STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート (Rev.1.7) サンケン電気株式会社 サンケン電気株式会社 SANKEN ELECTRIC CO., LTD. http://www.sanken-ele.co.jp Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.1 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 目次 1. 概要-----------------------------------------------------------------------------------------3 概要 2. 特長と 特長とシリーズラインアップ -------------------------------------------------------------- 3 3. ブロック図 ブロック図と各端子機能 ----------------------------------------------------------------- 4 4. 外形図--------------------------------------------------------------------------------------5 外形図 5. 電気的特性 -------------------------------------------------------------------------------- 6 6. 応用回路例 -------------------------------------------------------------------------------- 8 7. 動作説明-----------------------------------------------------------------------------------9 動作説明 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 8. 起動動作 ------------------------------------------------------------------------------ 9 定電圧制御回路動作 --------------------------------------------------------------11 ソフトスタート機能 ソフトスタート機能 -------------------------------------------------------------------12 擬似共振動作 -----------------------------------------------------------------------13 オートスタンバイ機能 オートスタンバイ機能 ---------------------------------------------------------------18 ラッチ回路 ラッチ回路 ----------------------------------------------------------------------------21 過電圧保護機能（ ） -----------------------------------------------------------21 過電圧保護機能（OVP） 過熱保護回路（ ） --------------------------------------------------------------21 過熱保護回路（TSD） 過負荷保護機能（ 過負荷保護機能（OLP） ） -----------------------------------------------------------22 過電流保護機能（ ） -----------------------------------------------------------24 過電流保護機能（OCP） 最大 ON 時間制限機能 -----------------------------------------------------------25 設計上の 設計上の注意点--------------------------------------------------------------------------26 注意点 注 意 本書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ご確認ください。 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、これらに起因する当社、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当社は一切責任を負いません。 本書に記載されている製品をご使用の場合は、これらの製品と目的物との組合せについて使用者の責任において検 討・判断を行ってください。 当社は品質、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、社会的な損害などを発生させないよう、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)に使用されるこ とを意図しております。 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) への使用をご検討の際には、必ず当社販売窓口へご相談をお願いします。 極めて高い信頼性が要求される装置(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、当社の 文書による合意がない限り使用しないでください。 本書に記載された製品は耐放射線設計をしておりません。 本書に記載された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。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 1. 概要 STR-L6400 シリーズは、パワーMOSFET と制御 IC を 1 パッケージに内蔵した、擬似共振型スイッチング電 源用パワーIC です。 制御部は、起動回路とスタンバイ機能を搭載しており、低消費電力、低スタンバイ電力対応が実現でき、 また、定常動作時に擬似共振動作、およびボトムスキップ動作により、高効率・低ノイズが実現できます。 低背、高圧―低圧間沿面距離 6.5mm 以上（基板上リード端子部）の SIP10L フルモールドパッケージ(弊社 呼称 STA パッケージ)を使用し、充実した保護機能により構成部品の少ない、コストパフォーマンスの高い電源 システムが容易に構成できます。 2. 特長とシリーズラインアップ 特長と利点 • SIP10L パッケージ(弊社呼称 STA10L、2.54 ピッチ) 高圧－低圧ピン間沿面距離 6.5mm 以上（基板上リード端子部） 基板上からの高さ 12mm 以下 • 起動回路内蔵 (待機時の消費電力低減と、外付け部品削除が可能) • マルチモード制御 (負荷状況に応じた最適な動作を行い、全領域高効率を達成) • オートスタンバイ機能内蔵 (バースト発振動作により軽負荷時の効率を改善、モード切換えディレイ時間 の調整が可能) 無負荷時消費電力 0.1W 以下可能 • ボトムスキップ機能内蔵 (中～軽負荷時に 1 or 2 ボトムスキップによりスイッチング損失を低減し、高効率、 モード切換えディレイ時間の調整が可能) • ソフトスタート機能搭載 (過渡期間のパワーMOSFET、出力ダイオードのストレス軽減) • リーディング・エッジ・ブランキング時間内蔵 (外部フィルタ部品の削減可能) • 最大 ON 時間制限回路内蔵 • 外部リモート ON/OFF 機能搭載 • 保護機能 －入力補正機能付き過電流保護(OCP)---------AC 入力電圧により OCP しきい値を切換え、AC 入力電圧 の依存性を低減、パルス・バイ・パルス －過電圧保護(OVP)---------------------------------ラッチオフ * －過負荷保護(OLP) ---------------------------------ラッチオフ * －過熱保護(TSD) ------------------------------------ラッチオフ * *ラッチオフ･･･ラッチオフは、発振停止を継続して保護を行う動作 • 2 チップ構造による、アバランシェ・エネルギ耐量保証 (サージ吸収回路の簡素化が可能) シリーズラインアップ 製品名 STR-L6472 MOSFET VDSS(MIN) 850V RDS(ON) (Max) 6.5Ω POUT ＊1 AC100V / AC240V 15W / 25W ＊1 上記出力電力は熱定格であり、最大出力電力は、熱定格の 120％～140％程度まで出力可能です。 ただし、出力電圧が低い場合やトランス設計時の ON Duty の設定により出力電力の制限を受けるこ とがあります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.3 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 3. ブロック図 ブロック図と各端子機能 ブロック図 ブロック図 D/Startup Startup 6 Vcc V CC 1～3 UVLO DRV Reg/Iconst S/GND Latch FB Logic ADJ OCP BD ADJ/SS 各端子機能 端子番号 記号 機能 1～3 D/Startup MOSFET ドレインおよび起動回路入力 5 S/GND MOSFET ソースおよびグランド 6 VCC 制御回路電源入力 7 FB 定電圧制御信号入力／スタンバイ制御 ／過負荷検出信号入力 8 BD ボトム検出信号入力／入力補正検出信号入力 9 OCP 過電流検出信号入力／ボトムスキップ検出信号入力 10 ADJ ソフトスタート制御／ボトムスキップのディレイ時間設定 ／リモート ON/OFF信号入力 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.4 7 FB/STB OSC 10 5 OCP BD 9 8 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 4. 外形図 ・SIP10L(弊社呼称 STA10L)パッケージ ・下記リードフォーミングは、No.LF437 端子材質：Cu a.品名標示 STR L64＊* 端子の処理：Ni メッキ＋半田ディップ b.ロット番号 製品重量：約 2.8g 第 1 文字 西暦年号下一桁 注記 ―‐‐―部は高さ 0.3 max のゲートバリ発生箇所を示す。 第 2 文字 月 単位：mm 第 3,4 文字 1～9 月 ：アラビア数字 10 月 ：O 11 月 ：N 12 月 ：D 製造日 01～31 アラビア数字 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 5. 電気的特性 STR-L6472 の電気的特性を示します。 詳細内容は、製品毎の仕様書を参照願います。 5.1 絶対最大定格 特記なき場合の条件 Ta=25°C 単位 備 考 4.2 A シングルパルス IDMAX 4.2 A Ta= −30～+125°C 1-5 EAS 40 mJ シングルパルス VDD=99V,L=20mH ILPeak= 1.9A 制御部電源電圧 6-5 VCC 32 V 起動回路端子電圧 1-5 VSTARTUP −1.0～VDSS V ADJ 端子流入電流 10 - 5 IADJ 3.0 mA FB 端子流入電流 7-5 IFB 8.0 mA BD 端子流入電流 8-5 IBDIN 2.0 mA BD 端子流出電流 8-5 IBDOUT −2.0 mA OCP 端子電圧 9-5 VOCP −1.5～+2.0 V MOSFET 部許容損失 1-5 PD1 項 目 端子 記 号 ドレイン電流 1-5 IDPeak 最大スイッチング電流 1-5 アバランシェ・エネルギ耐量 規 格 値 14.7 W 2.0 制御部許容損失(MIC) ― PD2 0.8 W 動作時内部フレーム温度 ― TF −30～+125 °C 動作周囲温度 ― TOP −30～+125 °C 保存温度 ― Tstg −40～+125 °C チャネル温度 MOSFET 部電気的特性 項 目 放熱器なし 推奨内部フレーム温 度 TF= 115℃(Max) °C +150 Tch ― ※電流の規定は IC を基準として、シンクが +、ソースが −とします。 5.2 無限大放熱器にて 特記なき場合の条件 Ta=25°C 規 格 値 端子 記 号 MIN TYP MAX 単位 ドレイン・ソース間電圧 1-5 VDSS 850 ― ― V ドレイン漏れ電流 1-5 IDSS ― ― 300 µA ON 抵抗 1-5 RDS(ON) ― ― 6.5 Ω スイッチング・タイム 1-5 tf ― ― 200 ns ― θch-F ― 2.4 3.1 °C/W 熱 抵 抗 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 備 考 チャネル – 内部フレーム間 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 5.3 制御部電気的特性 項 Rev. 1.7 特記なき場合の条件 Ta=25°C、VCC=20V 目 電 源 起 動 動 作 動作開始電源電圧 動作停止電源電圧 動作時回路電流 非動作時回路電流 起動回路動作電圧 起動電流 OLP 動作後起動電流 発振周波数 ソフトスタート動作停止電圧 ソフトスタート動作充電電流 パワーオフしきい値電圧 通 常 動 作 ボトムスキップ動作しきい値電圧 1 ボトムスキップ動作しきい値電圧 2 ボトムスキップ動作しきい値電圧 3 ボトムスキップ開始電圧 ボトムスキップ検出バイアス電流 BD 端子上限クランプ電圧 BD 端子下限クランプ電圧 擬似共振動作しきい値電圧 1 擬似共振動作しきい値電圧 2 最大フィードバック電流 スタンバイ動 作 スタンバイ状態検出電圧 スタンバイ状態開始電圧 スタンバイ動作しきい値電圧 最小 ON 時間(定常時) 最小 ON 時間(入力補正時) 保 護 動 作 最大 ON 時間 リーディング・エッジ・ブランキング時間 過電流検出しきい値電圧（定常時） 過電流検出しきい値電圧（入力補正時） OCP 端子流出電流 入力補正検出しきい値電流 1 入力補正検出しきい値電流 2 OLP バイアス電流 OLP オートリスタートしきい値電圧 OLP ラッチオフバイアス電流 OLP ラッチオフしきい値電圧 OVP 動作電源電圧 ラッチ回路解除電源電圧 フィードバック制御時最大電圧 ※1 MIN 格 値 TYP MAX 単位 VCC(ON) VCC(OFF) ICC(ON) ICC(OFF) VSTART(ON) ICC(STARTUP) ICC(STAROLP) fOSC VADJ(SS) IADJ(SS) VADJ(OFF) 14.4 9.0 ― ― 55 −2.4 −1.10 17.5 2.0 −148 8.2 16.2 10.0 3.5 10 82 −1.4 −0.50 21.0 2.3 −110 9.4 18.4 11.3 5.5 50 100 −0.5 −0.15 25.0 2.6 −71 10.8 V V mA µA V mA mA kHz V µA V 9-5 9-5 9-5 10 - 5 10 - 5 8-5 8-5 8-5 8-5 7-5 VOCP(BS1) VOCP(BS2) VOCP(BS3) VADJ(BS) IADJ(BS) VBD(HC) VBD(LC) VBD(TH1) VBD(TH2) IFB(MAX) −0.720 −0.485 −0.205 3.8 −27 ― ― 0.12 0.01 −315 −0.668 −0.435 −0.145 4.3 −20 6.3 −0.075 0.31 0.15 −225 −0.605 −0.381 −0.085 4.8 −13 ― ― 0.60 0.32 −135 V V V V µA V V V V µA 7- 5 10 – 5 7-5 1-5 1-5 VFB(STBIN) VADJ(STB) VFB(STBOP) tONL(MIN) tONH(MIN) 1.40 5.7 0.80 0.98 0.54 1.63 6.2 1.00 1.62 0.98 1.85 6.8 1.25 2.19 1.40 V V V µs µs 1-5 1-5 9-5 9-5 9-5 8-5 8-5 7-5 7-5 7-5 7-5 6-5 6 -5 7-5 ― tON(MAX) tON(LEB) VOCP(H) VOCP(L) IOCP(O) IBD(TH1) IBD(TH2) IFB(OLP) 31 ― −0.975 −0.904 −260 −575 −565 −27 6.3 −1.5 8.6 26.0 6.2 4.90 135 36 354 −0.930 −0.780 −130 −500 −450 −20 6.7 −1.0 9.6 28.5 7.5 5.45 ― 41 ― −0.875 −0.656 −40 −425 −375 −13 7.3 −0.5 10.2 31.0 8.9 6.00 ― µs ns V V µA µA µA µA V mA V V V V 端子 記 号 6-5 6-5 6-5 6-5 1-5 6-5 6-5 1-5 10 - 5 10 - 5 10 - 5 VFB(OLPAUTO) IFB(OLPLa.OFF) VFB(OLPLa.OFF) VCC(OVP) VCC(La.OFF) VFB(MAX) 規 Tj(TSD) °C 熱保護動作温度 ※1 ラッチ回路とは、過熱保護（OVP）, 過負荷保護（OLP）, 過熱保護（TSD）により動作する回路を示します。 ※電流の規定は IC を基準として、シンクが +、ソースが −とします。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.7 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 6. 応用回路例 VOUT L1 VAC D2 R5 P C1 R6 STR-L6400 Z1 1～3 D/Startup 6 VCC CV C7 ROCP OCP T1 9 C3 C BD C5 C6 PC1 C11 図 6 応用回路例 放熱効果を上げるため、D/Startup 端子(1、2 番ピン)のパターンはできるだけ広くします。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.8 C9 R8 GND R BD R4 S/GND 5 R7 C8 R9 Z2 D C2 BD 8 FB 7 Cont. 10 ADJ S R2 D1 PC1 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 7. 動作説明 7.1 起動動作 図 7-1 に VCC 端子周辺回路を示します。 起動回路は IC に内蔵され、IC 内部で D/Startup 端子(1～3 番ピン) に接続されています。 IC 内部で定電流化された起動電流 ICC(STARTUP)= −1.4mA(TYP)は、 VCC 端子に接続された電解コンデンサ C2 を充電し、VCC 端子電圧が 動作開始電源電圧 VCC(ON)= 16.2V(TYP)まで上昇すると、IC は動作 を開始します。電源起動後、起動回路は自動的に IC 内部で遮断す るため、起動回路による電力消費はなくなります。 起動時間は、C2 のコンデンサ容量で決まり、起動時間の概算値は、 次式(1)になります。 C1 1～3 D/Startup Vcc 6 C2 R2 VD D S/GND OCP 5 9 R OCP VCC(ON)－VCC( INT ) tSTART≒ C2 × ICC(STARTUP) D1 P STR-L6400 ----- (1) 図 7-1 VCC 端子周辺回路 ここで、tSTART は起動時間 (sec)、 VCC (INT)は VCC 端子の初期電圧 (V) 一般的な電源仕様では、電解コンデンサ C2 は、10～47µF 程度になります。 図 7-2 に VCC 端子電圧と回路電流 ICC の関係を示します。VCC 端子電圧が VCC (ON) = 16.2V(TYP)に達する と、制御回路が動作を開始し、回路電流が増加します。制御回路動作後、VCC 端子電圧が動作停止電源電圧 VCC(OFF)= 10.0V(TYP)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。制御回路動作後は、図 7-1 の補助巻線 D から整流平滑された 電圧(補助巻線電圧 VD)が VCC 端子の供給電力になります。 補助巻線電圧は、電源仕様の入出力変動範囲内で、VCC 端子電圧が、 VCC ( OFF ) = 11.3V ( MAX ) < VCC <V CC ( OVP ) = 26.0V ( MIN ) になるように補助巻線 D の巻数を調整します。補助巻線電圧の目安は、20V 程度になります。 ICC 3.5mA (TYP) VCC IC動作開始 起動成功 起動 停止 16.2V (TYP) 10.0V (TYP) 起動不良時 10μA (TYP) 10.0V (TYP) 16.2V VCC (TYP) 図 7-2 VCC 端子電圧-回路電流 ICC 時間 図 7-3 起動時 VCC 端子電圧波形 図 7-3 に電源起動時の VCC 端子電圧波形例を示します。VCC 端子電圧が VCC(OFF)に達し、起動不良になる 場合は、C2 容量を大きくします。容量を大きくすると、起動時間が長くなるので、使用上問題ないか確認が必 要です。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.9 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 実際の電源回路は、図 7-4 のように 2 次側出力電流 IOUT の値により VCC 端子電圧が変化し、過電圧保護動 作(OVP)になる場合があります。これは、パワーMOSFET がターン OFF した瞬間に発生するサージ電圧によっ て、C2 がピーク充電されるためです。これを防止するには、図 7-5 のように、整流用ダイオード D1 と直列に数 Ω ～数十 Ω の抵抗 R2 の追加が有効です。 R2 の最適値は、出力電圧に対する VCC 端子電圧の変化が使用するトランスの構造によって異なるため、 実際に使用するトランスに合わせた調整が必要です。 また、出力電圧に対する VCC 端子電圧の変化率は、下記の場合に悪くなるため、トランス設計時は、補助巻 線 D の巻き位置に注意が必要です。 • トランスの 1 次－2 次の結合が悪い場合(低出力電圧、大電流負荷仕様など) • 補助巻線 D と安定化出力巻線(定電圧制御を行っている出力ラインの巻線)の結合が悪い場合 D1 R2 がない場合 VCC R2 6 Vcc STR-L6400 D C2 追加 S/GND R2 がある場合 5 IOUT 図 7-5 出力電流 IOUT の影響が 受けにくい VCC 端子周辺回路 図 7-4 R2 による出力電流 IOUT－VCC 端子電圧 トランス設計時の参考として、補助巻線 D の巻き位置の参考例を、図 7-6、図 7-7 に示します。 • 補助巻線 D を 1 次巻線 P1 と P2 から距離を離す(図 7-6 巻線構造例①)。 P1、P2 は 1 次巻線を 2 分割にしたサンドイッチ巻線 • 2 次側安定化出力巻線 S1 で補助巻線 D をサンドイッチする構造とする(図 7-7 巻線構造例②)。 2 出力巻線 S1、S2 中、S1 は安定化出力巻線(定電圧制御を行っている出力ラインの巻線)。 ｺｱ ﾎﾞﾋﾞﾝ ｺｱ ﾎﾞﾋﾞﾝ ﾊﾞﾘｱﾃｰﾌﾟ ﾊﾞﾘｱﾃｰﾌﾟ P1 S1 P2 S2 D P1 S1 D S2 S1 P2 ﾊﾞﾘｱﾃｰﾌﾟ ﾊﾞﾘｱﾃｰﾌﾟ ﾋﾟﾝ側 ﾋﾟﾝ側 P1,P2 1 次巻線 S1 2 次制御巻線 S2 2 次出力巻線 D VCC 用補助巻線 図 7-6 P1,P2 1 次巻線 S1 2 次制御巻線 S2 2 次出力巻線 D VCC 用補助巻線 巻線構造例① Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 図 7-7 Page.10 巻線構造例② STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.2 Rev. 1.7 定電圧制御回路 定電圧制御回路動作 御回路動作 図 7-8 に FB 端子周辺回路、図 7-9 に定電圧制御について示 します。 出力電圧は、過渡応答および安定性に優れた電流モード 制御（ピーク電流モード制御）により、定電圧制御されます。 負荷が軽くなった場合、出力電圧の上昇に伴い、2 次側の エラーアンプのフィードバック電流が増加します。図 7-8 のよう に、この電流は、フォトカプラを介して、FB 端子から引き抜かれ、 FB 端子電圧は低下します。 2 次側のフィードバック電流により FB 端子電圧は、図 7-9 の ように、IC 内部の FB コンパレータの目標電圧 VSC を作ります。 ドレイン電流 ID は、電流検出抵抗 ROCP でマイナス検出され、 IC 内部で検出電圧 VOCPM を作ります。この双方を比較し、制 御回路は、目標電圧に近づくようにドレイン電流のピーク値を 下げる制御を行い、出力電圧の上昇を抑えます。 負荷が重くなった場合は逆の動作になり、FB コンパレータの 目標電圧は増加し、それに伴ってドレイン電流のピーク値を増 やす制御を行い、出力電圧の低下を抑えます。 このように、フィードバック電流とドレイン電流を制御信号として、 定電圧制御が行われます。 また、一般的に電流モード制御は、パワーMOSFET が ターン ON する際に発生する急峻なサージ電流により、IC 内部 の FB コンパレータや OCP 回路が応答し、パワーMOSFET が OFF する場合があります。 この現象を防ぐため、リーディング・エッジ・ブランキング機能 を内蔵し、ターン ON 時のドレイン電流サージに応答しないよう に、パワーMOSFET が ON した瞬間からブランキング期間を設 けています。(STR-L6472 のリーディング・エッジ・ブランキング 時間は、tON(LEB)= 354ns(TYP)です。) STR-L6400 S/GND 5 R OCP 7 FB OCP 9 PC1 C6 VROCP 図 7-8 FB 端子周辺回路 目標電圧 + Vsc - V OCPM OCP 端子電圧より 作られた検出電圧 FB ｺﾝﾊﾟﾚｰﾀ ﾄﾞﾚｲﾝ電流 ID 図 7-9 定電圧制御 VOCP ﾄﾞﾚｲﾝ電流 ｻｰｼﾞ幅 tON(LEB) 図 7-10 OCP 端子電圧 (ﾄﾞﾚｲﾝ電流) ターン ON 時のドレイン電流サージは、図 7-10 のように、電流モード制御による OCP 端子しきい値 VOCP に 達する幅が tON(LEB)以下になるように、調整します。 ドレイン電流サージが大きい場合は、ターン ON タイミングを VDS ボトムポイントへ合わせたり、電圧共振コン デンサ CV 容量や 2 次側スナバ回路のコンデンサ容量を下げ、ターン ON 時のサージ電圧を下げるなどの調 整が必要です。 図 7-10 の VOCP は、“7.10 過電流保護機能（OCP）”項の入力補正後の VOCP になります。 ターン ON 時のドレイン電流サージにより、不安定な発振動作 になる場合は、図 7-11 に示すように抵抗とコンデンサによる外付 けフィルタの追加を推奨します。フィルタの抵抗値を大きくすると、 OCP 端子流出電流 IOCP(O)= −130µA の影響で、過電流のバラツ キが大きくなったり、過電流の応答遅れが大きくなります。 抵抗値は 100Ω 程度、コンデンサの容量は 220pF 程度を推奨 します。 STR-L6400 S/GND 5 R OCP OCP 9 FB 7 C6 220pF程度 VR OCP 100Ω程度 図 7-11 OCP 端子周辺回路 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 PC1 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.3 Rev. 1.7 ソフトスタート機能 ソフトスタート機能 図 7-12 に ADJ 端子周辺回路と、電源起動時のドレイン電流、ADJ 端子電圧波形を示します。 電源起動時、パワーMOSFET、および 2 次側ダイオードの電圧・電流ストレスを低減するため、ソフトスタート 機能を設けています。 電源起動時は、ADJ 端子に接続した C3 を、ソフトスタート充電電流 IADJ(SS)= −110µA(TYP)で充電し、ADJ 端子電圧に応じて、パワーMOSFET の ON 幅を制限します。 ADJ 端子電圧が、ソフトスタート動作停止電圧 VADJ(SS)= 2.3V に達するまで、ソフトスタートがかかります。 ソフトスタート期間 tSS の概算値は、次式(2)になります。 tSS ≒ 2.3V × C3 110μA ------(2) C3 が 0.22µF 時の tSS は、約 4.6ms になります。 なお、定常動作時の ADJ 端子電圧は、2.9V になります。 VADJ ｿﾌﾄｽﾀｰﾄ 期間 STR-L6400 ADJ 10 S/GND 5 定常動作時=2.9V VADJ(SS) =2.3V(TYP) 110μA 110μAで充電 C3 ID 時間 OCP制限 時間 図 7-12 ADJ 端子周辺回路と電源起動時のｿﾌﾄｽﾀｰﾄ動作 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.12 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.4 Rev. 1.7 擬似共振動作 7.4.1 ボトムオンタイミング（ ボトムオンタイミング（擬似共振信号） 擬似共振信号） 図 7-13 に示すようなフライバック方式(パワーMOSFET が OFF のときに 2 次側へエネルギーを供給する方式) は、2 次側にエネルギー放出後、ドレイン電圧がトランスの LP と、ドレイン－ソース間のコンデンサ CV で決まる 周波数で自由振動します。 EIN： DC 電圧 Ef LP NP NS ID VO IOFF CO EIN CV Np × (Vo + VF ) Ns Ef： ﾌﾗｲﾊﾞｯｸ電圧 Ef = NP： NS： V O： VF： ID： IOFF： 1 次側の巻数 2 次側の巻数 出力電圧 ﾀﾞｲｵｰﾄﾞの順方向電圧降下 ﾊﾟﾜｰ MOSFET のﾄﾞﾚｲﾝ電流 ﾊﾟﾜｰ MOSFET が OFF 時の 2 次側ﾀﾞｲｵｰﾄﾞに 流れる電流 電圧共振ｺﾝﾃﾞﾝｻ 励磁ｲﾝﾀﾞｸﾀﾝｽ C V： LP： 図 7-13 ﾌﾗｲﾊﾞｯｸ方式 VDS の自由振動のボトム点で、パワーMOSFET がターン ON することを、ボトムオンといい、図 7-14 に理想的 なボトムオン時の VDS 波形を示します。 擬似共振動作は、VDS のボトム点でターン ON するため、スイッチング損失、およびスイッチングノイズを低減 でき、高効率、低ノイズが実現できます。 VDS が自由振動の期間にターン ON させる遅延タイミングは、VDS 波形に同期した補助巻線電圧から作ります。 STR-L6400 シリーズのボトムオンは、擬似共振動作時だけでなく、ボトムスキップ擬似共振動作時も行われ、 軽負荷～中負荷のスイッチング周波数を下げて、この領域の効率を向上します。 自由振動の半周期 tONDLY VDS t ONDLY ≒ π Lp × CV Ef EIN ﾎﾞﾄﾑ点 IOFF ID tON 図 7-14 理想的なﾎﾞﾄﾑｵﾝ：VDS 電圧共振波形のﾎﾞﾄﾑ点でﾀｰﾝ ON 図 7-15 に BD 端子周辺回路と補助巻線電圧を示します。 BD 端子は、以下の機能があります。 ①ボトムオンタイミング ②OCP 入力補正 ----- “7.10.1 過電流入力補正機能”項参照 ③スタンバイ入力補正 ----- “7.5.3 オートスタンバイ動作の入力補正機能”項参照 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 図 7-15 の BD 端子周辺回路の RBD、CBD は①～③により調整します。 ボトムオンタイミングは、図 7-15 のように、補助巻線 D のフライバック電圧 Erev1 により、BD 端子には図 7-16 の“正常な BD 端子波形”のような擬似共振信号が印加され、ターン OFF 時に、擬似共振動作しきい値 1 VBD(TH1)= 0.31V(TYP)以上になると、パワーMOSFET は OFF 期間を継続します。その後、2 次側にエネルギー が供給された後は、補助巻線 D の電圧が低下し、BD 端子電圧が VBD(TH2)= 0.15V(TYP)まで下がると、ターン ON します。 VBD(TH2)に達すると、擬似共振動作しきい値が VBD(TH1)に切換わり、擬似共振動作の誤動作を防止します。 ｸﾗﾝﾌﾟｽﾅﾊﾞ T1 C1 EIN EIN Ef D1 1～3 P ﾌﾗｲﾊﾞｯｸ電圧 R2 補助巻線の電圧波形 D/Startup C2 RBD D CV ﾌｫﾜｰﾄﾞ電圧 BD Erev1 0V 8 Efw1 S/GND OCP 5 9 CBD ROCP tON 図 7-15 BD 端子周辺回路と補助巻線電圧 図 7-16 にトランスの結合が悪い場合の BD 端子波形を示します。 1 次巻線と 2 次側制御巻線の巻数比(NP/NS)が極端に大きい場合（低圧大電流負荷仕様）など、パワー MOSFET がターン OFF する際に、補助巻線を介して BD 端子電圧にもサージ電圧が発生する場合があります。 BD 端子は、BD 端子ブランキング時間 1.0µs(TYP)を設けているので、この期間に擬似共振信号の検出をす ることはありませんが、BD 端子ブランキング時間を越えるサージ電圧が入力されると、IC は擬似共振信号の入 力と認識し、高周波でパワーMOSFET が ON / OFF 動作する場合があります。このとき、パワーMOSFET の損 失が過大になり、チャネル温度を超えると、パワーMOSFET はダメージを受けます。 このような高周波動作が生じた場合は、CBD を BD 端子－GND 端子の近くに接続する、BD 端子－GND 間の パターンループを大電流パターンと離す、1 次巻線と補助巻線の結合が低くなる巻き方にする、クランプスナバ の定数調整を行うなど、高周波動作が生じない調整が必要です。 なお、BD 端子の動作波形を確認するプローブは、BD 端子、GND 端子近くに接続します。 正常な BD 端子波形 好ましくない BD 端子波形 VBD(HC)= 6.3V VBD(TH1)= 0.31V(TYP) VBD(TH2)= 0.15V(TYP) 0V VBD(HC)= 6.3V VBD(TH1)= 0.31V(TYP) VBD(TH2)= 0.15V(TYP) 0V BD 端子ﾌﾞﾗﾝｷﾝｸﾞ時間 1.0µs（TYP） 図 7-16 ﾄﾗﾝｽの結合が悪い場合の BD 端子波形 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 BD 端子内部には遅れ要素があるため、RBD の値が大きい場合、ターン ON のタイミングが、図 7-18 のように、 遅れる場合があります。RBD の設定は、スタンバイ入力補正や過電流入力補正の設定と関係があるため、7.5.3 項、 7.10.1 項を参照のうえ、実働動作を確認して決定します。 BD 端子は、上限クランプ電圧 VBD(HC)= 6.3V(TYP)で電圧クランプされますが、流入電流は絶対最大定格= 2mA を超えないように、RBD を調整します（p.25 の“BD 端子周辺定数設定参考例”参照）。 VDS のボトム点の調整方法は、VDS、VBD(BD 端子電圧波形）、ID の実働波形を観測し、図 7-14 の理想的な ボトムオン（VDS のボトム点でターン ON）になるように、CBD 容量を調整し、遅延時間 tONDLY を調整します。 AC 入力電圧 MAX、Po=MAX 時に、ターン ON がボトム点より早い場合(図 7-17) 初期接続してある CBD の容量を増やし、ボトム点を確認しておき、ターン ON が VDS のボトム点と一致する ように調整します。 AC 入力電圧 MAX、Po=MAX 時に、ターン ON がボトム点より遅い場合(図 7-18) 初期接続してある CBD の容量でボトム点を確認しておき、CBD の容量を減らし、ターン ON が VDS のボトム点と 一致するように調整します。 自由振動周波数 fR ﾀｰﾝ ON がﾎﾞﾄﾑ点より ﾀｰﾝ ON がﾎﾞﾄﾑ点より 早い 遅い VDS fR ≒ 1 2π Lp × CV VDS ﾎﾞﾄﾑ点 ﾎﾞﾄﾑ点 IOFF IOFF ID ID tON tON VBD VBD VBD(TH1) VBD(TH2) GND 補助巻線電圧 補助巻線電圧 GND GND 図 7-17 ﾀｰﾝ ON が VDS 波形のﾎﾞﾄﾑ点 図 7-18 ﾀｰﾝ ON が VDS 波形のﾎﾞﾄﾑ点 より早い場合 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. より遅い場合 Page.15 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 7.4.2 ボトムスキップ動作 ボトムスキップ動作 前項の擬似共振動作に加え、軽～中負荷時のスイッチング損失を低減するため、スイッチング周波数の上昇 を抑えるボトムスキップ機能を内蔵しています。この機能は､ドレイン電流(実際には OCP 端子電圧)をモニターし、 2 次側の負荷状態に応じて、重負荷時は QR 動作、中･軽負荷時はボトムスキップ QR 動作に切換わります。 図 7-19 と図 7-20 に、出力負荷が軽負荷⇒重負荷時と、重負荷⇒軽負荷時の状態遷移図を模擬的に示します。 なお、これらの図は過電流入力補正を使用していない場合の状態遷移図で、QR 動作の過電流検出しきい値電 圧は、VOCP(H)= −0.930V(TYP)で表しています。 マルチモード制御は、負荷状態に応じて、 スタンバイ動作 ⇔ 2 ボトムスキップ QR 動作 ⇔ 1 ボトムスキップ QR 動作 ⇔ QR 動作の 4 つの動作モードに切換えます。 実際の動作は、7.4.3 項に述べる負荷急変時の動作モード切換えにディレイ時間を設けています。図 7-19、 図 7-20 はこれを省略しています。 2 ボトムスキップ QR 動作から QR 動作へ切換わる場合（図 7-19） 2 ボトムスキップ QR 動作から負荷を増やしていくと、ドレイン電流ピーク値が増加し、ON 幅が広がります。 同様に、OCP 端子電圧(VOCP)ピーク値も増加します。負荷を増やし、VOCP(BS2)まで下がると、1 ボトムスキップ QR 動作へ切換わります。さらに負荷を増やし、VOCP(BS1)まで下がると、QR 動作へ切換わります。 QR 動作から 2 ボトムスキップ QR 動作へ切換わる場合（図 7-20） QR 動作から負荷を減らしていくと、ドレイン電流ピーク値が減少し、ON 幅が狭くなります。 同様に、OCP 端子電圧（VOCP）ピーク値も減少します。負荷を減らし、VCOP(BS２)|まで上がると、1 ボトム スキップ QR 動作へ切換わります。さらに負荷を減らし、VOCP(BS3)まで上がると、2 ボトムスキップ QR 動作へ切換わります。 VOCP VOCP(BS2) −0.435V ｽﾀﾝﾊﾞｲ動作 VOCP(BS1) −0.668V 2 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ QR 動作 VOCP(H) −0.930V 1 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ QR 動作 QR 動作 重負荷 無負荷 図 7-19 無負荷→重負荷時の状態遷移図 VOCP VFB(STBOP) = 1V, tON = tONL(MIN) VOCP(H) −0.930V VOCP(BS3) −0.145V VOCP(BS2) −0.435V ｽﾀﾝﾊﾞｲ動作 QR 動作 1 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ 2 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ QR 動作 QR 動作 重負荷 図 7-20 重負荷→無負荷時の状態遷移図 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 無負荷 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 負荷電流増加 / 負荷電流減少の過程では、 図 7-21 のように、各動作モードの切換えに際し、 自動的にヒステリシスが設定されるため、スイッチン グ波形は、切換えしきい値付近で不安定にならず、 安定した動作モードの切換えが可能です。 Rev. 1.7 1 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ QR 動作 VOCP(H) VOCP(BS1) QR 動作 VOCP(BS2) 2 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ QR 動作 VOCP(BS3) 負荷電流 図 7-21 動作ﾓｰﾄﾞ切換え時のヒステリシス 7.4.3 負荷急変時の 負荷急変時の 擬似共振動作 擬似共振動作 ⇒ ボトムスキップ動作 ボトムスキップ動作モード 動作モード切換 モード切換えの 切換えのディレイ えのディレイ時間設定 ディレイ時間設定 STR-L6400 シリーズは、QR 動作 ⇒ 1 ボトムスキップ QR 動作モード切換え、1 ボトムスキップ QR 動作 ⇒ 2 ボトムスキップ QR 動作モード切換え時に、ディレイ時間を設け、ディレイ時間以内の出力負荷急変は、同一 動作モードで動作します。これにより、出力負荷急変時のトランスの音鳴りを抑制できます。 ディレイ時間は、ソフトスタート用コンデンサ C3 の充電時間を用いて作られ、図 7-22 のような動作になります。 VADJ 20μAで充電 VADJ(BS)=4.3V(TYP) VOCP(BS2)検出点 約2.9V STR-L6400 ADJ S/GND 5 10 20μA ﾃﾞｨﾚｲ時間 C3 C3が、2.9V→4.3Vまで、 20μAで充電される期間 時間 QR動作 1ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟQR動作 ﾃﾞｨﾚｲ時間以内に VOCP(BS2)検出がｷｬﾝｾﾙされると 動作ﾓｰﾄﾞは前のﾓｰﾄﾞが継続される 図 7-22 ADJ 端子周辺回路と QR 動作下の負荷急変時の状態遷移図 動作モードが切換わる場合（QR 動作 ⇒ 1 ボトムスキップ QR 動作） QR 動作から出力負荷が急減し、ボトムスキップ動作しきい値電圧 2 VOCP(BS2)= −0.435V(TYP)に上がると、 ADJ 端子の C3 をボトムスキップ検出バイアス電流 IADJ（BS)= −20µA(TYP)で充電します。 ADJ 端子電圧がボトムスキップ開始電圧 VADJ(BS)= 4.3V(TYP)に達するまでのディレイ時間後に、QR 動 作から 1 ボトムスキップ QR 動作へ切換わります。 1 ボトムスキップ QR 動作から 2 ボトムスキップ QR 動作モード切換え時も同様に、ディレイ時間後 切換わります。なお、この場合の VOCP の検出点は、VOCP(BS3)になります。 動作モードが切換わらない場合 前記ディレイ時間以内に出力負荷が増えた場合（VADJ(BS)に達する前に、出力負荷が増え、VOCP(BS2)より 下がる場合）は、動作モードは切換わらず、QR 動作のままになります。 1 ボトムスキップ QR 動作の場合も同様に、ディレイ時間以内に出力負荷が増えた場合は、動作モード は切換わらず、1 ボトムスキップ QR 動作のままになります。なお、この場合の VOCP の検出点は、 VOCP(BS3)になります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.5 7.5.1 Rev. 1.7 オートスタンバイ オートスタンバイ機能 スタンバイ機能 オートスタ オートスタンバイ スタンバイ動作 ンバイ動作 オートスタンバイ機能は、“7.5.2 オートスタンバイ動作切換えディレイ時間の設定”項に述べる条件を満足する とバースト発振動作を行い、図 7-23 のスタンバイ動作時波形のように、スイッチングが停止する期間（発振休止期 間）と発振期間（2 ボトムスキップ QR 動作）になり、スイッチング損失を低減し、軽負荷時の効率を改善します。 バースト発振動作は、微小負荷時に動作し、2 次側へ供給するエネルギーによって、発振期間 / 発振休止期 間が変わります。VCC 端子電圧にリップルが生じ、動作停止電源電圧 VCC(OFF)= 11.3V(MAX)以下になる場合は、 図 7-5 の VCC 端子に接続されたコンデンサ C2 容量を大きくしたり、R2 を小さくするなど、VCC 端子電圧を VCC(OFF) 以上にする必要があります。 Vcc V CC(OFF) =11.3V(MAX) 時間 ID 発振休止期間 発振休止期間 発振期間 時間 図 7-23 ｽﾀﾝﾊﾞｲ動作時波形 7.5.2 オートスタンバイ オートスタンバイ動作切 スタンバイ動作切換 動作切換えディレイ時間 ディレイ時間の 時間の設定 7.4.3 項の負荷急変時の動作モード切換えのディレイ時間と同様に、軽負荷時にオートスタンバイ動作へ 切換わる際も、ディレイ時間を設けています。 図 7-24 にオートスタンバイ動作に切換わるときの状態遷移図を示します。 VADJ 110μAで充電 VADJ(STB)=6.2V(TYP) 2.9V STR-L6400 FB ADJ S/GND 5 ﾃﾞｨﾚｲ時間 PC1 (TYP) 7 時間 10 VFB 110μA C3 VFB(STBIN)=1.63V(TYP) VFB(STBOP) 1.00V(TYP) 2ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟQR動作 ｽﾀﾝﾊﾞｲ動作 （ﾊﾞｰｽﾄ発振動作） 時間 図 7-24 ｵｰﾄｽﾀﾝﾊﾞｲ動作切換え時の状態遷移図 オートスタンバイ動作へ切換わる場合（2 ボトムスキップ QR 動作 ⇒ オートスタンバイ動作） 出力負荷が、軽負荷からさらに小さくなると、フォトカプラに流れるフィードバック電流が増加するため、 FB 端子電圧は低下します。FB 端子電圧がスタンバイ状態検出電圧 VFB(STBIN)= 1.63V(TYP)以下にな ると、ADJ 端子に接続されたコンデンサ C3 を−110µA(TYP)で充電し始めます。 ADJ 端子電圧がスタンバイ状態開始電圧 VADJ(STB)= 6.2V(TYP)に達するまでのディレイ時間後に、 バースト動作切換えがイネーブルになります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 定常動作時の ADJ 端子電圧は 2.9V（TYP)より、C3 が 0.22µF 時のディレイ時間は約 6.6ms になります。 出力負荷がさらに小さくなり、FB 端子電圧が、スタンバイ動作しきい値電圧 VFB(STBOP)= 1.0V(TYP)に 下がると、バースト発振動作を開始します。 オートスタンバイ動作に切換わらない場合 前記ディレイ時間以内に出力負荷が増えた場合（VADJ(STB)= 6.2V(TYP)に達する前に、出力負荷が増え、 VFB(STBIN)以上になった場合）は、バースト動作切換えがディスエイブルになり、2 ボトムスキップ QR 動作の ままになります。 7.5.3 オートスタンバイ動作 オートスタンバイ動作の 動作の入力補正機能 STR-L6400 シリーズは、最小 ON 時間を設けています。 出力負荷が小さくなり、ON 幅が最小 ON 時間になると、フィードバック電流が増加し、図 7-24 のように、 FB 端子電圧が VFB(STBOP)まで下がると、バースト発振動作を開始します。 パワーMOSFET の ON 時間（tON）によって、オートスタンバイ動作に入れる場合、ワイド入力電圧仕様では、 同一微小負荷時の ON 幅が、AC240V 系入力電圧に対し AC100V 系入力電圧が広くなるため、AC240V 系 入力電圧はオートスタンバイ動作しても、AC100V 系入力電圧は動作しない場合があります。 この現象を回避するため、入力電圧による最小 ON 時間の切換え機能を内蔵しています。 図 7-15 のフォワード電圧 Efw1 を用いて、RBD を経由して BD 端子から引き抜く電流値 IBD により、 最小 ON 時間は、以下のように変わります。 tONL(MIN)= 1.62µs(TYP) ----- RBD により tON 期間に流れる電流 IBD が 500µA(TYP)未満の場合 tONH(MIN)= 0.98µs(TYP) →AC100V 系向け --- RBD により tON 期間に流れる電流 IBD が 500µA(TYP)以上の場合 →AC240V 系向け ワイド入力電圧仕様は、AC150V 近辺で、BD 端子から引く抜く電流値 IBD が 500µA になるように RBD 値を 設定します。なお、“7.10.1 過電流入力補正機能”項と併せて設定します。 7.5.4 ボトムスキップ QR 動作 / オートスタンバイ オートスタンバイ動作 スタンバイ動作の 動作のキャンセル ADJ 端子に抵抗を外付けすると、ボトムスキップ QR 動作やオートスタンバイ動作をキャンセルできます。 ボトムスキップ QR 動作とオートスタンバイ動作両方をキャンセル する場合 ボトムスキップ動作時は、図 7-22 のように、ADJ 端子内部より 供給されるボトムスキップ検出バイアス電流 IADJ(BS)= −20µA でコンデンサ C3 を充電しますが、図 7-25 の R11= 100kΩ を 追加すると、この電流が R11 に流れ、ADJ 端子電圧は、ボト ムスキップ開始電圧 VADJ(BS)= 4.3V に上がらなくなり、定常動 作時のボトムスキップ QR 動作をキャンセルできます。 軽負荷時も同様に、スタンバイ状態開始電圧 VADJ(STB)= 6.2V(TYP)に達しないため、オートスタンバイ動作も同時に キャンセルできます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19 20μA ADJ S/GND 5 10 C3 R11 100kΩ程度 図 7-25 ﾎﾞﾄﾑｽｷｯﾌﾟ / ｵｰﾄｽﾀﾝﾊﾞｲ 動作をｷｬﾝｾﾙする回路 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 オートスタンバイ動作のみキャンセルする場合 オートスタンバイ動作へ切換わるには ADJ 端子電圧 をスタンバイ状態検出電圧 VADJ(STB)= 6.2V(TYP)に 上昇させる必要がありますが、ADJ 端子のコンデン サ C3 と並列に D3= 5.6V のツェナーダイオードを接 続すると、ADJ 端子電圧は VADJ(STB)に達しないため、 オートスタンバイ動作がキャンセルできます。 ADJ 10 S/GND 5 C3 D3 Vz= 5.6V 図 7-26 ｵｰﾄｽﾀﾝﾊﾞｲ動作のみｷｬﾝｾﾙする回路 ボトムスキップ開始電圧 VADJ(BS)= 4.3V(TYP)との間 にマージンがないため、ツェナー電圧の精度および ランク指定に注意が必要です。 7.5.5 110μA 外部信号による 外部信号による ON / OFF 外部信号による ON/OFF 回路例を図 7-27 に示します。 ADJ 端子に外部から電圧を印加することで、IC はスイッチング動作を停止します。 外部電源(12V~16V)に接続された R12(10kΩ~33kΩ)を、フォトカプラ PC2 などのスイッチ素子を介して接続し、 ADJ 端子電圧がパワーオフしきい値電圧 VADJ(OFF)=9.4V(TYP)まで上昇すると、IC はスイッチング動作を停止し ます。 ADJ 端子に VADJ(OFF)以上の電圧を印加し続けている間、停止は継続します。 外部電源 例 12～16V V ADJ R12 10k～33kΩ VADJ(OFF)= 9.4V(TYP) VADJ(SSCP)= 2.9V(TYP) PC2 STR-L6400 ON ADJ S/GND 5 10 C3 OFF ON 時間 ID 時間 図 7-27 外部信号による ON/OFF 回路例 図 7-27 の場合、フォトカプラ PC2 が ON した停止状態から、PC が OFF すると、ソフトスタート動作で再起動 します。 上記回路使用する場合、ADJ 端子の絶対最大定が 3.0mA(MAX)のため、流入電流は 3.0mA 未満になるよう に、外部電源電圧と R12 の設定が必要です。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.20 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.6 Rev. 1.7 ラッチ回路 ラッチ回路 ラッチ回路は、過電圧保護（OVP）、過負荷保護（OLP）、過熱保護（TSD）の各動作時に、ラッチモードで スイッチング動作を停止させます（ラッチオフ）。 図 7-28 は、VCC 端子に過電圧が印加され、過電圧保護(OVP)が動作した場合のラッチ動作の遷移図です｡ ラッチ回路が動作し、スイッチング動作が停止すると、VCC 端子電圧は下降し始め、VCC 端子電圧が、 VCC(OFF)=10.0V(TYP)まで低下すると、起動回路が動作します。 起動回路が動作すると、VCC 端子は上昇し始め、VCC(ON)= 16.2V（TYP)に達すると、再び回路電流が増加 するため、VCC 端子電圧は、図 7-28 のように、VCC(ON)と VCC（OFF)の間を繰り返します。 ラッチ動作の解除は、AC 入力をオフし、VCC 端子電圧が、ラッチ回路解除電源電圧 VCC(La.OFF)= 7.5V(TYP) 以下に下がると解除します。 Vcc OVP動作 28.5V (TYP) 入力電源断 ラッチ保持 再起動 可能 16.2V (TYP) 10V (TYP) 7.5V(typ)ラッチ解除電圧 時間 図 7-28 OVP 動作時の状態遷移図 7.7 過電圧保護機能（ ） 過電圧保護機能（OVP） VCC 端子－GND 端子間に、OVP 動作電源電圧 VCC(OVP)= 28.5V(TYP)以上の電圧が印加されると、過電圧 保護機能が動作し、ラッチモードでスイッチング動作が停止します。 VCC 端子電圧がトランスの補助巻線から供給される場合は、VCC 端子電圧が出力電圧に比例するため、 出力電圧検出回路オープン時などの 2 次側過電圧を検出できます。 この場合、過電圧保護動作時の 2 次側出力電圧は次式(3)で概略計算できます。 VOUT ( OVP ) = 7.8 通常動作時出力電圧 × 28.5V(TYP) 通常動作時VCC 端子電圧 ---- (3) 過熱保護回路（ ） 過熱保護回路（TSD） IC の制御回路部の温度が、熱保護動作温度 Tj(TSD)= 135°C(MIN)以上に達すると、ラッチモードでスイッチング 動作を停止します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.21 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 7.9 Rev. 1.7 過負荷保護機能（ ） 過負荷保護機能（OLP） 過負荷保護状態（過電流保護動作によりドレイン電流のピーク値が制限されている状態）が、ある一定時間 （遅延時間 tDLY）続くと、スイッチング動作が停止し、パワーMOSFET および 2 次側整流ダイオードなどの部品 ストレスを軽減します。 OLP 機能をラッチモードにする場合 図 7-29 に、過負荷保護機能(OLP)がラッチモードで動作する場合の回路図と状態遷移図を示します。 過負荷状態になると、出力電圧が低下するため、2 次側のエラーアンプがカットオフし、フィードバック電流 が流れなくなります。フィードバック電流がなくなると、FB 端子電圧は、OLP バイアス電流 IFB(OLP)= −20µA(TYP)により上昇し、OLP オートリスタートしきい値電圧 VFB(OLPAUTO)= 6.7V(TYP)に達すると、内部バ イアス電流が OLP ラッチオフバイアス電流 IFB(OLPLa.OFF)= −1.0mA（TYP）に切換わるため、VCC 端子電圧が 動作停止電源電圧 VCC(OFF)= 10.0V（TYP）に低下する前に､FB 端子電圧は急峻にラッチオフしきい値電圧 VFB(OLPLa.OFF)= 9.6V（TYP）に達し、ラッチモードでスイッチング動作を停止します。 VFB ﾗｯﾁｼｬｯﾄﾀﾞｳﾝ 6.7V(TYP)以上でﾊﾞｲｱｽ電流は IFB(OLPLa.OFF) 1.0mA(TYP)に切換わる VFB(OLPLa.OFF) 9.6V(TYP) STR-L6400 FB 7 S/GND 5 C5 V FB(OLPAUTO)=6.7V(TYP) PC1 R4 ΔV 20μA(TYP)で充電 t DLY C6 ﾗｯﾁﾃﾞｨﾚｲ用CR VFB(MAX) =5.45V(TYP) 時間 図 7-29 OLP 動作時の回路図と状態遷移図 ラッチディレイ時間は、IFB(OLP)により、FB 端子電圧が VFB(OLPAUTO)に達するまでの時間になります。 IFB(OLP)= −20µA(TYP)で充電されるラッチディレイ時間 tDLY の概算値は、次式(4)になります。 t DLY ≒ (6.7V − 5.45V ) × C 5 20μA ----- (4) OLP 機能をオートリスタートにする場合 図 7-30 に、過負荷保護機能(OLP)がオートリスタートで動作する場合の回路図と状態遷移図を示します。 FB 端子―GND 端子間に VZ= 8.2V のツェナーダイオード D4 を接続します。これにより、過負荷状態時に FB 端子電圧がラッチオフしきい値電圧 VFB(OLPLa.OFF)= 9.6V (TYP)に達しないため、過負荷状態で発振し ます。 FB 端子電圧が OLP オートリスタートしきい値電圧 VFB(OLPAUTO)= 6.7V（TYP）に達すると、スイッチング動作が 停止します。VCC 端子電圧が動作停止電源電圧 VCC(OFF)に下がると、起動回路が動作し、再起動がかかる 間欠発振になります。このときの起動電流は OLP 動作後起動電流 ICC(STARTOLP)= −0.5mA (TYP)に減少し、 発振停止期間が延び、スイッチング素子の発熱を抑えます。 過負荷の要因が取り除かれると、過負荷保護動作から通常の動作に自動復帰します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.22 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 Vz=8.2V STR-L6400 FB 7 S/GND 5 D4 PC1 R4 C5 C6 ﾗｯﾁﾃﾞｨﾚｲ用CR VFB VFB(OLPLa.OFF) 9.6V(TYP) Vz=8.2V VFB(OLPAUTO) 6.7V(TYP) 時間 ID VCC VCC(OFF)=10V(TYP) ICC(STARTUP) ICC(STARTOLP) 起動電流 OLP動作時、起動電流は ICC(STARTUP)= -1.4mA(TYP)から ICC(STARTOLP)=-0.5mA(TYP)へ減少し、発振停止期間が延びる 図 7-30 オートリスタート時の回路図と状態遷移図 OLP 機能をキャンセルする場合 図 7-31 に、過負荷保護機能(OLP)をキャンセルする場合の回路図を示します。 FB 端子電圧が、OLP オートリスタートしきい値 VFB(OLPAUTO) 、および OLP ラッチオフしきい値電圧 VFB(OLPLa.OFF)に達しないように、FB 端子―GND 間に 220kΩ 以下の R13 を接続します。 これにより、OLP バイアス電流 IFB(OLP)= −20µA(TYP)が R13 に流れ、OLP 機能(ラッチ動作、オートリスタート 動作)が無効になります。 OLP 機能をキャンセルした場合の出力特性は定電力特性になります。 220kΩ以下 STR-L6400 FB S/GND 5 7 PC1 R13 C6 図 7-31 OLP 機能をキャンセルする場合の回路図 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.23 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 7.10 過電流保護機能 ） 過電流保護機能（ 機能（OCP） 出力電流(A) 過電流保護回路(OCP)は、パワーMOSFET のドレイン 入力補正なし 電流ピーク値を、パルス・バイ・パルス方式により検出し、 電力制限します。 パワーMOSFET のドレイン電流は、S/GND 端子と 入力補正あり OCP 端子間の電流検出抵抗 ROCP で検出され、ROCP の IOUT 電圧降下が過電流検出しきい値電圧(VOCP)に達したと きに、パワーMOSFET はターン OFF します。 擬似共振コンバータを、AC100V 系～AC240V 系のワ イド入力で使用する場合、入力電圧と動作周波数が変わ 90V 150V 264V AC (V) るため、ドレイン電流のピーク値が変わります(入力電圧 の高い領域では、ドレイン電流のピーク値が下がります)。 図 7-32 過電流入力補正機能あり / なしの 過電流検出抵抗 ROCP は固定抵抗のため、過電流入力 場合の AC－IOUT 特性 補正機能がないと、入力電圧の高い領域で過電流保護 動作点がより過負荷側ヘシフトし、入力電圧が AC100V 系下限、最大負荷を考慮して調整された過電流保護 動作点に対して、AC264V(AC240V 系上限＋10%のとき)では、出力電流が約 2 倍に伸びます(図 7-32 参照)。 この現象を抑制するため、STR-L6400 は過電流入力補正機能を搭載しています。 7.10.1 過電流入力補正機能 過電流入力補正機能により、入力電圧に応じて過電流検出しきい値（VOCP）を補正できます。 図 7-33、図 7-34 のように、補助巻線 D のフォワード電圧 Efw1 が入力電圧に比例するため、パワーMOSFET の ON 期間（tON）に、RBD を経由して BD 端子から 500µA 以上電流を引き抜くと、過電流検出しきい値電圧が切 換わります。 過電流検出しきい値電圧の切換え調整は、切換わる目標入力電圧から RBD 値を選定し、実働負荷を変えな がら動作切換えを確認して、定数調整を行います。 なお、RBD 値は、ボトムオンタイミングやオートスタンバイ動作時の入力補正にも関係するので、“7.4.1 ボトムオン タイミング（擬似共振信号)”と“7.5.3 オートスタンバイ動作の入力補正機能”項と併せて決める必要があります。 100V ﾌﾗｲﾊﾞｯｸ電圧 Erev1 D1 C2 STR-L6400 S/GND 5 R2 BD 8 OCP CBD 9 IBD 240V AC T1 D RBD 150V ﾌｫﾜｰﾄﾞ電圧 Efw1 AC Efw1 500µA VOCP(H) VOCP(L) IBD ROCP 入力電圧により、IBD が 500µA 以上になると 過電流検出しきい値電圧が切換わる 図 7-33 過電流入力補正回路 図 7-34 AC に対する Efw1 電圧と IBD 過電流検出しきい値は、IBD により以下の 2 値のしきい値に切換わります。 VOCP(H)= −0.930V(TYP) VOCP(L)= −0.780V(TYP) ------RBD により tON 期間に流れる電流 IBD が 500µA(TYP)未満の場合 ------RBD により tON 期間に流れる電流 IBD が 500µA(TYP)以上の場合 ワイド入力電圧仕様の一般的な RBD の設定は、AC100V 系で過電流検出しきい値電圧が VOCP(H)、 AC240V 系で過電流検出しきい値電圧が VOCP(L)になります。 なお、“7.5.3 オートスタンバイ動作の入力補正機能”項で、ワイド入力電圧仕様は、AC150V 近辺で、 IBD が 500µA になるように設定しますので、これと併せて、切換え入力電圧を決めます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.24 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 BD 端子周辺定数設定参考例 設定例 ワイド入力電圧仕様(AC85V～264V)、入力電圧 Vin(AC)が AC150V で入力補正が効き 始めるように設定する場合 参考例として、トランスの巻数を、1 次側 NP= 40T、補助巻線 ND= 5T として算出 AC150V 時の Efw1 は次式(5)より求めます。 Efw1 = ND 5 × Vin( AC ) × 2 = × 150 2 = 26.5V NP 40 ------(5) Efw1= 26.5V 時に IBD=500µA 流れるための RBD は次式(6)より求めます。 R BD = 26.5V = 53kΩ 500μ A ------(6) により、RBD=51kΩ程度になります。 続いて、BD 端子の流入 / 流出電流が、絶対最大定格±2.0mA 以内を確認します。 ・ 流入電流 補助巻線のフライバック電圧 Erev1（プラス側）の最大値を 20V、RBD=51kΩとした場合、BD 端 子上限クランプ電圧 VBD(HC)= 6.3V(TYP)から、流入電流は次式(7)より求めます。 IBD ( +側の最大値 ) = 20V － 6.3V = 268.6 μ A 51k Ω ------(7) になり、+2.0mA 以下になります。 ・ 流出電流 補助巻線のフォワード電圧 Efw1（マイナス側）による流出電流は、式(5)の Vin(AC)に入力電圧 MAX=AC264V を代入した Efw1=46.7V から、 IBD（－側の最大値 ) = 46.7V = 915 .7μ A 51kΩ ------(8) になり、|−2.0mA|以下になります。 RBD 値は、以下の機能がありますので、①、③項と併せて、定数を決めます。 ①ボトムオンタイミング ------ “7.4.1 ボトムオンタイミング（擬似共振信号）” ②OCP 入力補正 ③スタンバイ入力補正 ------“7.5.3 オートスタンバイ動作の入力補正機能” 7.11 最大 ON 時間制限機能 低入力電圧時や電源 ON / OFF 時などの過渡状態では、パワーMOSFET の ON 時間を、最大 ON 時間 tON(MAX)= 36µs(TYP)で制限し(図 7-35 参照)、スイッチング周波数下限を制限して、電源 ON / OFF 時のトランス の音鳴りを抑制します。 最大 ON 時間 パワーMOSFET の ON 時間は、電源設計時に、入力電圧下 ID 限、負荷最大の条件で、最大 ON 時間以下の確認が必要です。 入力電圧下限、負荷最大時に最大 ON 時間以上になるトランス を使用した場合、パワーMOSFET の ON 時間は最大 ON 時間 で制限されるため、入力電圧下限で出力電力が取り出せない ためトランスの再設計が必要です（トランスのインダクタンス LP を 下げてスイッチング周波数を上げたり、 1 次と 2 次の巻数比 VDS NP/NS を小さくして Duty を小さくするなど）。 図 7-35 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.25 最大 ON 時間の確認 時間 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 8. 設計上の 設計上の注意点 8.1 外付け 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。 • 入力、出力の平滑用電解コンデンサは、リップル電流・電圧・温度上昇に対し、適宜、余裕を設けます。 また、スイッチング電源用の High-Ripple タイプ、低インピーダンスタイプの部品を使用します。 • トランス類は銅損・鉄損による温度上昇に対し、適宜、余裕を設けます。 • 電流検出用抵抗 ROCP は、高周波スイッチング電流が流れるので、内部インダクタンスの大きなものを使 用すると、誤動作の原因になります。内部インダクタンスが小さく、かつ、サージ耐量の大きなものを使用 します。 8.2 トランス設計 トランス設計 ト ラン ス の 設 計 は、基 本 的 に RCC 方式 (Ringing Choke Converter：自励式フライバック コンバータ)の電源トランス設計と同じです。 ただし、擬似共振動作により、ターン ON が 遅延された分、Duty が変化するため、Duty の 補正が必要です。 1 次巻線 NP と 2 次巻線 Ns の比より求めた ON Duty を DON とすると、LP は次式(9)で求め られます。 Lp P Np C1 STR-L6400 Z1 1～3 D/Startup 6 VCC BD 8 R4 OCP T1 9 C3 ROCP C BD C5 C6 Vin（AC）MIN 時の ON Duty ⇒ DON = Ef： ﾌﾗｲﾊﾞｯｸ電圧 ⇒ Ef = VF： D2 の順方向電圧降下 ------(9) Ef Ein( MIN ) + Ef Np × (Vout + VF ) Ns また、ドレイン電流ピーク IDP などの各パラメータは以下の式により算出されます。 ------(10) Don' = (1 − f O × t ONDLY ) × Don ------(11) PO 1 × η2 Ein(MIN) Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. PC1 C11 2 ------(12) Page.26 PC1 R6 C7 R7 C8 R9 C9 R8 GND R BD Ein（MIN）： Vin（AC）MIN 時の C1 間電圧 Iin = D 7 ADJ 10 S/GND 5 R5 Z2 C2 LP は下記の条件で算出します。 Ｐ O： 最大出力電力 ｆO： 最低発振周波数 η1 ： ﾄﾗﾝｽの変換効率 t ONDLY =π LP × Cv Ns Cont. FB CV 2 ⋅ PO ⋅ f O + Ein( MIN ) ⋅π⋅ f O ⋅ DON ⋅ Cv η1 DON： S D2 R2 D1 (Ein( MIN ) ⋅ DON )2 LP = VOUT L1 VAC STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート I DP = 2 × Iin Don' Np = LP AL − Value Ns = Np × (Vout + VF ) Ef tONDLY： Iin： η2 ： IDP： Don´： Rev. 1.7 ------(13) ------(14) ------(15) 遅延時間 平均入力電流 電源の変換効率 スイッチング電流ピーク 補正後の ON Duty NI-Limit(AT) トランスフェライトコアの AL-Value 値は、NP と IDP から求まる NI-Limit(AT)の値を考慮し、磁気飽和を生じない AL-Value 値を選定します。算出された NI-Limit 値(=IDP×NP)は、常に図 8-1 の NI-Limit vs. AL-Value 特性曲 線内（斜線）にあることが必要です。また、NI-Limit vs. AL-Value の関係を満足するフェライトコアを選ぶときは、 温度などのバラツキに対する設計マージンを考慮して、算出した NI-Limit 値がコアデータ上 NI-Limit に対して、 30%程度低くなるように設定することを推奨します。 磁気飽和点 磁気飽和ﾏｰｼﾞﾝ=30%程度 NI-Limit 選定ﾎﾟｲﾝﾄ例 AL-Value(nH/T2) 図 8-1 ｺｱの NI-Limit vs. AL-Value 特性例 よって、NI-Limit は以下の式から飽和マージンを考慮した値で設定します。 NI = Np × I DP (130%) ------(16) また、補正後の ON Duty から最低発振周波数 fo は以下の式で算出されます。 2 − 2 PO + 2 PO + 4 ×π× (Ein(MIN) × Don ) × Cv η1 η1 Lp fO = 2 × Ein(MIN) ×π× Don × Cv 2 ----- (17) トランスの巻線設計考慮点 スイッチング電流には高周波成分が含まれ、表皮効果が影響する場合があります。このためトランスに使用 する巻線の線径は、動作電流の実効値を考慮し、電流密度が 3～4A/mm2 前後を目安に選定します。なお、表 皮効果の影響などで、さらに温度対策が必要な場合は、巻線表面積を増加させるため、下記を検討します。 • 巻線の本数を増やす • リッツ線を使用する • 線径を太くする Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.27 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート 8.3 Rev. 1.7 位相補正 一般的なシャントレギュレータを使用した 2 次側エラーアンプ周辺部の回路構成を図 8-2 に示します。 位相補正用コンデンサ C8 の容量は 0.047µF～0.47µF 程度を目安に調整し、最終的に実働動作を確認して 決定します。 図 8-3 に示す FB 端子と GND 端子間のコンデンサ C6 は、高周波ノイズ除去、および位相補正用です。 C6 は FB 端子と GND 端子近くに接続し、C6 の容量は、470pF～0.01µF 程度が目安になり、最終的に実働 動作を確認して決定します。 L1 T1 D2 R5 OUTPUT PC1 R7 C7 S R6 C8 C9 R9 Z2 FB S/GND 5 R8 GND 図 8-2 ｼｬﾝﾄﾚｷﾞｭﾚｰﾀｰ(Z2)回りの周辺回路 8.4 STR-L6400 7 PC1 R4 C5 C6 ﾗｯﾁﾃﾞｨﾚｲ用CR 図 8-3 FB 端子回りの周辺回路 パターン設計 パターン設計 パターン配線および実装条件によって、誤動作・ノイズ・損 失などに大きな影響が現れるので、配線の引回し、部品配 置には十分な注意が必要です。 一般的に、図 8-4 のように高周波電流がループを作る部分 は、ラインパターンを“太く”、部品間の配線を“短く”、ループ 内面積が極力小さくなるようにし、ラインインピーダンスを下 げたパターン設計を行います。 また、アースラインは輻射ノイズにも大きな影響があるので、 極力“太く”、“短く”配線します。 スイッチング電源は、高周波、高電圧の電流経路が存在 するので、安全規格面を考慮した部品配置、パターン距離 が必要です。なお、MOSFET の ON 抵抗 RDS(ON)は、正の温 度係数のため、熱設計に注意します。 図 8-4 高周波電流ﾙｰﾌﾟ (斜線部分) IC 周辺回路の接続例を、図 8-5 に示します。 (1) S/GND 端子回り (S/GND 端子～ROCP～C1～T1(P 巻線)～D/ST 端子) このパターンは、スイッチング電流が流れる主回路パターンのため、極力、太く、短く配線します。 IC と入力電解コンデンサ C1 との距離が離れている場合は、高周波電流ループのインピーダンスを下 げるため、トランスまたは IC の近くに、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサ (0.1µF 程度 / 印加電 圧に適した耐圧品)を追加します。 (2) S/GND 端子回り (S/GND 端子～C2(−側)～T1(D 巻線)～R2～D1～C2(+側)～VCC 端子) このパターンも、極力、太く、短く配線します。 IC と電解コンデンサ C2 との距離が離れている場合は、VCC 端子と GND 端子の近くにフィルムコンデンサ （0.1µF～1.0µF 程度 / 50V）を追加します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.28 STR-L6400 シリーズ アプリケーションノート Rev. 1.7 (3) 電流検出用抵抗 ROCP 周り ROCP は、S/GND 端子の近くに配置します。 共通インピーダンスやスイッチング電流が制御回路へ影響を与えることを避けるため、主回路系と制御 系グランドは一点(図 8-5 の A 点)で接続、主回路系と OCP 端子パターンの接続は、ROCP 近くの一点(図 8-5 の B 点)で接続します。 2 次側整流パターン接続例を、図 8-5 に示します。 (1) 2 側整流平滑回路 (T1(S 巻線)～D2～C7) このパターンは、極力、太く、短く配線します。整流パターンが細く、長い場合、パターンに寄生するリー ケージインダクタンス成分が増加し、パワーMOSFET のターン OFF 時のサージ電圧が増加します。 2 次側整流パターンを考慮したパターン設計は、パワーMOSFET の耐圧マージンを広くとれる、および クランプスナバ回路へのストレスや損失の軽減が可能です。 ｸﾗﾝﾌﾟｽﾅﾊﾞ T1 D2 P C1 STR-L6400 Z1 1～3 D/Startup 6 VCC C2 BD 8 FB 7 Cont. ADJ 10 CV S R2 D1 C7 D T1 R BD R4 S/GND 5 A 主回路ﾊﾟﾀｰﾝ 制御系 GND ﾊﾟﾀｰﾝ 二次側整流ﾊﾟﾀｰ OCP 9 R OCP C3 CBD C5 C6 PC1 B C11 図 8-5 周辺回路の接続例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.29