作周波数 NR110K,111K,114K,115K,116K,117K VENIQ_off =0V 0.0 10.0 VIN[V]VIN [V] 入力電圧 (4)静止時回路電流 : IIN(off) 0.40 5.0 2.0 3.0 4.0 5.0 Io [A] 出力電流 IO [A] SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 5 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 ブロックダイアグラム VIN 2 R1 Σ OSC 7 3 EN ON/ OFF P.REG VREF 5 7 ISET C2 D2 ( Option) Current Sense Amp OCP 6 Drive REG 1 BS OCP_REF 0.8V PWM LOGIC 6 C1 IN 4 3 R3 C10 L1 SW R5 OCP_REF D1 ISET OVP C4 C5 R4 Compensation FB VO FB 0.8V Err Amp UVLO 8 5 FB R6 SS TSD 1 SS GND 4 1 8 C9 ピン配置 & 端子機能 端子配置 端子機能 Pin 記号 No. 1 BS 2 IN 3 SW 4 GND 5 FB 6 Iset 7 EN 8 SS Rev.1.4 機能 ハイサイドブースト入力端子 BS 端子は、ハイサイド MOSFET のドライブ電力を供給 します。コンデンサと抵抗を SW 端子と BS 端子間に接続してください。 入力端子。IC に電力を供給します。 出力端子。出力電力を供給します。出力用 LC フィルタを SW 端子に接続してくださ い。SW 端子と BS 端子間に、ハイサイド MOSFET へ電力供給するコンデンサが必 要です。 グランド端子。裏面ヒートスラグは、グランド端子に接続してください。 基準電圧と出力電圧を比較するフィードバック端子。フィードバック閾値電圧は 0.8V です。FB 端子を分圧抵抗 R4 と R6 の間に接続することで、出力電圧を設定してく ださい。 過電流保護開始電流調整端子。抵抗を接続することで過電流保護開始電流を調整 できます。定格電流で使用する場合は、Iset 端子を GND に接続してください。 イネーブル入力端子。EN 端子を High でレギュレータをオン、Low でオフします。 ソフトスタート端子。SS 端子とグランド間にコンデンサ接続することで、ソフトスタート を設定できます。 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 6 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 応用回路例 VIN R3 VIN_s 2 IN R1 7 EN C1 C2 1 BS C10 3 SW Vo_s NR111D NR111E 8 SS GND 4 Vo L1 R5 C4 C5 5 FB ISET 6 R4 GND C9 GND R6 R7 D1 SW C1, C2: 10μF / 35V C4, C5: 22μF / 16V C9: 0.1μF C10: 0.1μF R1: 510kΩ L1: 10μH R3: 22Ω R4: 18kΩ, R5: 2.7kΩ (Vo=5.0V) R6: 3.9kΩ 外付け部品設計ガイド (1)ダイオード D1 ・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。 ファーストリカバリダイオードを使用した場合、リカバリおよびオン電圧による逆電圧印加により IC を破壊する 恐れがあります。 (2)チョークコイル L1 ・チョークコイルの巻き線抵抗が大きい場合、効率が低下し、規格値に達しない場合があります。 ・過電流保護開始電流が約 4A のため、過負荷・負荷短絡時の磁気飽和によるチョークコイルの発熱に 注意願います。 (3)コンデンサ C1( C2), C4(C5), C9 ・C1 (C2),C4 (C5) には大きなリップル電流が流れますので、スイッチング電源用高周波低インピーダンス品を ご使用下さい。 特に C4 のインピーダンスが高い場合、低温時にスイッチング波形に異常を起こすことがあります。 ・C9 はソフトスタート用コンデンサです。出力電圧のオーバーシュート、ラッシュ電流を抑制致します。 (4)抵抗 R4,R5,R6 ・R4,R5,R6 は出力電圧を設定する抵抗です。IFB が 0.2mA 程度となるよう設定して下さい。 R4,R5,R6 を求める式は以下のようになります。 R 4 R5 VO VFB VO 0.8 I FB 0.2 10 3 , R6 VFB I FB 0.8 ≒ 4.0k ------- (1) 0.2 10 3 IFB:R6 に流す電流値 Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 7 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 (5)抵抗 R7 RISET-ILpeak ・R7 は過電流開始電流を設定する為の抵抗です。抵抗値と過電流時ピーク電流の関係は以下の 特性になります。 設定値_MAX 過電流開始ピーク電流 [A] 過電流時ピーク電流 Ip[A] 8.00 7.00 6.00 設定値_MIN VIN:入力電圧 Vo:出力電圧 Io:出力電流 L:インダクタンス f:発振周波数 ⊿IL:コイル脈流電流 Ip:過電流時ピーク電流 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 10k 10 100k 100 1M 1000 10M 10000 100M 100000 過電流設定抵抗設定抵抗Rset RISET[Ω] 過電流開始電流 [kΩ] 過電流調整グラフ また、過電流時ピーク電流から出力電流に換算する場合は以下の計算式となります。 コイル連続電流の場合・・・ コイル不連続電流の場合・・・ *コイル脈流電流・・・・ ⊿IL ------- (2) 2 VIN L f 1 Ip2 Ip2 2 Vo (VIN - Vo ) 2 ⊿IL ⊿IL Ip- Io ⊿IL ------- (3) Vo Vo (1 ) ------- (4) L f VIN 最適な動作環境とするためには、各部品を最短で接続することが必要です。 Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 8 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 熱減定格 1.6 許容損失 PD[W] Power Dissipation 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -25 0 25 50 75 100 125 周囲温度 Ta[℃] Ambient Temperature 注 1:上記熱減定格は、ジャンクション温度 125°C で算出しています。 注 2:損失は、下記式を使って求めることが出来ます。尚、効率は、入力電圧、出力電流によっ て変化する為、P.4 の効率曲線より求め、パーセント表示のまま代入します。 注 3:D1 熱設計は別途行う必要があります。 V 100 PD VO I O 1 VF I O 1 O x VIN -----(5) VO :出力電圧 VIN :入力電圧 IO :出力電流 ηx:効率(%) VF:Di 順方向電圧 SJPB-L4…0.55V(IO=3A) Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 9 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 PCB レイアウト & 推奨ランドパターン (1) GND ラインは 4 番端子を中心にした 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。 (2) 下記パターンは本 IC の評価用基板(デモボード)のものです。 PCB レイアウト表面: 部品面(両面基板) PCB レイアウト裏面: GND 面(両面基板) 注記 PCB サイズ: 40mm × 40mm PCB 穴位置図 注記 1) 寸法: mm(inch) 2) 図は一定の縮尺で描かれていません Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 10 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 外形図 外形図 A もしくは外形図 B のいずれかで納入するものとする。 外形図 A 9.4±0.127 NR111D *4 SK *2 *1 6.35±0.127 *3 (1.524) (1.524) (1.524) 7.938±0.3175 6.35±0.127 0.2032~0.3810 3.302±0.127 0.381min 3.302±0.254 0.356~0.559 8.636±0.762 (2.54) *1.品名標示 端子配列 1.NC 2.IN 3.SW 4.GND 5.FB 6.EN 7.SS 8.BS *2.ロット番号(3 桁) 第 1 文字 西暦年号下一桁 第 2 文字 月 1~9 月:アラビア数字 10 月:O 11 月:N 12 月:D 第 3 文字 製造週 01~03:アラビア数字 注記 1)寸法表記 mm 2)図は一定の縮尺で描かれていません Rev.1.4 *3.管理番号(4 桁) *4 社票 :SK SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 単位:mm Units:mm 11 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 外形図 B 9.2±0.2 NR111D *1 6.4±0.2 *2 *4 SK *3 7.62±0.3 0.282±0.078 (2.54) 3.4±0.2 4.01±0.3 3.3±0.3 0.51min 0.475±0.095 8.7±0.3 (1.524) 端子配列 *1.品名標示 1.NC 2.IN 3.SW 4.GND 5.FB 6.EN 7.SS 8.BS *2.ロット番号(3 桁) 第 1 文字 西暦年号下一桁 第 2 文字 月 1~9 月:アラビア数字 10 月:O 11 月:N 12 月:D 第 3 文字 製造週 注記 1)寸法表記 01~03:アラビア数字 *3.管理番号(4 桁) mm *4 社票 :SK 2)図は一定の縮尺で描かれていません Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 12 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 使用上の注意 保管環境、特性検査上の取り扱い方法によっては信頼度を損なう要因となるので、注意事項に留意してくださ い。 放熱と信頼性について 面実装 IC の発熱は、実装される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。 並列運転について 電流を増すための並列運転は出来ません。 過熱保護特性について NR111D は過熱保護回路を内蔵していますが、これは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。 保管上の注意事項 保管環境は、常温(5~35°C)、常湿(40~75%)中が望ましく、高温多湿や温湿度変化の大きな場所を避けてください 腐食性ガスなどの有毒ガスが発生しない、塵埃の尐ない場所で、直射日光を避けてください 長期保管したものは、使用前にはんだ付け性やリードの錆等について再点検してください 特性検査、取り扱い上の注意事項 受入検査などで特性検査を行う場合は、測定器からのサージ電圧の印加、端子間ショートや誤接続などに十分注意 してください。また定格以上の測定は避けてください はんだ付け方法 はんだ付けの際は、下記条件以内で、できるだけ短時間に作業してください ・リフロー : 予備加熱 : 180°C / 90±30s. 本加熱 : 250°C / 10±1s. (260°C peak, 2 回) ・フロー : 260 +0°C 10°C/ 10±1s (2 回) ・はんだごて: 380±10°C / 3.5±0.5s (1 回) 静電気破壊防止のための取扱注意 製品を取り扱う場合は、人体アースを取ってください。人体アースはリストストラップなどを用い、感電防止のため、1MΩ の抵抗を人体に近い所へ入れてください デバイスを取り扱う作業台は、導電性のテーブルマットやフロアマット等を敷き、アースを取ってください カーブトレーサーなどの測定器を使う場合、測定器もアースを取ってください はんだ付けをする場合、はんだごてやディップ槽のリーク電圧が、製品に印加するのを防ぐため、はんだごての先やデ ィップ槽のアースをとってください 製品を入れる容器は、弊社出荷時の容器を用いるか、導電性容器やアルミ箔などで、静電対策をしてください Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 13 軽負荷高効率, 31V, 電流制御方式降圧 4A スイッチングレギュレータ NR111D Sep./15/2015 本資料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確認してください。 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。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 することを意図しています。 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、防災・防犯装置、各種安全 装置など)への使用を検討する場合は、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、一般的には電圧、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ります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いません。 弊社物流網外での輸送、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。 Rev.1.4 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 14