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広 VIN 範囲、500mA 同期整流型降圧レギュレータ
ISL85415
特長
ISL85415 は、入力電圧範囲 3V ～ 36V の 500mA 同期整流型降
圧レギュレータです。使いやすく、高効率で、部品点数を低
減できるので、さまざまなアプリケーションに適しています。
• 広い入力電圧範囲 : 3V ～ 36V
• 高効率同期整流型レギュレータ
• 外付け補償回路不要
ISL85415はハイサイドおよびローサイドNチャネルMOSFET
を内蔵し、軽負荷時の効率向上のためのパルス周波数変調
(PFM) モードを備えています。強制 PWM モードが必要な場
合には、PFM モードはディスエーブルになります。ISL85415
はデフォルトのスイッチング周波数500kHzで動作しますが、
外付けの抵抗を使用してスイッチング周波数を 300kHz ～
2MHz に設定することもできます。ISL85415 では、内蔵補償
回路、外付け補償回路のどちらでも使用できます。N チャネ
ル MOSFET の内蔵および内蔵補償回路を使用する選択肢に
より、最小限の外付け部品で回路を構成して、部品点数削
減、設計の簡素化を図ることができます。
• ハイサイドおよびローサイド N チャネル MOSFET を内蔵
ISL85415 は優れた性能をもつとともに、広い入力電圧範囲
と、少ない部品点数で回路を構成できる特長を生かして、さ
まざまなアプリケーション向けに使いやすいソリューショ
ンを提供します。高電圧の産業用機器アプリケーション向け
に堅牢性の高い設計を可能にするとともに、バッテリ動作の
デバイスに適した高効率ソリューションを提供します。
アプリケーション
ISL85415 は小型の 4mmx3mm 鉛フリー DFN プラスチック・
パッケージで提供され、動作温度範囲は-40°C～+125°Cです。
• クラウドインフラ
• 軽負荷時、PFM モードまたは強制 PWM モードを選択可能
• 内蔵の 500kHz 固定のスイッチング周波数または 300kHz ～
2MHz に設定可能なスイッチング周波数
• 最大 500mA の連続出力電流
• 内蔵ソフトスタート回路または外付けソフトスタート回路
を選択可能
• 最小限の外付け部品で回路を構成
• パワーグッド機能およびイネーブル機能
• 産業用制御機器
• 医療機器
• 携帯用計測器
• 分散型電源
関連ドキュメント
• AN1859 「ISL85415EVAL1Z, ISL85415AE VAL1Z Wide
VIN 500mA Synchronous Buck Regulator」を参照してくだ
さい。
100
VIN = 15V
95
VIN = 12V
VIN = 5V
1
2
3
CBOOT
100nF
CVIN
10µF
5
VOUT
COUT
10µF
4
L1
22µH
6
SS
FS
COMP
SYNC
12
11
R2
10
BOOT
FB
GND
VIN
9
VCC
PHASE
PG
PGND
EN
R3
CVCC
1µF
CFB
EFFICIENCY (%)
90
85
80
75
70
VIN = 24V
65
VIN = 33V
60
55
INTERNAL DEFAULT PARAMETER SELECTION
50
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 1. アプリケーション回路例
2013 年 11 月 13 日
FN8373.3
1
図 2. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
注意：本データシート記載のデバイスは静電気に対して敏感です。適切な取り扱いを行ってください。
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そのほかの企業名や製品名などの商標はそれぞれの権利所有者に帰属します。
ISL85415
目次
アプリケーション回路例 ............................................................................................................................................................ 4
絶対最大定格 .............................................................................................................................................................................. 6
温度情報 ..................................................................................................................................................................................... 6
推奨動作条件 .............................................................................................................................................................................. 6
電気的特性 ................................................................................................................................................................................. 6
効率曲線 ..................................................................................................................................................................................... 8
効率曲線 ................................................................................................................................................................................... 10
代表的な性能特性 .................................................................................................................................................................... 12
詳細説明 ................................................................................................................................................................................... 17
パワーオン・リセット ........................................................................................................................................................ 17
ソフトスタート ................................................................................................................................................................... 17
パワーグッド ....................................................................................................................................................................... 17
PWM 制御方式 .................................................................................................................................................................... 17
軽負荷時の動作 ................................................................................................................................................................... 17
出力電圧の選択 ................................................................................................................................................................... 18
保護機能 ................................................................................................................................................................................... 18
過電流保護 .......................................................................................................................................................................... 18
逆電流保護 .......................................................................................................................................................................... 18
過熱保護 .............................................................................................................................................................................. 19
ブートストラップ・アンダーボルテージ保護 .................................................................................................................... 19
アプリケーション・ガイドライン ........................................................................................................................................... 19
設計の簡素化 ....................................................................................................................................................................... 19
動作周波数 .......................................................................................................................................................................... 19
外部同期調整 ....................................................................................................................................................................... 19
出力インダクタの選択 ........................................................................................................................................................ 19
降圧レギュレータの出力コンデンサの選択 ........................................................................................................................ 19
ループ補償の設計 ................................................................................................................................................................ 20
レイアウトに関する考慮事項 .............................................................................................................................................. 21
改訂履歴 ................................................................................................................................................................................... 23
インターシルについて ............................................................................................................................................................. 23
パッケージ寸法図 .................................................................................................................................................................... 24
2
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
ピン配置
ISL85415
(12 LD 4X3 DFN)
TOP VIEW
12 FS
SS 1
SYNC 2
11 COMP
BOOT 3
10 FB
VIN 4
9
VCC
PHASE 5
8
PG
7
EN
PGND 6
GND
ピンの説明
ピン番号
ピン名称
ピンの説明
1
SS
SS ピンで、出力のソフトスタートのランプ時間を調整します。SS ピンとグラウンドの間の 1 つの
コンデンサで出力のランプレートが決まります。ソフトスタートの詳細は、17 ページの「ソフトス
タート」を参照してください。SS ピンを VCC に接続すると、2ms の内蔵ソフトスタート回路が使
用されます。
2
SYNC
同期信号入力および軽負荷動作モード選択入力。PWM モードに設定するには、SYNC ピンに High レ
ベルを与えるか VCC に接続します。PFM モードに設定するには、SYNC ピンに Low レベルを与え
るかグラウンドに接続します。Low レベルを設定することにより、PFM モードまたは PWM モード
を自動的に選択できるようになります。SYNC ピンに外部クロックを与えると立ち上がりエッジをト
リガとして外部同期が行われます。同期信号の周波数は、設定される IC の周波数より高くする必要
があります。SYNC ピンが開放のときにステートが不定にならないように、5M のプルダウン抵抗
が内蔵されています。
3
BOOT
パワー MOSFET ゲートドライバ用のフローティング・ブートストラップ電源ピン。ブートストラッ
プ・コンデンサは、内蔵 N チャネル MOSFET をターンオンするのに必要な充電を行います。このピ
ンと PHASE の間に 100nF 外付けコンデンサを接続してください。
4
VIN
レギュレータのパワー段用およびバイアス電圧を供給する内蔵リニア・レギュレータ用の入力電源。
デカップリング用に 4.7µF 以上のセラミック・コンデンサを IC の近くに配置し、VIN と GND の間
に接続してください。
5
PHASE
スイッチ・ノード出力。スイッチング FET に接続されており、外付け出力インダクタをこのピンに
接続します。
6
PGND
電源グラウンド。システムのグラウンド層に直接接続してください。
7
EN
レギュレータのイネーブル入力。このピンをグラウンドにプルダウンすると、レギュレータとバイア
ス電圧を供給する LDO はオフになります。このピンの電圧が 1V を上回ると、チップはイネーブル
になります。自動的にスタートアップするには、このピンを VIN に接続します。LDO は EN 電圧で
制御されるので、EN ピンを VCC に接続しないでください。
8
PG
オープン・ドレイン出力のパワーグッド信号です。出力電圧がレギュレーション・リミットより低い
ときとソフトスタート期間中は Low になります。プルアップ抵抗 5M を内蔵しています。
9
VCC
バイアス電圧を供給する内蔵 5V リニア・レギュレータの出力。1µF のセラミック・コンデンサで
PGND に対してデカップリングしてください。
10
FB
帰還入力ピン。FB は電圧ループ誤差アンプの反転入力です。COMP は誤差アンプの出力です。出力
電圧は、FB に接続された外付け抵抗分圧回路によって設定されます。また、PWM レギュレータの
パワーグッドおよびアンダーボルテージ・ロックアウト (UVLO) 回路では、FB を使用してレギュレー
タの出力電圧をモニタリングします。
11
COMP
COMP は誤差アンプの出力です。COMP ピンを VCC に接続すると、内蔵補償回路を使用します。
COMP ピンからグラウンドに RC 回路を接続した場合のみ、外付け補償回路が使用されます。詳細
は、20 ページの「ループ補償の設計」を参照してください。
12
FS
スイッチング周波数設定ピン。スイッチング周波数を 500kHz に設定するには、VCC に接続してく
ださい。スイッチング周波数を 300kHz ～ 2MHz に設定するには、グラウンドとの間に抵抗を接続し
てください。
EPAD
GND
シグナル・グラウンド。少なくとも 5 つのビアを介して実装基板のグラウンド層に接続します。すべ
ての電圧レベルが、このピンを基準に測定されています。エキスポーズド・パッドを開放のままにし
ないでください。
3
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
アプリケーション回路例
1
2
3
CBOOT
100nF
CVIN
10µF
VOUT
L1
22µH
COUT
10µF
SS
FS
5
PHASE
R2
CFB
FB
GND
VIN
11
10
BOOT
4
6
COMP
SYNC
12
9
VCC
R3
CVCC
1µF
PG
PGND
EN
図 3. 内蔵デフォルト回路を使用した回路例
1
CSS
SS
FS
2
COMP
SYNC
3
CBOOT
100nF
CVIN
10µF
5
VOUT
COUT
10µF
4
L1
22µH
6
12
RFS
11
R2
CFB
10
BOOT
FB
GND
VIN
PHASE
PGND
9
VCC
R3
CVCC
1µF
PG
RCOMP
EN
CCOMP
図 4. ユーザー設定パラメータを使用した回路例
表 1. 外付け部品選択一覧
4
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
VIN
PG
EN
SS
機能ブロック図
FB
POWER
GOOD
LOGIC
5M
VCC
BIAS
LDO
EN/SOFT
START
FB
FAULT
LOGIC
600mV VREF
FS
SYNC
600mV/Amp
Current Sense
OSCILLATOR
5M
PWM/PFM
SELECT LOGIC
PFM
CURRENT
SET
FB
BOOT
GATE
DRIVE
AND
PWM DEADTIME
PWM
s Q
R Q
Zero Current
Detection
PHASE
PGND
450mV/T Slope
Compensation
(PWM only)
gm
150k
Internal
54pF Compensation
GND
PACKAGE
PADDLE
COMP
Internal = 50µs
External = 230µs
注文情報
製品型番
(Note 1、2、3)
製品
マーキング
ISL85415FRZ
5415
ISL85415EVAL1Z
評価用ボード
温度範囲
(°C)
-40 ～ +125
パッケージ
( 鉛フリー )
12 Ld DFN
PKG.
DWG.#
L12.4x3
NOTE：
1. テープ＆リールは製品型番の末尾に「T」を付加してください。リールの詳細仕様についてはテクニカル・ブリーフ「Tape and Reel
Specification for Integrated Circuit (TB347)」を参照してください。
2. これら鉛フリーのプラスチック・パッケージ製品には、専用の鉛フリー素材、モールド素材、ダイ・アタッチ素材を採用するとともに、
端子には亜鉛 100％の梨地メッキとアニーリングを実施しています (RoHS 指令に準拠するとともに SnPb ハンダ付け作業と鉛フリー・
ハンダ付け作業とも互換性のある e3 端子仕上げ )。インターシルの鉛フリー製品は鉛フリー・ピークリフロー温度で MSL 分類に対応
し、この仕様は IPC/JEDEC J STD-020 の鉛フリー要件と同等か上回るものです。
3. 吸湿性レベル (MSL) については ISL85415 のデバイス情報ページを参照してください。MSL の詳細についてはテクニカル・ブリーフ
TB363 を参照してください。
5
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
絶対最大定格
温度情報
VIN ～ GND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -0.3V ～ +42V
PHASE ～ GND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -0.3V ～ VIN+0.3V (DC)
PHASE ～ GND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -2V ～ 43V (20ns)
EN ～ GND. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -0.3V ～ +42V
BOOT ～ PHASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -0.3V ～ +5.5V
COMP、FS、PG、SYNC、SS、VCC (GND 基準 ) . . . -0.3V ～ +5.9V
FB ～ GND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -0.3V ～ +2.95V
ESD 定格
人体モデル (JESD22-A114 に従ってテスト ) . . . . . . . . . . . . . . . .3kV
デバイス帯電モデル (JESD22-C101E に従ってテスト ) . . . . . 1.5kV
機械モデル (JESD22-A115 に従ってテスト ) . . . . . . . . . . . . . . .200V
ラッチアップ定格
(JESD-78A; Class 2, Level A に従ってテスト ) . . . . . . . . . . . . . . 100mA
熱抵抗
JA (°C/W)
JC (°C/W)
DFN パッケージ (Note 4、5) . . . . . . . . . . .
44
5.5
ジャンクション最高温度 ( プラスチック・パッケージ ) . . . .+150°C
最大保存温度範囲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -65°C ～ +150°C
周囲温度範囲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -40°C ～ +125°C
動作時の接合温度範囲 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -40°C ～ +125°C
鉛フリー・リフロープロファイル . . . . . . . . . . . . 以下の URL を参照
http://www.intersil.com/pbfree/Pb-FreeReflow.asp
推奨動作条件
温度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -40 ℃～ +125°C
電源電圧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3V ～ 36V
注意：過度に長い時間にわたって最大定格点または最大定格付近で動作させないでください。そのような動作条件を課すと製品の信頼性に影
響が及ぶ恐れがあるとともに、保証の対象とはならない可能性があります。
NOTE：
4. JA は、部品を放熱効率の高い「ダイレクト・アタッチ」機能対応の試験基板に実装した状態で、自由大気中で測定した値です。詳細は
テクニカル・ブリーフ TB379 を参照してください。
5. JC の測定における「ケース温度」位置は、パッケージ下面のエキスポーズド金属パッドの中心です。
電気的特性 特記のない限り、TA = -40°C ～ +125°C、VIN = 3V ～ 36V。代表値は TA = +25°C における値です。太字のリミット値は接合
温度範囲 -40°C ～ +125°C に対して適用されます。
6
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
電気的特性 特記のない限り、TA = -40°C ～ +125°C、VIN = 3V ～ 36V。代表値は TA = +25°C における値です。太字のリミット値は接合
温度範囲 -40°C ～ +125°C に対して適用されます。( 続き )
NOTE：
6. テスト条件 : VIN = 36V、FB は強制的にレギュレーション・ポイント (0.6V) を超過、スイッチングなし、パワー MOSFET ゲート充電電
流は除外。
7. 電流検出アンプのゲインテストおよび電流検出アンプの出力テスト (IL = 0A) に基づいて定められています。
8. 特記のない限り、MIN や MAX のリミット値が記載されたパラメータは、+25°C で 100% テストされています。温度のリミット値は特性
評価によって定められたものであり、製造時テストは行われていません。
9. Minimum On-Time はループ安定性の維持に必要なパラメータです。
7
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
効率曲線
FSW = 800kHz、TA = +25°C
100
100
VIN = 6V
90
90
85
85
80
75
V
V
V
V
V
VIN = 33V
VIN = 24V
70
65
VIN = 33V
70
65
60
55
50
0
90
90
85
85
80
75
70
VIN = 33V
VIN = 24V
65
80
75
65
60
55
55
0
50
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0.05 0.10 0.15
OUTPUT LOAD (A)
0.35 0.40 0.45
0.50
図 8. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 3.3V
100
100
95
VIN = 15V
VIN = 12V
90
95
VIN = 5V
85
80
75
70
65
VIN = 24V
VIN = 33V
75
70
55
OUTPUT LOAD (A)
図 9. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 1.8V
8
VIN = 24V
65
55
0.50
VIN = 5V
80
60
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
VIN = 12V
85
60
0
VIN = 15V
90
EFFICIENCY (%)
EFFICIENCY (%)
0.20 0.25 0.30
OUTPUT LOAD (A)
図 7. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
50
VIN = 33V
VIN = 24V
70
60
50
0.50
VIN = 5V
VIN = 12V
VIN = 15V
95
EFFICIENCY (%)
EFFICIENCY (%)
100
VIN = 5V
VIN = 12V
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
図 6. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 5V
100
VIN = 15V
0.05
OUTPUT LOAD (A)
図 5. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 5V
95
VIN = 6V
VIN = 24V
75
55
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
VIN = 12V
80
60
50
0
VIN = 15V
95
EFFICIENCY (%)
EFFICIENCY (%)
VIN = 12V
VIN = 15V
95
50
0
0.05 0.10 0.15
VIN = 33V
0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 10. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 1.8V
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
効率曲線
FSW = 800kHz、TA = +25°C ( 続き )
5.020
5.018
VIN = 12V
5.014
VIN = 6V
5.012
5.010
VIN = 24V
5.008
OUTPUT VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
5.016
5.006
5.010
VIN = 33V
5.005
VIN = 24V
5.000
0
4.995
VIN = 15V
4.990
4.985
4.975
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
3.336
VIN = 15V
VIN = 12V
VIN = 5V
3.330
3.328
VIN = 24V
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.332
3.326
VIN = 12V
VIN = 5V
3.340
3.324
VIN = 33V
3.335
VIN = 24V
3.330
VIN = 15V
3.325
3.320
3.315
VIN = 33V
0
3.310
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0
OUTPUT LOAD (A)
図 13. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 3.3V
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 14. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
1.777
1.785
1.776
1.780
VIN = 15V
1.775
1.774
VIN = 12V
1.773
1.772
VIN = 5V
1.771
OUTPUT VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
3.345
3.334
3.322
0
図 12. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 5V
図 11. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 5V
VIN = 5V
VIN = 15V
1.775
1.770
VIN = 12V
VIN = 24V
VIN = 33V
1.765
1.760
1.770
1.769
VIN = 12V
4.980
VIN = 33V
5.004
OUTPUT VOLTAGE (V)
VIN = 6V
5.015
VIN = 15V
0
VIN = 33V
VIN = 24V
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 15. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 1.8V
9
1.755
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 16. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 1.8V
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
効率曲線
FSW = 500kHz、TA = +25°C
100
VIN = 12V
95
100
VIN = 6V
90
85
VIN = 24V
80
VIN = 15V
75
VIN = 33V
70
65
60
OUTPUT VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
90
85
VIN = 24V
80
75
VIN = 33V
70
65
55
0
50
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
0
OUTPUT LOAD (A)
図 17. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 5V
100
VIN = 12V
95
85
80
VIN = 24V
75
70
VIN = 15V
VIN = 33V
65
85
80
70
60
55
55
50
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
VIN = 15V
VIN = 33V
65
60
0
VIN = 24V
75
0
図 19. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 20. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 3.3V
100
100
95
95
VIN = 5V
85
80
75
VIN = 15V
70
VIN = 24V
65
60
VIN = 33V
VIN = 12V
90
OUTPUT VOLTAGE (V)
VIN = 12V
90
OUTPUT VOLTAGE (V)
VIN = 5V
90
OUTPUT VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
VIN = 12V
95
VIN = 5V
90
VIN = 5V
85
80
75
70
VIN = 15V
VIN = 24V
65
60
55
50
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 18. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 5V
100
50
VIN = 15V
60
55
50
VIN = 6V
VIN = 12V
95
55
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 21. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 1.8V
10
50
VIN = 33V
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 22. 効率 vs 負荷電流、PWM、VOUT = 1.8V
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
効率曲線
FSW = 500kHz、TA = +25°C ( 続き )
100
100
VIN = 24V
90
85
85
80
75
70
65
80
75
70
65
60
60
55
55
50
0
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
VIN = 24V
95
90
EFFICIENCY (%)
EFFICIENCY (%)
95
50
0.1
0
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
OUTPUT LOAD (A)
図 23. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 1.8V
図 24. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
5.022
100
VIN = 24V
95
5.020
OUTPUT VOLTAGE (V)
85
80
75
70
65
60
5.018
5.016
VIN = 12V
VIN = 6V
5.014
5.012
5.010
VIN = 33V
5.008
55
0
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
5.006
0.1
図 25. 効率 vs 負荷電流、PFM、VOUT = 5V
VIN = 15V
VIN = 24V
0
OUTPUT LOAD (A)
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 26. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 5V
5.040
VIN = 12V
5.030
OUTPUT VOLTAGE (V)
EFFICIENCY (%)
90
50
0.1
OUTPUT LOAD (A)
VIN = 6V
5.020
5.010
5.000
VIN = 33V
VIN = 15V
4.990
VIN = 24V
4.980
4.970
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 27. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 5V
11
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
効率曲線
FSW = 500kHz、TA = +25°C ( 続き )
3.350
3.360
VIN = 15V
3.346
3.344
VIN = 12V
3.342
3.340
VIN = 33V
3.336
0
VIN = 15V
3.345
3.335
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
VIN = 5V
VIN = 24V
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 29. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 3.3V
1.812
1.820
1.811
1.818
1.809
1.808
VIN = 12V
1.807
1.806
1.805
VIN = 5V
1.804
VIN = 33V
0
VIN = 15V
1.816
1.814
VIN = 12V
1.812
1.810
1.808
VIN = 33V
1.806
VIN = 5V
1.804
VIN = 24V
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 30. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 1.8V
代表的な性能特性
OUTPUT VOLTAGE (V)
VIN = 15V
1.810
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.350
VIN = 24V
図 28. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PWM、VOUT = 3.3V
1.803
VIN = 33V
3.340
VIN = 5V
3.338
VIN = 12V
3.355
OUTPUT VOLTAGE (V)
OUTPUT VOLTAGE (V)
3.348
1.802
VIN = 24V
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
OUTPUT LOAD (A)
図 31. VOUT レギュレーション vs 負荷電流、PFM、VOUT = 1.8V
VIN = 24V、VOUT = 3.3V、FSW = 800kHz、TA = +25°C
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 2V/DIV
VOUT 2V/DIV
EN 20V/DIV
EN 20V/DIV
PG 2V/DIV
PG 2V/DIV
5ms/DIV
5ms/DIV
図 32. 無負荷時のスタートアップ、PFM
図 33. 無負荷時のスタートアップ、PWM
12
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
代表的な性能特性
VIN = 24V、VOUT = 3.3V、FSW = 800kHz、TA = +25°C ( 続き )
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 2V/DIV
VOUT 2V/DIV
EN 20V/DIV
EN 20V/DIV
PG 2V/DIV
500ms/DIV
PG 2V/DIV
500ms/DIV
図 34. 無負荷時のシャットダウン、PFM
図 35. 無負荷時のシャットダウン、PWM
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 2V/DIV
VOUT 2V/DIV
IL 500mA/DIV
IL 500mA/DIV
PG 2V/DIV
PG 2V/DIV
50µs/DIV
5ms/DIV
図 36. 500mA 負荷時のスタートアップ、PWM
図 37. 500mA 負荷時のシャットダウン、PWM
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 2V/DIV
VOUT 2V/DIV
IL 500mA/DIV
IL 500mA/DIV
PG 2V/DIV
PG 2V/DIV
5ms/DIV
図 38. 500mA 負荷時のスタートアップ、PFM
13
50µs/DIV
図 39. 500mA 負荷時のシャットダウン、PFM
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
代表的な性能特性
VIN = 24V、VOUT = 3.3V、FSW = 800kHz、TA = +25°C ( 続き )
PHASE 5V/DIV
PHASE 5V/DIV
50ns/DIV
50ns/DIV
図 40. 無負荷時のジッタ、PWM
図 41. 500mA 負荷時のジッタ、PWM
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 10mV/DIV
VOUT 10mV/DIV
IL 100mA/DIV
IL 200mA/DIV
5ms/DIV
500ns/DIV
図 42. 無負荷時の定常状態動作、PFM
図 43. 無負荷時の定常状態動作、PWM
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 50mV/DIV
VOUT 10mV/DIV
IL 500mA/DIV
IL 200mA/DIV
1µs/DIV
10µs/DIV
図 44. 500mA 負荷時の定常状態動作、PWM
図 45. 20mA 軽負荷動作、PFM
14
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
代表的な性能特性
VIN = 24V、VOUT = 3.3V、FSW = 800kHz、TA = +25°C ( 続き )
PHASE 20V/DIV
VOUT 100mV/DIV
VOUT 10mV/DIV
IL 100mA/DIV
IL 500mA/DIV
1µs/DIV
200µs/DIV
図 46. 20mA 軽負荷動作、PWM
図 47. 負荷過渡応答、PFM
PHASE 20V/DIV
VOUT 50mV/DIV
VOUT 10mV/DIV
IL 500mA/DIV
IL 1A/DIV
2µs/DIV
200µs/DIV
図 49. PFM モードから PWM モードへの切り替わり
図 48. 負荷過渡応答、PWM
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 2V/DIV
VOUT 2V/DIV
IL 500mA/DIV
IL 1A/DIV
PG 2V/DIV
20µs/DIV
図 50. 過電流保護動作、PWM
15
PG 2V/DIV
50ms/DIV
図 51. 過電流保護ヒカップモード動作、PWM
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
代表的な性能特性
VIN = 24V、VOUT = 3.3V、FSW = 800kHz、TA = +25°C ( 続き )
PHASE 20V/DIV
PHASE 20V/DIV
VOUT 5V/DIV
SYNC 2V/DIV
IL 0.5A/DIV
PG 2V/DIV
200ns/DIV
10µs/DIV
図 52. 500mA 負荷時の同期信号、PWM
図 53. 逆電流保護動作、PWM
PHASE 20V/DIV
VOUT 5V/DIV
VOUT 2V/DIV
IL 0.5A/DIV
PG 2V/DIV
PG 2V/DIV
200µs/DIV
図 54. 逆電流保護動作からの回復、PWM
16
500µs/DIV
図 55. 過熱保護動作、PWM
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
詳細説明
ISL85415 は、同期整流型降圧 PWM コントローラと内蔵パ
ワースイッチを組み合わせたものです。降圧コントローラは
内蔵しているハイサイドおよびローサイド N チャネル
MOSFET を駆動し、最大 500mA の負荷電流を供給します。
この降圧レギュレータは、レギュレートされていない +3V ～
+36V の DC ソース ( バッテリなど ) で動作します。
内蔵 LDO
は、IC の低圧回路にバイアス電圧を供給します。
ピーク電流モード制御を使用して、帰還ループ補償の簡素化
と入力電圧変動の除去を行います。内蔵の帰還ループ補償回
路を使用すれば、設計がさらに簡単になります。ISL85415 は
デフォルトのスイッチング周波数 500kHz で動作します。
降圧レギュレータは電流検出回路を内蔵しており、ピーク電
流制限のしきい値は通常 0.9A です。
パワーオン・リセット
ISL85415 は、入力電力を受け取ると自動的に初期化を行いま
す。また、EN ピンの状態を継続的にモニタリングします。
EN の電圧がロジックの立ち上がりスレッショルドより低い
状態にあるとき、IC はシャットダウン状態で、VIN 電源か
らの消費電流は通常 1µA です。EN の電圧がロジックの立ち
上がりスレッショルドを超えると、レギュレータはバイアス
電圧供給用 LDO をイネーブルにし、VCC ピンの電圧モニタ
リングを開始します。VCC の電圧が立ち上がり POR スレッ
ショルドを超えると、コントローラはスイッチング・レギュ
レータの回路を初期化します。
VCC が立ち上がり POR スレッ
ショルドを超えるまでは、コントローラによってスイッチン
グ・レギュレータは動作が禁止されています。スイッチング・
レギュレータの動作中に、
VCC が立ち下がり POR スレッショ
ルドより低下した場合は、VCC が回復するまでスイッチン
グ・レギュレータはシャットダウンされたままになります。
ソフトスタート
大きな突入電流が流れないように、スタートアップ時 VOUT
は最終値のレギュレーション電圧まで徐々に増加します。ソ
フトスタート時間は SS ピンの接続で決まります。SS ピンを
VCC に接続すると、ソフトスタートに 2ms の内蔵タイマが
使用されます。他のソフトスタート時間にする場合は、単純
に、SS ピンとグラウンドの間にコンデンサを 1 個接続して
ください。この場合、2µA の電流によって SS の電圧は上昇
します。FB ピンの電圧は、600mV の基準電圧レベルに達す
るまでこのランプ電圧に追従します。このときのソフトス
タート時間は、式 1 で表されます。
Time  ms  = C  nF  0.3
ク電流モードのパルス幅変調 (PWM) 制御を採用しています。
電流ループは、電流検出回路、傾き補償ランプ、PWM コン
パレータ、発振器、ラッチで構成されています。電流検出ア
ンプのトランス・レジスタンスは通常 600mV/A で、傾き補
償のスルーレート Se は通常 450mV/T です。ここで、T はス
イッチング・サイクルの周期です。電流ループの制御基準に
は誤差アンプの出力 VCOMP を使用しています。
クロックパルスが PWM ラッチをセットし上側の FET がオン
になると PWM サイクルが始まります。上側の FET とインダ
クタを流れる電流が一定の比率で増加します。この電流は検
出された後に電圧 (VCSA) に変換されて、傾き補償信号との
和がとられます。合わさった信号は VCOMP と比較され、
VCOMP に等しくなるとラッチがリセットされます。ラッチ
がリセットされると上側の FET がオフになり、
下側の FET が
オンになります。そして、インダクタを流れる電流が一定の
比率で減少します。クロック信号によって次の PWM サイク
ルが開始されるまで、下側の FET はオンのままです。図 56
に PWM 動作時の動作波形例を示します。点線の波形は電流
検出信号と傾き補償信号の和を表しています。
誤差アンプによって VCOMP とインダクタを流れる出力電流
が変化するにつれて、出力電圧はレギュレートされます。誤
差アンプはトランスコンダクタンス・アンプで、その出力
(COMP) を RC 直列回路を介してグラウンドに接続します。
COMP ピンを VCC に接続すると、誤差アンプの出力は内蔵
の RC 回路 (150k/54pF) を介してグラウンドに接続されます。
また、トランスコンダクタンスは、COMP ピンを VCC に接
続したとき 50µA/V に対して、外付け RC 回路使用時は
220µA/V です。誤差アンプの非反転入力は内部で 600mV 基
準電圧に接続されています。誤差アンプの反転入力は FB ピ
ンを介して出力電圧に接続されており、また FB につながっ
ている抵抗分圧回路にも接続されています。
VCOMP
VCSA
DUTY
CYCLE
IL
VOUT
（式 1）
パワーグッド
図 56. PWM 動作波形
パワーグッド (PG) は、降圧レギュレータの出力電圧を、FB
ピンを介して継続的にモニタリングするウィンドウ・コンパ
レータのオープン・ドレイン出力です。EN が Low のときや、
降圧レギュレータのソフトスタート期間中は、PG が Low に
維持されます。ソフトスタート期間が終了すると、PG はハ
イ・インピーダンスになり、FB ピンの電圧が 3 ページの「電
気的特性」で指定された範囲内にある間はその状態が維持さ
れます。FB の電圧が指定されたウィンドウの外に出たとき
は、FB が元に戻るまで PG は Low のままになっています。
過熱フォルト発生時にも、ソフトスタートの試行によって
フォルト状態がクリアされるまで PG は強制的に Low に維持
されます。プルアップ抵抗 5M を内蔵しています。
PWM 制御方式
ISL85415 は、高速負荷応答とパルスごとの電流制限を実現す
るために、5 ページの「機能ブロック図」に示すようにピー
17
軽負荷時の動作
軽負荷時、コンバータの効率はパルス周波数変調 (PFM) を使
用して改善できます。SYNCピンをグラウンドに接続すると、
コントローラは負荷電流が小さいとき自動的に PFM モード
で動作します。電流不連続モード (DCM) の動作を図 57 に示
します。インダクタ電流が 8 サイクル連続してゼロを下回る
と、IC は電流不連続モードに移行します。これは、負荷電
流がインダクタのピーク・ツー・ピーク・リップル電流の
1/2 に等しく、次の式 2 で設定できることに対応します。
V OUT  1 – D 
I OUT = ---------------------------------2LF s
（式 2）
ここで、D はデューティ・サイクル、FS はスイッチング周
波数、L はインダクタの値、IOUT は出力負荷電流、VOUT は
出力電圧です。
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
PWM
DCM
PULSE SKIP
DCM
PWM
CLOCK
8 CYCLES
IL
LOAD CURRENT
0
VOUT
図 57. 電流不連続モード動作波形
PFM モードで動作している間、レギュレータは出力電圧を
単純なコンパレータ 1 個と FET のパルス電流で制御します。
コンパレータは、FB の電圧が 600mV の基準電圧レベルと等
しくなると信号を出します。その時点からレギュレータはパ
ルス電流を流し始め、FB の電圧が 600mV の基準電圧レベル
より 1% だけ高くなると電流供給を止めます。パルス電流は
およそ 300mA で、コンバータの設定動作周波数と等しい周
波数で流れます。
PFM モードにおけるパルス電流の性質を利用して、コンバー
タは負荷電流を制限することができます。負荷電流が制限値
を超えると、VOUT は減り始めます。2 番目のコンパレータ
によって、FB の電圧が 600mV の基準電圧レベルから 1% 低
下すると、コンバータは強制的に PWM モード動作に戻され
ます。
出力電圧の選択
レギュレータの出力電圧は、内部基準電圧に基づいて VOUT
を調整する外付け抵抗分圧回路を使用して容易に設定でき
ます。調整された電圧は、誤差アンプの反転入力に印加され
ます ( 図 57 参照 )。
出力電圧設定抵抗 R3 は、帰還抵抗 R2 に対して選択した値
と、レギュレータの必要な出力電圧 VOUT に依存します。
VOUT と抵抗値の関係を式 3 に示します。
R 2 x0.6V
R 3 = ---------------------------------V OUT – 0.6V
（式 3）
必要な出力電圧が 0.6V の場合は、R3 は実装しないで、R2 を
0Ω にします。
VOUT
FB
+
-
EA
R2
R3
0.6V
REFERENCE
図 58. 外付け抵抗分圧回路
18
保護機能
ISL85415 には、過電流、逆電流および過熱に対する保護機
能があります。保護回路は自動的に動作します。
過電流保護
PWM のオン時間中は、上側の FET を流れる電流がモニタリ
ングされ、ピーク電流制限の公称値 0.9A と比較されます。電
流が制限値に達すると、上側の FET はオフになり、次回のス
イッチング・サイクルまでオンになりません。このようにし
て、FET のピーク電流制限は常にうまく動作しています。
過電流状態が 17 クロック・サイクル連続すると、レギュレー
タはヒカップモード・シーケンスを開始します。この場合、2
つの FET はともにオフになり、パワーグッド信号は Low に
なります。この状態は 8 ソフトスタート・サイクル持続し、
その後、レギュレータは通常のソフトスタート・シーケンス
を試行します。
出力のフォルト状態が持続すると、レギュレータはヒカップ
モード・シーケンスを無限に繰り返します。ソフトスタート
中に出力が短絡したとしても何の危険もありません。
VOUT が非常に短時間で短絡すると、17 クロック・サイクル
連続の過電流状態が検出される前に、FB の電圧が急激に低
下して目標値の 5/8 を下回ることがあります。ISL85415 で
は、この状態を識別してスイッチング周波数を低下させ、FB
ピンの電圧に比例した周波数になるようにします。この結
果、いかなる状態においても (VOUT が 0V に近い状態など )、
インダクタ電流が流れないようになります。
逆電流保護
外部ソースが何らかの理由で VOUT に電流を流し込むと、外
部ソースからの電流を吸収するために、コントローラはイン
ダクタ電流を逆流させてVOUT をレギュレートしようとしま
す。外部ソースのインピーダンスが低い場合には、逆電流が
許容レベルを超えることがあり、コントローラは逆電流保護
を開始します。通常の過電流と同様に、下側の FET を流れる
電流のモニタリングをして逆電流保護を実現しています。イ
ンダクタ電流のバレー点が逆電流の制限値に達すると、下側
の FET はオフになり、上側の FET は強制的にオンになりま
す。上側の FET は、電流が順方向の電流制限値に達するか内
部クロック信号が発生するまでオフになりません。上側の
FET がオフになった時点で、下側の FET は通常動作に戻りま
す。次回のスイッチング・サイクルで電流が再び逆電流の制
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
300
RFS (kΩ)
限値に達すると、上側の FET は再度強制的にオンになり、電
流は順方向の電流制限値の 1/6 に制限されます。この時点で、
コントローラは 2 つの FET をともにオフにして、COMP の電
圧が通常動作に戻るのを待ちます。この期間、コントローラ
は PHASE と PGND の間に 100 の負荷抵抗を接続して出力
を放電します。逆電流保護はパルスごとに動作し、自動的に
回復します。下側の FET のダイオード・エミュレーション動
作のため逆電流を流すことができないので、PFM モードでは
逆電流保護はディスエーブルになります。
過熱保護
200
100
過熱保護は、ISL85415 のジャンクション最高温度を制限し
ます。ジャンクション温度 (TJ) が +150°C を超えると、2 つ
の FET はともにオフになり、コントローラは温度がおよそ
20°C 下がるのを待ちます。この期間、パワーグッド信号は
Low になります。温度が許容範囲に入ると、コントローラは
通常のソフトスタート・シーケンスを開始します。連続動作
をさせる場合、+125°C のジャンクション温度定格を超えな
いようにしてください。
ブートストラップ・アンダーボルテージ保護
ブートストラップ・コンデンサの電圧が 1.8V より低下した
場合、ブートストラップ・アンダーボルテージ保護回路は下
側の FET をオンにして、400ns の間、コンデンサを再充電し
ます。この動作は、PFM モードの無負荷状態のように、長
時間スイッチングが停止している期間中に起こることがあ
ります。ドロップアウトに近い状態 (VIN が VOUT に近い状
態 ) で PWM 動作しているとき、複数のクロック・サイクル
の間、上側の FET をオンに保つことがあります。ブートス
トラップ・コンデンサが放電しないように、10 クロック・サ
イクルごとにおよそ 200ns の間、下側の FET を強制的にオン
にします。
0
500
1000
1250
1500
1750
2000
FS (kHz)
図 59. RFS vs スイッチング周波数
外部同期調整
動作周波数は SYNC ピンに印加する最大 2MHz の外部信号
に同期させることができます。SYNC の立ち上がりエッジに
よって PHASE の立ち上がりエッジがトリガされます。正し
く同期させるには、外部信号の周波数を設定される自走周波
数より少なくとも 10% 以上高くする必要があります。
出力インダクタの選択
インダクタの値によってコンバータのリップル電流が決ま
ります。インダクタ電流を選択するには、リップル電流 I
をある程度任意に決める必要があります。妥当な設計の出発
点として、インダクタ電流リップルを最大負荷電流の 30%
に設定します。インダクタの値は式 5 で求められます。
L=
アプリケーション・ガイドライン
750
VIN - VOUT
FS x DI
x
VOUT
（式 5）
VIN
ISL85415 では大部分のパラメータをユーザーが設定できま
すが、最小限の外付け部品で回路を構成する最も簡単な方法
の場合は、SS ピン、COMP ピンおよび FS ピンの設定時、内
蔵回路を使用する必要があります。また、4 ページの表 1 に
さまざまな出力電圧に対応する外付け部品選択一覧を示し
ていますので、最小限の手間で回路設計ができます。
インダクタンス値を大きくすると、リップル電流は減少し
リップル電圧も低くなります。ただし、インダクタンス値が
大きくなると、コンバータの負荷過渡応答時間が短くなるこ
とがあります。インダクタの電流定格は過電流状態でも飽和
しないようにしてください。標準的な ISL85415 アプリケー
ションでは、インダクタの値は一般に 10µH ～ 47µH の範囲
にあります。一般的に、VOUT が高いほどインダクタンス値
を大きくする必要があります。
動作周波数
降圧レギュレータの出力コンデンサの選択
FS を VCC に接続すると、ISL85415 はデフォルトのスイッチ
ング周波数 500kHz で動作します。スイッチング周波数を
300kHz ～ 2MHz に設定するには、式 4 に示す抵抗を FS とグ
ラウンドの間に接続してください。
インダクタ電流のフィルタリングには出力コンデンサが必
要です。電流モード制御ループの採用により、低 ESR セラ
ミック・コンデンサを使用することができ、プリント基板上
の回路実装面積を大幅に削減できます。電解コンデンサやポ
リマー・コンデンサも使用できます。
設計の簡素化
R FS  k  = 108.75k  t – 0.2s   1s
ここで、
t はスイッチング周期で、単位は µs です。
19
（式 4）
セラミック・コンデンサは総合的性能に優れ、高い信頼性も
ありますが、実際の使用回路での容量について考慮する必要
があります。セラミック・コンデンサは、大きいピーク・
ツー・ピーク電圧振幅を使用して DC バイアスがない状態で
仕様を定めています。DC/DC コンバータ・アプリケーショ
ンでは、これらの条件は現実を反映していません。その結
果、実容量が表記容量より大幅に小さくなっていることがあ
ります。実際のアプリケーションでの容量を決めるには、
メーカーのデータシートを調べてください。ほとんどの
メーカーは容量 -DC バイアス特性を公表していますので、
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
DC バイアスが容量に与える影響について容易に対応するこ
とができます。AC 電圧の影響については、あまり公表され
ていませんが、容量低下はおよそ 20% 超であると仮定すれ
ば通常は十分です。これらを考慮すると、実容量は公称値よ
り 50% 低いことがあるので、設計計算にはこの値を使用す
る必要があります。上記問題があるにしても、セラミック・
コンデンサは信頼性が高く ESR がきわめて低いため、多く
のアプリケーションに適しています。
Vo
R2
C3
VFB
R3
VREF
-
VCOMP
GM
+
R6
C7
必要とするリップル電圧レベルに適合する必要なコンデン
サ容量は、次式で計算できます。より容量の大きいコンデン
サを使用することもあります。
C6
低 ESR のセラミック・コンデンサの場合、
I
V OUTripple = --------------------------------------8 F SW C OUT
（式 6）
ここで、I はインダクタのピーク・ツー・ピーク・リップル
電流、FSW はスイッチング周波数、COUT は出力コンデンサ
です。
電解コンデンサの場合、
V OUTripple = I*ESR
+
^
iL
LP
GAIN (VLOOP (S(fi))
+
vo^
RLP
Vind^
ILd^ 1:D
RT
cp1
cp2
（式 8）
K
Fm
Tv(S)
He(S)
v^comp
補償回路の設計目標は以下のとおりです。
高 DC ゲイン
ループ帯域幅 fc：100kHz 未満
ゲインマージン：>10dB
位相マージン：>40°
補償回路の設計手順は以下のとおりです。
クロスオーバー周波数 fc におけるループゲインはユニティ
ゲインです。そこで、補償回路の抵抗 R6 は式 9 で求められ
ます。
（式 9）
GM は各位相の電圧誤差アンプのトランスコンダクタンス
gm の和です。補償回路のコンデンサ C6 は式 10 で与えられ
ます。
Ro
Ti(S)
d^
C6 + C7
R2 + R3
1
1
 cz1 = --------------- ,  cz2 = ---------------  cp1 = -----------------------  cp2 = ---------------------R6 C6 C7
R6 C6
C3 R2 R3
R2 C3
2f c V o C o R t
3
R 6 = --------------------------------- = 27.3 10  f c V o C o
GM  V FB
Rc
Co
+
S 
S
 1 + ------------ 1 + -------------

GM  R 3
 cz1 
 cz2
v̂ COMP
A v  S  = -------------------- = -------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------- C6 + C7    R2 + R3  
S  1 + S 
v̂ FB
S 1 + ------------ 
-------------



ここで、
COMP ピンが VCC に接続されていない場合、COMP ピンは
外付けループ補償用に有効になります。ISL85415 は、一定
周波数のピーク電流モード制御アーキテクチャを用いて、高
速ループ過渡応答を実現しています。ハイサイド MOSFET
に並列に接続した正確な電流センス・パイロット・デバイス
をピーク電流制御と過電流保護の両方に使用しています。イ
ンダクタ・ピーク電流は一定ですのでインダクタを状態変数
と見なす必要はなく、系は一次系になります。電圧モード制
御と比べて、タイプ II 補償回路を設計してループを安定化す
るほうがはるかに簡単です。ピーク電流モード制御には本
来、入力電圧フィード・フォワード機能が備わっているため、
良好なライン・ レギュレーションが得られます。図 60 に同
期整流型降圧レギュレータの小信号モデルを示します。
^
Vin
タイプ II 補償回路の回路を図 61 に、伝達関数を式 8 に示し
ます。
（式 7）
ループ補償の設計
^
iin
図 61. タイプ II 補償回路
-Av(S)
図 60. 同期整流型降圧レギュレータの小信号モデル
Ro Co Vo Co
Rc Co 1
C 6 = --------------- = --------------- ,C 7 = max (--------------,----------------)
R6
Io R6
R 6 f s R 6
（式 10）
高 DC ゲインを得るために、補償回路の 1 つのポールをゼロ
周波数に配置し、もう 1 つのポールをスイッチング周波数の
1/2 か ESR ゼロ周波数のいずれか、式 10 で低いほうに配置
します。必須ではありませんが、ゼロを追加すると位相マー
ジンが向上します。CZ2 は R2 と C3 で構成されるゼロです。
補償回路のゼロはクロスオーバー周波数 fc の 2 ～ 5 倍の周
波数に配置します。
1
C 3 = ---------------f c R 2
20
（式 11）
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ISL85415
例：VIN = 12V、
VO = 5V、
IO = 500mA、fs = 500kHz、
R2 = 90.9k、
Co = 22µF/5mΩ、L = 39µH、fc = 50kHz のとき、15.2 補償回路
の抵抗 R6 は、以下のようになります。
30
R6 として、上記の値に最も近い入手可能な素子の標準値
150kを使用します。
5V  22 F
C 6 = ------------------------------------------- = 1.46nF
500mA  150k
45
（式 12）
（式 13）
GAIN (dB)
3
R 6 = 27.3 10  50kHz  5V  22F = 150.2k
60
-30
100
C6 と C7 についても同様に、上記の値に最も近い入手可能な
素子の標準値を使用します。VCOMP と GND との間におよそ
3pF の寄生容量が存在するため、C7 の実装は必須ではありま
せん。C6 = 1500pF を使用し、C7 は開放とします。
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
1k
10k
FREQUENCY (Hz)
100k
1M
180
150
（式 15）
120
PHASE (°)
また、C3 = 68pF を使用します。C3 によって、前述の推定値
よりもループ帯域幅が増加することがある点に注意してく
ださい。図 62 に電圧ループゲインのシミュレーション結果
を示します。ループ帯域幅は 75kHz、位相マージンは 61°、
ゲインマージンは 6dB が得られています。ゲインマージンを
もっと大きくすることが必要な場合があります。そのときは
R6 を 20% ～ 30% だけ小さくすれば、ゲインマージンを大き
くできます。実際に、セラミック・コンデンサは、タイプに
よっては電圧および温度に関してかなりのディレーティン
グを必要とします。詳細については、セラミック・コンデン
サのデータシートをご覧ください。
0
-15
5m  22F-,--------------------------------------------------1
C 7 = max (--------------------------------) = (0.7pF,4.2pF)
150k
  500kHz  150k
（式 14）
1
C 3 = -------------------------------------------------= 70pF
  50kHz  90.9k
15
90
60
30
0
100
100k
1M
図 62. ループゲインのシミュレーション結果
レイアウトに関する考慮事項
電源コンバータのレイアウトを適切に行えば、EMI とノイズ
を最小限に抑え、設計の最初のパスでの成功を確実にしま
す。プリント基板レイアウトは、複数の形式でインターシル
のウェブサイトに掲載されています。さらに、図 63 を用い
てプリント基板レイアウトの重要なポイントを明らかにし
ます。実際に、ISL85415 のプリント基板レイアウトはきわ
めて単純です。
グラウンド層のある多層式プリント基板を推奨します。図 63
は、コンバータにおける重要な部品の接続を示しています。
コンデンサ CIN と COUT は、それぞれ複数の物理コンデンサ
で構成される場合もあります。最も重要な接続は、PGND ピ
ンとパッケージのグラウンド・パッドの接続と、ビアを介し
たグラウンド・パッドとシステムのグラウンド層との直接接
続です。グラウンド・パッドをシステムのグラウンド層へ接
続することによって、リターン電流すべてが流れる低イン
ピーダンスの経路を確保します。同時に、これは熱を放散さ
せる優れた熱特性をもつ経路にもなります。この接続の後、
入力コンデンサに高周波用積層セラミック・コンデンサ
(MLCC) を使用して、VIN ピンの近くに配置します。このコ
ンデンサに接続したコンデンサパッドを、ビアを介してシス
テムのグラウンド層に直接接続します。
ブートストラップ・コンデンサをプリント基板上でコント
ローラ IC と反対側の位置に配置するのは容易です。2 つの
ビアを介して、このコンデンサを直接 BOOT ピンと PHASE
ピンに接続します。
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FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
1µF の積層セラミック・コンデンサを VCC ピンの近くに配
置し、そのコンデンサの反対側のリードをシステムのグラウ
ンド層にビアで直接接続してください。
帰還抵抗分圧回路は FB ピンの近くに配置し、帰還部品の経
路がいずれも PHASE や BOOT の近くを通らないようにして
ください。SS、COMP および FS に外付け部品を接続する場
合も、上記の注意事項を守ってください。
CSS
RFS
CVCC
CVIN
L1
COUT
図 63. プリント基板の電源層とアイランド
そのほかの製品については www.intersil.com/product_tree/ を参照してください。
インターシルは、www.intersil.com/design/quality/ に記載の品質保証のとおり、
ISO9000 品質システムに基づいて、製品の製造、組み立て、試験を行っています。
インターシルは、製品を販売するにあたって、製品情報のみを提供します。インターシルは、いかなる時点においても、予告なしに、回路設計、ソフ
トウェア、仕様を変更する権利を有します。製品を購入されるお客様は、必ず、データシートが最新であることをご確認くださいますようお願いいた
します。インターシルは正確かつ信頼に足る情報を提供できるよう努めていますが、その使用に関して、インターシルおよび関連子会社は責を負いま
せん。また、その使用に関して、第三者が所有する特許または他の知的所有権の非侵害を保証するものではありません。インターシルおよび関連子会
社が所有する特許の使用権を暗黙的または他の方法によって与えるものではありません。
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2013 年 11 月 13 日
ISL85415
改訂履歴
この改訂履歴は参考情報として掲載するものであり、正確を期すように努めていますが、内容を保証するものではありませ
ん。最新のデータシートについてはインターシルのウェブサイトをご覧ください。
日付
レビジョン
変更点
2013 年 11 月 13 日
FN8373.3
3 ページの「ピンの説明」で SS ピンに関する参照先のページ番号を修正。「PFM モードに設定す
るには、SYNC ピンに Low レベルを与えるかグラウンドに接続します。
」という文の直後に「論
理グラウンドを設定することで IC が PFM モードまたは PWM モードを自動的に選択するように
できます。」という SYNC ピンに関する説明を追加。プルダウン抵抗を 1MΩ から 5MΩ に変更。
6 ページの「電気的特性」表で SYNC Pulse Width の TYP の数値 100ns を MIN に移動。
7 ページの「電気的特性」表の下の NOTE：に「Minimum On Time」の説明を追加。
21 ページの式 12 の値を 157kΩ から 150.2kΩ に変更。
20 ページの「ループ補償の設計」の最終段落のあとに「実際に、～」という文を追加。
15 ページの図 49 の VOUT のスケールを 2V/div から 10mV/div に変更。
2013 年 9 月 26 日
FN8373.2
1 ページの「製品間の主な違い」の表を削除。20 ページの（式 9）と 21 ページの（式 12）の
係数を 31.4 から 27.3 に変更。
2013 年 9 月 5 日
FN8373.1
13 ページの図 38 で、タイトル中の「PWM」を「PFM」に変更。
12 ページの代表的な性能特性の最初の部分で、LX の表記をすべて PHASE に変更。
2013 年 7 月 15 日
FN8373.0
初版
インターシルについて
インターシルは、革新的なパワーマネジメントと高精度アナログ・ソリューションのプロバイダとして世界をリードしてい
ます。インターシルの製品は、産業用機器 / インフラ、モバイル・コンピューティング、ハイエンド・コンシューマの分野で
特に規模の大きな市場向けに開発されています。インターシルに関する詳細情報については、www.intersil.com をご覧くださ
い。
最新のデータシート、アプリケーションノート、関連ドキュメント、関連部品は、www.intersil.com に記載のそれぞれの製品情
報ページを参照してください。本データシートに関するご意見は www.intersil.com/en/support/ask-an-expert.html へお寄せください。
信頼性に関するデータは次のウェブサイトを参照してください。http://www.intersil.com/en/support/qualandreliability.html#reliability
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FN8373.3
2013 年 11 月 13 日
ISL85415
パッケージ寸法図
L12.4x3
12 LEAD DUAL FLAT NO-LEAD PLASTIC PACKAGE
Rev 2, 7/10
3.30 +0.10/-0.15
4.00
2X 2.50
A
6
PIN 1
INDEX AREA
10X 0.50
PIN #1 INDEX AREA
B
6
1
12 X 0.40 ±0.10
6
1.70 +0.10/-0.15
3.00
(4X)
0.15
12
7
上面図
0.10M C A B
4 12 x 0.23 +0.07/-0.05
底面図
SEE DETAIL "X"
( 3.30)
6
0.10 C
1
C
1.00 MAX
SEATING PLANE
0.08 C
側面図
2.80
( 1.70 )
C
0.2 REF
5
12 X 0.60
7
12
0 .00 MIN.
0 .05 MAX.
( 12X 0.23 )
( 10X 0 .5)
"X" の詳細
推奨ランドパターンの例
NOTE：
1.
寸法の単位は mm です。
( ) 内の寸法は参考値です。
2. 寸法と公差は AMSE Y14.5m-1994 に従っています。
3.
特記のない限り、
公差は DECIMAL ±0.05 です。
4.
寸法は金属端子に適用され、端子先端から 0.15mm ～
0.30mm のポイントで計測した値です。
5. タイバー( 示されている場合 ) は非機能性です。
24
6.
1 ピンの識別子はオプションですが、
表示されている
ゾーン内に配置されます。
1 ピンの識別子はモールド
またはマーキングで示されます。
7.
JEDEC MO-229 V4030D-4 issue E に準拠しています。
FN8373.3
2013 年 11 月 13 日