臨界モード(CRM)型 力率改善用制御 IC SSC2005SC 概要 パッケージ SSC2005SC は臨界モード型（Critical Conduction Mode: CRM）の力率改善コンバータ用コントロール IC です。 入力電圧検出レス方式、およびインダクタ電流検出 用の補助巻線レス方式を採用しています。これにより、 構成部品が尐なく、低スタンバイ電力で高効率な PFC コンバータを容易に構成できます。 SOIC8 FB 1 8 VCC COMP 2 7 OUT RT 3 6 GND RDLY 4 5 CS Not to scale 特長 補助巻線レス構成（インダクタ電流検出方式の採用） 低待機時消費電力（入力電圧検出レス方式の採用） 最小オフ時間制限機能（周波数の上昇を抑制） 高精度過電流検出； −0.60 V ± 5 % 保護機能 過電流保護(OCP) ------------------ パルス･バイ･パルス 出力過電圧保護(OVP) ------------------------- 自動復帰 FB 端子低入力電圧保護(FB_UVP) --------- 自動復帰 ヒステリシス付き過熱保護(TSD) --------------- 自動復帰 DBYP L1 D1 VOUT VAC D2 C2 Q1 R1 R3 RCS RDLY NC Cｆ CS GND RT OUT COMP VCC FB 5 6 External power supply LINE GND U1 R4 C5 アプリケーション R2 C1 DZCS VCC 端子絶対最大定格 VCC = 28 V OUT 端子ソース電流 IOUT(SRC) = −500 mA OUT 端子シンク電流 IOUT(SNK) = 1000 mA 出力電力 200 W クラスまでの各種電子機器 AC／DC 電源 デジタル家電（大画面 LCDTV、PDP TV など） OA 機器（コンピューター、サーバー、モニターなど） 通信機器その他 SMPS 応用回路例 BR1 代表特性 7 4 RDLY 3 C4 2 C3 RVS1 8 RRT RS 1 RVS2 SSC2005SC C6 CP CS TC_SSC2005SC_1_R2 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. http://www.sanken-ele.co.jp 1 SSC2005SC 目次 概要 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1. 絶対最大定格 --------------------------------------------------------------------------- 3 2. 電気的特性 ------------------------------------------------------------------------------ 3 3. ブロックダイアグラム -------------------------------------------------------------------- 5 4. 各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------ 5 5. 応用回路例 ------------------------------------------------------------------------------ 6 6. 外形寸法 --------------------------------------------------------------------------------- 7 7. 捺印仕様 --------------------------------------------------------------------------------- 7 8. 動作説明 --------------------------------------------------------------------------------- 8 8.1 臨界モード（CRM）動作 ----------------------------------------------------- 8 8.2 起動動作 ------------------------------------------------------------------------ 9 8.3 リスタート回路 ------------------------------------------------------------------ 9 8.4 最大オン時間の設定 --------------------------------------------------------- 9 8.5 ゼロ電流検出とボトムオンタイミング（遅延時間）の設定 -------------- 10 8.6 最小オフ時間制限機能 ----------------------------------------------------- 11 8.7 過電圧保護機能（OVP） ---------------------------------------------------- 11 8.8 FB 端子低入力電圧保護機能 (FB_UVP) ------------------------------ 11 8.9 過電流保護機能（OCP） ---------------------------------------------------- 12 9. 設計上の注意点 ----------------------------------------------------------------------- 12 9.1 インダクタの設計-------------------------------------------------------------- 12 9.2 外付け部品 -------------------------------------------------------------------- 13 9.3 パターン設計 ------------------------------------------------------------------ 15 10. 電源回路例 ----------------------------------------------------------------------------- 17 使用上の注意 ------------------------------------------------------------------------------- 18 注意書き-------------------------------------------------------------------------------------- 19 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 2 SSC2005SC 1. 絶対最大定格 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“+”、ソースが“−”と規定します 特記がない場合の条件 TA = 25 °C 項 目 端子 定格 単位 VCC 8–6 28 V OUT 端子ソース電流 IOUT(SRC) 7–6 − 500 mA OUT 端子シンク電流 IOUT(SNK) 7–6 1000 mA VFB 1–6 − 0.3～5 V ICOMP 2–6 − 200～200 µA IRT 3–6 − 500～0 µA IRDLY 4–6 − 500～0 µA CS 端子電圧 VCS 5–6 − 5～0.3 V 許容損失 PD − 0.5 W 動作周囲温度 TOP − − 40～110 °C 保存温度 Tstg − − 40～150 °C ジャンクション温度 Tj − 150 °C 制御部電源電圧 FB 端子電圧 COMP 端子電流 RT 端子電流 RDLY 端子電流 2. 記 号 条 件 備考 電気的特性 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“＋”、ソースが“－”と規定します 特記がない場合の条件 TA = 25 °C、VCC = 14 V、VCS = 0.1 V 項目 記 号 条件 端子 Min. Typ. Max. 単位 電源起動動作 動作開始電源電圧 VCC(ON) 8–6 10.5 12.0 13.5 V 動作停止電源電圧 VCC(OFF) 8–6 8.2 9.5 11.0 V 動作開始停止ヒステリシス VCC(HYS) 8–6 1.4 2.5 3.1 V 動作時回路電流 ICC(ON) 8–6 2.0 3.1 4.4 mA 非動作時回路電流 ICC(OFF) VCC = 9.5 V 8–6 40 80 160 µA 最大オン時間 tON(MAX) V FB = 1.5 V RRT = 22 kΩ 7–6 15 23 33 µs 最小オフ時間 tOFF(MIN) RDRY = 22 kΩ 7–6 1.35 1.95 2.80 µs VRDLY 4–6 1.3 1.5 1.7 V RT 端子電圧 VRT 3–6 1.3 1.5 1.7 V フィードバック制御電圧 VFB 1–6 2.46 2.50 2.54 V VFB(LR) 1–6 −8 1 12 mV フィードバック端子 バイアス電流 IFB 1–6 − 3.2 − 2.0 − 1.0 µA 誤差増幅器コンダクタンス gm 60 103 150 µS 18 40 72 µA 発振制御 RDLY 端子電圧 フィードバックラインレギレーション COMP 端子流入電流 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 ICOMP(SNK) 1–6 2–6 2–6 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 3 SSC2005SC 項目 記 号 条件 端子 Min. Typ. Max. 単位 COMP 端子流出電流 ICOMP(SRC) 2–6 − 72 − 40 − 18 µA ゼロデューティ COMP 電圧 VCOMP(ZD) 2–6 0.50 0.65 0.90 V tRS − 30 50 80 µs リスタート時間 ドライブ出力 ハイレベル出力電圧 VOH IOUT = –100 mA 7–6 10.0 12.0 13.5 V ローレベル出力電圧 VOL IOUT = 200 mA 7–6 0.40 0.75 1.25 V (1) tr COUT = 1000 pF 7–6 − 60 120 ns 出力立ち下がり時間(1) tf COUT = 1000 pF 7–6 − 20 70 ns 5–6 − 20 − 10 0 mV 5–6 0.55 0.95 1.17 µs 出力立ち上がり時間 電流検出、過電流保護機能 ゼロ電流検出しきい電圧 ゼロ電流検出遅延時間 VCS(ZCD) (2) tDLY(ZCD) RDLY = 22 kΩ 過電流保護しきい電圧 VCS(OCP) 5–6 − 0.63 − 0.60 − 0.57 V 過電流保護遅延時間(2) tDLY(OCP) 5–6 100 250 400 ns ICS 5–6 − 110 − 75 − 40 µA 過電圧保護しきい電圧 VOVP 1–6 過電圧保護ヒステリシス VOVP(HYS) 1–6 1.075 ×VFB 55 1.090 ×VFB 90 1.105 ×VFB 125 mV 低電圧保護しきい電圧 VUVP 1–6 200 300 400 mV 低電圧保護ヒステリシス VUVP(HYS) 1–6 80 120 160 mV Tj(TSD) – 135 150 – °C Tj(TSDHYS) – – 10 – °C θj-A – – – 180 °C/W CS 端子流出電流 FB 端子保護機能 V 過熱保護機能 熱保護動作温度(2) 熱保護動作ヒステリシス温度(2) 熱特性 ジャンクション－エアー間 熱抵抗(2) (1) (2) 図 3-1 参照 設計保証項目 90% VOUT 10% tr tf 図 3-1 スイッチング時間 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 4 SSC2005SC 3. ブロックダイアグラム ＋ OVP REG － 8 VCC 7 OUT 6 GND 5 CS UVLO ＋ 1.090V×VFB － 12.0V /9.5V UVP － ＋ － 300mV /420mV R ＋ Q S Error AMP － 1 OCP － FB ＋ ＋ -0.60V VFB=2.50V OSC ZCD COMP 2 ＋ － -10mV 4. 3 4 RT RDLY 各端子機能 FB 1 8 記号 機能 1 FB フィードバック信号入力／過電圧保護信号入力 ／FB 端子低入力電圧保護信号入力 2 COMP 3 RT 4 RDLY 5 CS 6 GND グランド 7 OUT ゲートドライブ出力 8 VCC 制御回路電源入力 VCC COMP 2 7 OUT RT 3 6 GND RDLY 4 5 CS SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 端子番号 位相補償調整 最大オン時間調整 ボトムオンタイミング調整 過電流保護信号／ゼロ電流検出信号入力 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 5 SSC2005SC 5. 応用回路例 DBYP BR1 L1 D1 VAC D2 VOUT R2 Q1 C2 C1 R1 R3 LINE GND RCS R4 C5 DZCS CS RDLY NC U1 RT 5 GND 6 Cｆ External Power supply 7 8 OUT COMP VCC FB 4 RDLY 3 C4 2 C3 RVS1 SSC2005SC CP 1 C6 RVS2 RS RRT CS TC_SSC2005SC_2_R2 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 6 SSC2005SC 6. 外形寸法 SOIC8 1.6 (0.063) 3.8 (0.15) 1.27 (0.0500) Land Pattern Example (not to scale) NOTES: 1) 単位：mm 2) Pb フリー品(RoHS 対応) 7. 0.61 (0.024) 捺印仕様 8 SC2005 SKYMDC 1 Part Number Lot Number Y is the last digit of the year (0 to 9) M is the month (1 to 9,O,N or D) D is a period of days 1 : 1st to 10th 2 : 11th to 20th 3 : 21st to 31st Sanken Control Number SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 7 SSC2005SC 動作説明 8. 特記なき場合の特性数値は、Typ.値を表記します 電流値の極性は、IC を基準として、シンクを“+”、 ソースを“−”と規定します 臨界モード（CRM）動作 8.1 図 8-1、図 8-2 のように、本 IC は、スイッチング素子 Q1 のオン／オフをブースト巻線電流がゼロになるタイ ミング（臨界モード）で行います。これにより、パ ワーMOSFET のターンオン時の di/dt を低くできます。 また、VDS の自由発振波形のボトムポイントでターン オン（擬似共振動作）するように調整ができるため、低ノ イズで高効率な PFC 回路が実現できます。 Error AMP の出力を COMP 端子で平均化、および位 相補償します。さらに、COMP 端子電圧 VCOMP とランプ 波形 VOSC を比較してオン時間を決めます。COMP 端子 に接続したコンデンサで、20 Hz 以下の低周波数に応 答するようにすることで、商用周期では、オン時間はほ ぼ一定になります（図 8-4）。 オフ時間とターンオン遅延時間は、ドレイン電流のゼ ロ電流検出と、RDLY 端子の抵抗値による遅延時間で 決まります。これによりインダクタの補助巻線が不要で、 簡素な PFC 回路が実現できます。 L1 D1 U1 Q1 7 PWM COMP VCOMP OUT Q1 C1 VAC VSET FB 1 VFB = 2.5V VOSC ZCD COMP VCS(ZCD)= -10mV RVS2 C6 OSC IOFF C2 D CS 5 ION S RVS1 Error AMP Q R S D1 L1 VOUT RT 3 COMP 2 GND 6 RDLY 4 RS RCS C5 DZCS RRT C3 RDLY C4 CS CP RCS R4 図 8-1 PFC 回路 IL=ION+IOFF 図 8-3 CRM 制御 ILPEAK √2×VACRMS VAC(t) 1 I L平均 ILPEAK 2 ILPEAK IL(t) √2×IACRMS IAC(t) ION IOFF ボトムオン tON tOFF 自由発振 VCOMP VOSC Q1 VDS OFF ON OFF ON ターンオン遅延時間 図 8-2 CRM 動作とボトムオン動作 VSET OUT端子電圧 本 IC の CRM 制御の内部ブロック図を、図 8-3 に示 します。パワーMOSFET Q1 は、自励発振で動作しま す。 オン時間の制御は次のように行います。 まず FB 端子の誤差増幅器（Error AMP）で RVS2 の検 出電圧と基準電圧 VFB = 2.50 V を比較します。この SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 ILPEAK(t) VAC(t) SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. IL平均(t) 図 8-4 動作波形 8 SSC2005SC CRM モードの昇圧方式のオフデューティ DOFF は、時 間 ご と の 商 用 入 力 電 圧 を VAC(t) と す る と 、 DOFF(t) = VAC(t) / VOUT の関係があり、入力電圧に比例 します。 以上の制御により、図 8-4 のようにインダクタンス電 流 IL のピーク電流 ILPEAK は正弦波状になります。入力 部のローパスフィルタでリップル電流を削除すると、入 力電流は商用正弦波入力電圧に相似な波形になり、 高力率が実現できます。 8.2 起動動作 図 8-5 に VCC 端子周辺回路を示します。 VCC 端子は、制御回路電源入力端子で、外部電源 より電圧を供給します。図 8-6 のように、VCC 端子電圧 が、動作開始電源電圧 VCC(ON) = 12.0 V まで上昇すると、 制御回路が動作を開始します。制御回路動作後、動作 停止電源電圧 VCC(OFF) = 9.5 V に低下すると、低入力時 動作禁止（UVLO: Undervoltage Lockout）回路により制 御回路は動作を停止し、再び起動前の状態に戻りま す。 起動時は COMP 端子電圧がゼロから上昇するため、 図 8-3 の VCOMP 信号は低い状態から徐々に増加しま す。このソフトスタート機能により、起動時はオン幅が 徐々に増加して出力電力の上昇を抑え、部品ストレス を軽減します。 8 外部 電源 3 Cf U1 VCC 8.3 リスタート回路 本 IC は自励発振で、ゼロ電流検出回路（8.5 項参 照）により、OUT 端子のオフ時間を決定しています。 た だ し 、 OUT 端 子 の オ フ 時 間 が 、 リ ス タ ー ト 時 間 tRS = 50 μs 以上のオフ時間を継続すると、リスタート回 路が動作し、OUT 端子をターンオンします。起動時や 軽負荷時には、発振と停止を繰り返す間欠発振動作に なります。間欠発振動作時は、リスタート回路が動作し、 スイッチング動作を安定にします。 tRS = 50 μs は動作周波数 20 kHz にあたるので、イン ダクタンス値の設計の際は、最低動作周波数を 20 kHz より高い値（可聴周波数以上）に設定します。 8.4 最大オン時間の設定 過渡状態時のトランスの音なりを抑制するため、最大 オン時間 tON(MAX)を設けています。この tON(MAX)は RT 端 子に接続する抵抗 RRT で調整ができます。 RRT と tON(MAX)は図 8-7 の関係があります。 RRT の値は、以下のように商用入力電圧下限値の波 高値部分の最大オン時間 tON(MAX)_OP を計算し、グラフ から求めます。 ● tON(SET)MAX の算出 次式で商用入力電圧下限値の波高値部分のピーク 電流 ILP を求めます。 ILP 2 2 POUT VACRMS ( MIN ) CP GND 6 CS ここで、 POUT ：出力電力(W) VACRMS(MIN) ：商用入力電圧下限の実効値(V) η ：PFC の効率（通常 0.90～0.97 の範囲） 式(1)と 9.1 項の式(5)より、商用入力電圧下限値の波 高値部分の最大オン時間 tON(MAX)_OP は次式で計算 できます。 図 8-5 VCC 端子周辺回路 回路電流 ICC ICC（ON） 起動 停止 t ON ( MAX ) _ OP VCC（ON） VCC 端子電圧 図 8-6 VCC 端子電圧と回路電流 ICC SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 (1) COMP RS VCC（OFF） (A) L P I LP 2 VACRMS ( MIN ) (s) (2) ここで、 LP ：インダクタンス値（式(5)より算出） VACRMS(MIN) ：商用入力電圧下限の実効値 (V) ● RRT の算出 図 8-7 よ り 、 RRT は tON(MAX)_OP に お け る RRT 値 （RRT(SET)）より大きい範囲で設定します。 RRT の範囲は 15 kΩ～47 kΩ です。tON(MAX)_OP が SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 9 SSC2005SC 16.3 μs 以下の時は、RRT は 15 kΩ に設定します。 tON(MAX)_OP が 45 μs を超える場合、RRT が 47 kΩ を超 えるため、式(5)の fSW(SET)の設定値を上げて LP を再 設定する必要があります。 また、RRT(SET)に対し、選択した RRT が大きすぎる場合、 起動などの過渡時において、トランスが音鳴りする可 能性があるため、注意が必要です。 t ONDLY ≒ L P C V (s) (3) ここで、 LP ：インダクタンス値（式(5)より算出） CV ：パワーMOSFET の出力容量、インダクタンスの 寄生容量、ブーストダイオードの接合容量の合 成容量 50 45 IL D1 tON(MAX) (μs) 40 35 30 25 Q1 tON(MAX)_OP ID 7 U1 OUT ZCD COMP VCS(ZCD)= －10mV C1 20 15 RRTの設定範囲(例) 10 5 OSC CS RRT(SET) 0 15 20 5 25 30 35 40 45 50 図 8-7 RRT vs.tON(MAX)特性 IC 設計値 ゼロ電流検出とボトムオンタイミング（遅延 時間）の設定 図 8-8 に RDLY 端子と CS 端子の周辺回路、図 8-9 に各端子の動作波形を示します。 パワーMOSFET のオフ時間は、CS 端子で検出する のゼロ電流信号と、RDLY 端子で設定するの遅延時間 で決まります。 これによりインダクタの補助巻線が不要で、簡素な PFC 回路が実現できます。 インダクタ電流 IL のゼロ電流検出信号は、図 8-8 の ように検出抵抗 RCS で検出し、CS 端子に入力します。 パワーMOSFET がオフの期間に、CS 端子の電圧がゼ ロ電流検出しきい電圧 VCS(ZCD) = − 10 mV の絶対値より 小さくなると、ターンオン遅延時間 tDLY 後に OUT 端子 にオン信号を出力します。 tDLY は RDLY 端子の抵抗値 RDLY で決まります。RDLY と tDLY の関係（IC の設計値）を図 8-10 に示します。 オン信号の出力タイミングを、VDS の自由発振のボト ムにすること（擬似共振動作）により、ターンオン時の サージ電流とスイッチング損失を低減できます。これに より、低ノイズで高効率な PFC 回路を実現できます。 RT 3 GND RDLY 4 6 RCS R4 RRT (kΩ) 8.5 VOUT L1 C5 DZCS RRT C3 RDLY C4 図 8-8 RDLY 端子、CS 端子周辺回路 VDS 0 ID 0 OUT端子電圧 IL 0 CS端子電圧 0 VZCD ターンオン遅延時間 tDLY 図 8-9 ゼロ電流検出 RDLY の範囲は 15 kΩ～56 kΩ です。図 8-11 に示す 理想的な遅延時間は、次式(3)に示すように LP と CV に依存します。 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 10 tDLY (μs) SSC2005SC FB 端子電圧が過電圧保護しきい電圧 VOVP に達する と、瞬時に OUT 端子出力をオフにし、スイッチング動作 が停止します。これにより、出力電圧の上昇を防止しま す。VOVP はフィードバック制御電圧 VFB = 2.50 V の 1.090 倍です。その後、FB 端子電圧が VOVP − VOVP(HYS) に下がると、スイッチング動作を再開します。 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 FB 端子低入力電圧保護機能 (FB_UVP) 8.8 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 RDLY (kΩ) 図 8-10 RDLY vs. tDLY 特性 IC 設計値 tDLY VDSボトムポイント 自由発振 理想的な遅延時間 遅延時間が短い →RDLYを大きくする 遅延時間が長い →RDLYを小さくする 図 8-11 VDS ターンオンタイミング FB 端子低入力電圧保護機能(FB_UVP)は、フィード バックループの異常（RVS1 オープンや、RVS2 ショートな ど）で、FB 端子電圧が低下し、出力電圧 VOUT が異常 上昇した場合に動作します。 図 8-13 に FB 端子周辺回路および内部ブロック図を 示します。FB_UVP 機能は、フィードバックループの異 常で FB 端子電圧が VUVP = 300 mV 以下になると、瞬 時に OUT 端子電圧を Low にし、スイッチングを停止し ます。これにより、VOUT の上昇を防止します。異常要因 を取り除き、FB 端子電圧が VUVP + VUVP(HYS) まで上昇 すると、スイッチング動作を再開します。 なお、FB 端子に何も接続していない状態（FB 端子と 出力検出抵抗の間がオープン）になった場合は、FB 端 子の電圧が上昇するため、過電圧保護機能(OVP)が動 作します（8.7 項参照）。異常要因を取り除き、正常な制 御に戻るとスイッチング動作を再開します。 VOUT U1 Error AMP PWM COMP 8.6 RVS1 FB 1 最小オフ時間制限機能 VFB = 2.50V 軽負荷時の動作周波数の上昇を抑えるため、最小 オフ時間 tOFF(MIN) = 1.95 μs を設けています。 tOFF(MIN)よりインダクタのエネルギの放出時間が短い 場合、IC は不連続動作(DCM)になります。 8.7 IFB VOSC OVP UVP 過電圧保護機能（OVP） GND 図 8-12 に過電圧保護の動作波形を示します。 RVS2 C6 VOVP = 1.090×VFB VOVP(HYS) = 90mV VUVP = 300mV VUVP(HYS) = 120mV 6 図 8-13 FB 端子周辺回路および内部ブロック図 FB端子電圧 VOVP VOVPHYS OUT端子 電圧 図 8-12 過電圧保護動作波形 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 11 SSC2005SC 過電流保護機能（OCP） 8.9 図 8-14 に CS 端子の周辺回路と内部ブロック図を示 します。本 IC の過電流検出機能は、インダクタ電流 IL を電流検出抵抗 RCS で検出し、RCS の両端電圧 VRCS を CS 端子に入力します。検出電圧 VRCS と過電流保護し きい電圧 VCS(OCP) = − 0.60 V を OCP COMP で比較しま す。VRCS が VCS(OCP)の絶対値より大きくなると、パルス・ バイ・パルスで OUT 端子の出力をオフにします。 図 8-14 のように、CS 端子には R4、C5 の CR フィル タおよび、過電圧保護用のツェナーダイオード DZCS を 接続します。 L1 D1 Q1 7 VOUT U1 ZCD COMP OUT C2 VCS(ZCD) = －10mV OCP COMP VCS(OCP) = －0.60V 5 DZCS VRCS C5 RCS R4 LINE GND 図 8-14 CS 端子周辺回路および内部ブロック図 9. 9.1 ここで、 VACRMS(MAX) VDIF (4) ：商用入力電圧の上限値 (V) ：昇圧電圧（10V 程度） (V) 2) 動作周波数 fSW(SET)の設定 商用入力電圧の波高値部分における最低動作周波 数 fSW(SET)を決めます。 動作周波数は、商用入力電圧の波高値部分が最も 低く、入力電圧が低くなるにしたがい高くなります。波 高値部分の動作周波数 fSW(SET)は、可聴周波数（20 kHz）より高く設定します。 3) インダクタンス値 LP 次式の VACRMS に商用入力電圧の上限と下限を代入 し、LP を求め、値の小さい方を用います。 VACRMS VOUT 2 VACRMS 2 POUT f SW (SET ) VOUT 2 LP (H) (5) CS GND 6 VOUT 2 VACRMS ( MAX ) VDIF (V) ここで、 η ：PFC の効率 (η は、パワーMOSFET のオン抵抗 RDS(ON) と、整流ダイオードの順方向降下電圧 VF に依存し、通常 0.90～0.97 の範囲) VACRMS ：商用入力電圧の上限/下限の実効値 (V) VOUT ：出力電圧 (V) POUT ：出力電力 (W) fSW(SET) ：商用入力電圧の波高値部分における最 低動作周波数(kHz) 設計上の注意点 インダクタの設計 インダクタンス値 LP は、以下のように求めます。 以下に示す計算式は近似式です。計算したインダ クタンス値で実機の動作を確認すると、ピーク電流 や周波数などの値が、計算時の設定値と異なる場合 があります。そのため、最終的に電源の仕様に合わ せてインダクタンス値の調整が必要です。 また、インダクタは銅損・鉄損による温度上昇や磁気 飽和に対し、適宜マージンを設けます。 1) 出力電圧 VOUT 昇圧コンバータの出力電圧 VOUT は、次式に示すよう に商用入力電圧上限における波高値より高く設定し ます。 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 12 SSC2005SC 9.2 CP は主に出力リップルの平均化用で、小さすぎると 出力リップルの影響を受け、不安定動作になる可能 性があります。CP の容量は 0.47 μF 程度を選定しま す。 外付け部品 各部品は使用条件に適合したものを使用します。 図 9-1 に IC の周辺回路を示します。 L1 D1 VOUT U1 Q1 7 PWM COMP VCOMP OUT RVS1 Error AMP FB 1 Q R S VSET VFB = 2.5V VOSC ZCD COMP VCS(ZCD)= -10mV RVS2 C6 OSC CS 5 RT 3 GND 6 RDLY 4 RDLY 端子周辺回路：RDLY、C4 図 9-1 の RDLY はパワーMOSFET のターンオンタイ ミング（ターンオン遅延時間 tDLY）の設定用抵抗です。 8.5 ゼロ電流検出機能を参照し、適切な tDLY になるよ う、RDLY の値を設定します。RDLY の範囲は 15 kΩ～ 56 kΩ です。 C4 はスイッチングノイズ低減用のコンデンサで、 0.01 μF 程度を接続します。 COMP 2 RS RCS C5 DZCS RRT C3 RDLY C4 CP CS R4 図 9-1 IC 周辺回路 FB 端子周辺（出力電圧検出）回路 図 9-1 の出力電圧設定値 VOUT は、検出抵抗 RVS1、 RVS2 で決まり、次式で求めます。 V VOUT FB I FB R VS1 VFB (V) R VS 2 CS 端子周辺回路：RCS、R4、C5、DZCS 図 9-1 の RCS は電流検出用の抵抗です。過電流保 護しきい電圧 VCS(OCP) = − 0.60 V と式(1)より、次式(7) で求めます。 (6) ここで、 VFB ：フィードバック制御電圧 2.50 V IFB ：バイアス電流 − 2.0 µA RVS1、RVS2 ：出力電圧設定値 VOUT となる抵抗値 (Ω) RVS1 は、高圧の DC 電圧が印加する高抵抗のため、 電食を考慮した抵抗を選択したり、直列に抵抗を追 加して、個々の印加電圧を下げたりするなどの配慮 をします。 C6 はスイッチングノイズ低減用のコンデンサで、 100 pF～3300 pF 程度を接続します。 COMP 端子周辺回路：RS、CS、CP 図 9-1 の COMP 端子は、FB 端子電圧が入力された Error AMP の出力を平均化します。この信号 VCOMP とランプ波形 VOSC を比較してオン時間を制御します。 CS、RS は、負荷に応じてオン時間を変動する際の応 答速度を調整します。コンデンサと抵抗の値はそれ ぞれ CS = 1 μF、RS = 10 kΩ 程度を選定します。CS が 大きすぎるとダイナミック変動時などの応答が遅れ、 出力電圧低下などの原因になります。また、CS 、RS は起動時のソフトスタート期間に影響するので、最終 的に実機で動作を確認し、定数の調整が必要です。 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 RT 端子周辺回路：RRT、C3 C3 は、スイッチングノイズ低減用です。RRT と並列に 0.01 μF 程度を接続します。 RRT は最大オン時間 tON(MAX)設定用の抵抗で 15 kΩ ～47 kΩ です。 RRT の設定方法は 8.4 項を参照してください。 R CS VCS( OCP ) I LP (Ω) (7) R4、C5 の CR フィルタは、パワーMOSFET のターン オン時のドレイン電流サージに OCP COMP が応答し、 IC が不安定な動作になるのを防止します。 R4 は、OCP 検出およびゼロ電流検出（8.5 項参照） の検出精度に影響を与えるため、47 Ω 程度を推奨し ます。 C5 は、C5 と R4 による CR フィルタのカットオフ周波 数が 1 MHz 程度になるよう、次式を満たす容量を推 奨します。 C5 1 (F) 2 π110 6 R 4 (8) 式(8)より、R4 = 47 Ω とき、C5 = 3300 pF 程度です。 CS 端子電圧の絶対最大定格は−5 V です。DZCS は、 起動時に出力コンデンサ C2 を充電するために流れ る突入電流が、RCS に流れた際の CS 端子の過電圧 保護用です。 DZCS のツェナー電圧 は、過電流保護し きい電圧 VCS(OCP)よりも大きく、CS 端子の絶対最大定格未満で、 3.9 V 程度を推奨します。 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 13 SSC2005SC OUT 端子周辺（ゲートドライブ）回路 図 9-2 に OUT 端子の周辺回路を示します。 ゲートドライブの出力である OUT 端子は、外付けの パワーMOSFET を直接駆動できます。 OUT 端子の最大出力電圧は VCC 端子電圧、最大 出力電流はソース− 500 mA、シンク 1000 mA です。 R1 はソース電流制限用の抵抗、R2、D2 はシンク電 流制限用の抵抗とダイオードです。これらは、ゲート 電圧のリンギングや EMI ノイズを低減するために調 整が必要で、数 Ω～数十 Ω 程度を接続します。 R3 は、パワーMOSFET ターンオフ時の急峻な dV/dt による誤動作を防止するための抵抗で、パ ワーMOSFET のゲートとソース近くに接続します。R3 は 10 kΩ～100 kΩ 程度を接続します。 R1、R2、D2、R3 は、基板パターン、パワーMOSFET の端子間容量と関係があるため、実機で動作を確認 し、定数を調整します。 パワーMOSFET： Q1 パワーMOSFET の VDSS 電圧は、出力電圧 VOUT に対 し十分にマージンがあるものを選定します。 また、パワーMOSFET のスイッチング損失、および オン抵抗による損失を考慮し、放熱器サイズを選定 します。 オン抵抗の損失 PRDS(ON)は、次式より求めます。 ドレイン電流実効値 IDRMS は、 I DRMS＝ 2 2 POUT VACRMS ( MIN ) 1 4 2 VACRMS(MIN) － 6 9 π VOUT (A) (9) これより、オン抵抗の損失 PRDS(ON)は、 L1 PRDS (ON ) I DRSM R DS(ON )125 C (W) 2 U1 OUT Q1 R1 7 R2 D2 GND 6 R3 RCS 図 9-2 OUT 端子周辺回路 VCC 端子周辺回路 図 9-3 に VCC 端子の周辺回路を示します。 VCC 端子は、制御回路電源入力端子で、外部電源 より電圧を供給します。 VCC 端子が外部電源から離れている場合は、バイパ スコンデンサとして VCC 端子と GND 端子の近くにノ イズ除去用のフィルムコンデンサ Cf を追加します。Cf の容量は 0.47 μF 程度です。 8 外部電源 Cf U1 VCC GND 6 図 9-3 VCC 端子周辺回路 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 (10) ここで、 VACRMS(MIN) ：商用入力電圧の下限の実効値 (V) POUT ：出力電力 (W) η ：PFC の効率 RDS(ON)125°C ：Tch = 125 °C におけるパワーMOSFET のオン抵抗値 (Ω) ブーストダイオード：DFW ブーストダイオード DFW のピーク逆電圧 VRSM は、出 力電圧 VOUT に対し十分にマージンがあるものを選定 します。また、ノイズ、損失低減のため、逆回復時間 trr の短い超高速ダイオードを推奨します。弊社ライン アップについては弊社営業へお問合せください。 放熱器のサイズは、順方向降下電圧 VF による損失と、 リカバリー電流による損失を考慮して選定します。 VF による損失 PDFW は、次式で求めます。 P DFW VF I OUT (W) (11) ここで、 VF ：ブーストダイオードの順方向降下電圧 (V) IOUT ：出力電流 (A) バイパスダイオード：DBYP 突入電流などの過大電流に対し、ブーストダイオード DFW を保護するバイパス用ダイオードです。サージ電 流耐量の高いダイオードを推奨します。弊社ラインア ップについては弊社営業へお問合せください。 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 14 SSC2005SC 出力側コンデンサ：C2 出力の平滑コンデンサは、リップル電流・電圧・温度 上昇に対し、適宜マージンを設けます。また、スイッ チング電源用の許容リップル電流が高い、低イン ピーダンスタイプを使用します。 C2 の容量は、以下の式(12)、式(14)を計算し、大き い容量を選択します。 1) C2 のリップル電圧を VOUT(RI) （例 10 VPP）とすると、 C2 I OUT (F) 2 f LINE VOUT ( RI ) 2 (V) (13) 2) 出力保持時間を tHOLD とすると、 C2 V 2 POUT t HOLD OUT 2 VOUT ( MIN ) 2 スイッチング電源は、高周波かつ高電圧の電流経路 が存在し、基板のパターンや部品の実装条件が、動作、 ノイズ、損失などに大きく影響します。そのため、高周波 電流ループは極力小さくし、パターンを太くして、ライン インピーダンスを低くする必要があります。 また、GND ラインは輻射ノイズに大きな影響を与える ため、極力太く、短く配線します。 さらに、以下に示す内容を配慮したパターン設計が 必要です。 図 9-4 に IC 周辺回路の接続例を、図 9-5 に IC 周辺 のレイアウト例を示します。 C2 の両端圧 VC2 は式(13)になるため、リップル電圧 が大きい場合、VC2 の最大値付近で過電圧保護しき い電圧 VOVP に達したり、VC2 の最小値付近で昇圧動 作が停止し、入力電流波形が歪んだりする場合があ ります。このような場合は、C2 を大きくしたり、出力電 圧設定値（昇圧電圧値）を変更したりする必要があり ます。 VC 2 VOUT パターン設計 (12) ここで、 fLINE ：商用周波数 (Hz) IOUT ：出力電流 (A) VOUT ( RI ) 9.3 (F) (14) (1) 主回路パターン スイッチング電流が流れる主回路パターンです。こ のパターンは極力太く、電流ループを小さく配線し ます。 (2) GND 端子周り 制御系 GND パターンに主回路の大電流が流れる と、IC の動作に影響を与える可能性があります。制 御系の GND は専用パターンにし、RCS のできるだけ 近くに配線します（図 9-4 の A 点）。 (3) 電流検出用抵抗 RCS 周り RCS は、MOSFET のソースと CS 端子の近くに配置し ます。CS 端子の周辺部品への配線は、専用パ ターンで RCS の根元から接続します。 主回路系と制御系のグランドは RCS 近傍で接続しま す (4) IC 周辺部品 IC に接続する制御系の部品は IC の近くに配置し、 最短で各端子に接続します。 ここで、 tHOLD ：出力保持時間(s) VOUT(MIN) ：出力保持時の C2 の許容最低出力電圧(V) η ：効率 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 15 SSC2005SC (1) 主回路パターン 太く、ループを小さく配線 BR1 DBYP L1 D1 VAC D2 VOUT R2 C2 Q1 C1 R1 R3 (3)RCSは、ソース端 子の近くに配置。 LINE GND RCS (3)RCS の根元から専 用パターンで接続 (2)制御系GND 専用パターンで、RCSの近くに 一点で配線 A R4 U1 RDLY GND NC RT OUT COMP 5 DZCS RDLYC4 CS 4 C5 6 RRT C3 3 CP 7 Cｆ External Power Supply FB VCC 8 2 RS CS RVS1 1 SSC2005SC C6 RVS2 (4)ICに接続する部品はICの近くに配置し、最短で各端子に接続 TC_SSC2005SC_3_R2 図 9-4 IC 周辺回路の接続例 Q1 C1 C2 RCS Close to C1 Close to C2 and source of Q1 R4 DZCS Q1 gate drive C5 VOUT 6 5 CS 7 OUT VCC Cf 8 GND External power supply U1 Main trace RDLY CP C3 4 RDLY 3 RS CS Control GND trace C4 2 RRT 1 RVS1 RT COMP FB C6 RVS2 SSC2005SC TC_SSC2005SC_4_R2 図 9-5 IC 周辺のパターンレイアウト例 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 16 SSC2005SC 10. 電源回路例 電源回路例として、電源仕様と、その回路図および部品表を示します。 電源仕様 使用 IC 入力電圧 出力電力 出力電圧 最低動作周波数（入力電圧波高値部分） 効率 SSC2005SC AC 85～AC 265 V 200 W 390 V 40kHz (AC 265 V) 0.95 回路図 F1 D3 BR1 L1 D1 VAC C1 D2 C2 VOUT R2 Q1 C4 C3 R1 R3 R5 LINE GND R4 R6 C10 DZ1 7 C11 RDLY GND RT OUT COMP VCC FB 5 6 External power supply CS NC U1 8 R14 R13 R10 R15 R12 R11 4 R9 3 C9 2 C8 SSC2005SC C6 1 C5 R17 R16 R8 R7 C7 TC_SSC2005SC_5_R1 部品表 記号 BR1 F1 L1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 R1 R2 R3 R4 部品名 General Fuse Inductor (2) (2) (2) (2) (2) Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic Ceramic General General General General 弊社 推奨部品 定格(1) 600 V AC 250 V 170μH (EI30) 450 V, 0.68 μF 450 V, 0.68 μF 450 V, 180 μF 1kV,100pF 1000 pF 0.47 μF 1 μF 0.01 μF 0.01 μF 3300 pF 0.47 μF 100 Ω 10 Ω 100 kΩ 47 Ω 記号 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 D1 D2 D3 U1 (2) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (2) 部品名 General General General General General General General General General General General General General Fast recovery Schottky General IC 定格(1) 0.15 Ω, 2W 0.15 Ω, 2W 10 kΩ 15 kΩ 15kΩ 180 kΩ, 1% 820 kΩ, 1% 560 kΩ, 1% 560 kΩ, 1% 680 kΩ, 1% 680 kΩ, 1% Open 22 kΩ, 1% 600V, 10 A 60 V, 0.7 A 600V, 1.2A 弊社 推奨部品 FMNS-1106S AK06 RM10A SSC2005SC (1) 特記のない部品の定格は、コンデンサ：50 V 以下、抵抗：1/8 W 以下 実機評価で調整が必要な部品 (3) 高圧の DC 電圧が印加する高抵抗のため、電源要求仕様に応じて、電食を考慮した抵抗を選択したり、直列に抵抗を追加して、個々の印 加電圧を下げたりするなどの配慮をします (2) SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 17 SSC2005SC 使用上の注意 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したりすることです。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るので十分に配慮してください。 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。 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、高温多湿の場所、温度や湿度の変化が大きな 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、直射日光を避けて保管してください 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など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 はんだ付けをする場合は、下記条件以内で、できるだけ短時間で作業してください ・260 ± 5 °C 10 ± 1 s （フロー、2 回） ・380 ± 10 °C 3.5 ± 0.5 s （はんだごて、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 製品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などを敷き、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取ってください 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 SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 18 SSC2005SC 注意書き 本書に記載している内容は、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 本書に記載している動作例、回路例および推奨例は、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、生命権、身体権、財産権、その他一切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 弊社の合意がない限り、弊社は、本書に含まれる本製品（商品適性および特定目的または特別環境に対する 適合性を含む）ならびに情報（正確性、有用性、信頼性を含む）について、明示的か黙示的かを問わず、いか なる保証もしておりません 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。製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 本書に記載している製品は、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 ることを意図しております。高い信頼性を要求する装置（輸送機器とその制御装置、交通信号制御装置、防 災・防火装置、各種安全装置など）への使用を検討、および一般電子機器であっても長寿命を要求する場合 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 本書に記載している製品の使用にあたり、本書に記載している製品に他の製品・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・処理を施す場合には、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 本書に記載している製品は耐放射線設計をしておりません 弊社物流網以外での輸送、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 本書に記載している内容を、文書による弊社の承諾なしに転記・複製することを禁じます SSC2005SC-DS Rev.1.1 Feb. 06, 2015 SANKEN ELECTRIC CO.,LTD. 19