STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 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-V600 シリーズ アプリケーションノート 目次 概要 -------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1. 絶対最大定格 --------------------------------------------------------------------------- 4 2. 電気的特性 ------------------------------------------------------------------------------ 4 2.1 制御部電気的特性 --------------------------------------------------------------- 4 2.2 MOSFET 部電気的特性 ------------------------------------------------------- 5 3. ブロックダイアグラム -------------------------------------------------------------------- 6 4. 端子機能 --------------------------------------------------------------------------------- 6 5. 応用回路例 ------------------------------------------------------------------------------ 7 6. 外形図 ------------------------------------------------------------------------------------ 8 7. 捺印仕様 --------------------------------------------------------------------------------- 8 8. 動作説明 --------------------------------------------------------------------------------- 9 8.1 起動動作 --------------------------------------------------------------------------- 9 8.2 低入力時動作禁止回路（UVLO：Undervoltage Lockout） -------------- 9 8.3 バイアスアシスト機能------------------------------------------------------------- 9 8.4 定電圧制御回路動作----------------------------------------------------------- 10 8.5 オートスタンバイ機能 ----------------------------------------------------------- 11 8.6 ランダムスイッチング機能 ------------------------------------------------------ 11 8.7 ブラウンイン・ブラウンアウト機能 ---------------------------------------------- 12 8.8 過電流保護機能（OCP） ------------------------------------------------------- 14 8.9 過電圧保護機能（OVP） ------------------------------------------------------- 14 8.10 過負荷保護機能（OLP） ------------------------------------------------------- 15 8.11 過熱保護回路（TSD） ----------------------------------------------------------- 15 9. 設計上の注意点 ----------------------------------------------------------------------- 16 9.1 外付け部品 ----------------------------------------------------------------------- 16 9.2 パターン設計 --------------------------------------------------------------------- 17 注意書き-------------------------------------------------------------------------------------- 19 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 Rev.1.1 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 概要 パッケージ STR-V600 シリーズは、パワーMOSFET と電流モード型 PWM 制御 IC を 1 パッケージにした PWM 型スイッチング 電源用パワーIC です。 低背、高圧と低圧間沿面距離 4mm 以上（基板上リード端 子部）のパッケージを使用しています。 低消費電力および低スタンバイ電力に対応するため、起 動回路とスタンバイ機能を内蔵しています。通常動作時は PWM 動作、軽負荷時はバースト動作へ自動的に切り替 わります。 充実した保護機能により、構成部品が尐なく、コストパフ ォーマンスの高い電源システムを容易に構成できます。 SIP8L 特長 アプリケーション SIP8L パッケージ（2.54 ピッチ、ストレートリード） 高圧と低圧間沿面距離 4mm 以上（基板上リード端子部）、 低背; 基板上から 12mm 以下 電流モード型 PWM 制御 オートスタンバイ機能 （バースト動作で軽負荷時の効率を改善) ▫ 通常時動作： PWM モード ▫ 軽負荷時動作： バースト動作 無負荷時入力電力 PIN < 25 mW、低消費電力対応 ブラウンイン・ブラウンアウト機能 （低入力電圧時の過入力電流や過熱の防止） ランダムスイッチング機能 （EMI ノイズの低減、EMI 対策フィルタの簡素化） スロープ補正機能（サブハーモニック発振防止） リーディング・エッジ・ブランキング機能 高速ラッチ解除機能 保護機能 ▫ 過電流保護（OCP）： パルス･バイ･パルス、入力補正 機能付き ▫ 過電圧保護（OVP）： ラッチ ▫ 過負荷保護（OLP）： 自動復帰、タイマ内蔵 ▫ 過熱保護（TSD）： ラッチ スタンバイ電源用 白物家電用 デジタル家電用 OA 機器用 産業機器用 通信機器用 シリーズラインアップ 製品名 STR-V653 fOSC (kHz) 67 パワーMOSFET VDSS (min) RDS(ON) (max) (V) (Ω) 650 1.9 出力電力 POUT * (W) AC230V AC85～265V 30 23 * 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-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 1. 絶対最大定格 詳細内容は、製品ごとの仕様書を参照願います 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 記 号 規 格 値 単位 流 1−3 IDPEAK 6.7 A シングルパルス アバランシェ・エネルギ耐量 1−3 EAS 99 mJ ILPEAK 2.9 A シングルパルス VDD=99V, L=20mH 3−5 VOCP −2～6 V 圧 8−5 VCC 32 V 端 子 電 圧 6−5 VFB −0.3～14 V F B / O L P 端 子 流 入 電 流 6−5 IFB 1.0 mA 圧 4−5 VBR −0.3～7 V 流 4−5 IBR 1.0 mA 部 許 容 損 失 1−3 10.8 W 無限大放熱器 PD1 1.6 W 放熱器なし 失 8−5 PD2 1.2 W 度 − TOP −30～+125 °C 度 − Tstg −40～+125 °C 度 − Tch +150 °C ド レ イ ン 端 子 電 圧 S / O C P 制 御 部 電 F B / O L P B B 端 R 端 R 動 御 子 チ 許 周 保 入 電 容 損 囲 存 ャ 電 電 流 部 作 源 子 M O S F E T 制 電 温 温 ネ ル 温 備 考 2. 電気的特性 詳細内容は、製品ごとの仕様書を参照願います 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 2.1 制御部電気的特性 特記がない場合の条件 Ta = 25 °C、VCC = 18 V 項 目 端子 記 号 Min. Typ. Max. 単位 8−5 VCC(ON) 13.8 15.3 16.8 V 8−5 VCC(OFF) 7.3 8.1 8.9 V 流 8−5 ICC(ON) − − 4 mA 圧 8−5 VST(ON) − 38 − V 流 8−5 I STARTUP −3.7 −2.5 −1.5 mA 8−5 VCC(BIAS) 8.5 9.5 10.5 V 数 1−5 fOSC(AVE) 60 67 74 kHz 幅 1−5 Δf − 5 − kHz 1−5 DMAX 77 83 89 % 幅 − tON(MIN) − 550 − ns リーディング･エッジ・ブランキング時間 − tBW − 330 − ns 過 値 − DPC − 20 − mV/µs D u t y − DDPC − 36 − % 動 動 動 最 作 開 作 始 停 作 止 時 低 電 電 回 電 源 電 路 起 起 源 電 動 動 電 電 圧 圧 起 動 電 流 供 給 し き い 電 圧 平 発 最 最 均 発 振 周 大 振 波 数 O N 小 電 周 変 動 (1) D u t y オ 流 波 (1) ン 補 過 電 流 補 正 制 限 正 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.4 備 考 VCC=12V STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 項 目 端子 記 号 Min. Typ. Max. 単位 ゼロ ON Duty 時 OCP しきい電圧 3−5 VOCP(L) 0.70 0.78 0.86 V 36%Duty 時 OCP しきい電圧 3−5 VOCP(H) 0.81 0.90 0.99 V 最 大 フ ィ ー ド バ ッ ク 電 流 6−5 IFB(MAX) −340 −230 −150 µA 最 小 フ ィ ー ド バ ッ ク 電 流 6−5 IFB(MIN) −30 −15 −7 µA 発 振 停 止 F B / O L P 電 圧 6−5 VFB(OFF) 0.85 0.95 1.05 V 電 圧 6−5 VFB(OLP) 7.3 8.1 8.9 V 時 間 6−5 tOLP 54 68 82 ms 動 作 後 回 路 電 流 8−5 ICC(OLP) − 300 600 µA FB/OLP 端子クランプ電圧 6−5 VFB(CLAMP) 11 12.8 14 V ブ ラ ウ ン イ ン し き い 電 圧 4−5 VBR(IN) 5.2 5.6 6 V ブ ラ ウ ン ア ウ ト し き い 電 圧 4−5 VBR(OUT) 4.45 4.8 5.15 V 端 子 ク ラ ン プ 電 圧 4−5 VBR(CLAMP) 6 6.4 7 V B R 機 能 無 効 し き い 電 圧 4−5 VBR(DIS) 0.3 0.48 0.7 V 8−5 VCC(OVP) 26 29 32 V 8−5 ICC(LATCH) − 700 − µA − Tj(TSD) 135 − − °C O L O L V き 遅 P O L P B R し P い 延 端子 OVP しきい電圧 C C ラ ッ チ 回 路 保 持 電 流 熱 (1) (2) 保 護 動 作 温 (2) 度 備考 個々の製品においては、 VCC(OFF) < VCC(BIAS) の関係が成り立つ ラッチ回路とは、OVP、TSD により動作する回路を示す 2.2 MOSFET 部電気的特性 特記がない場合の条件 Ta = 25 °C 項 目 端子 記 号 Min. Typ. Max. 単位 ド レ イ ン ・ ソ ー ス 間 電 圧 1–3 VDSS 650 − − V ド 流 1–3 IDSS − − 300 μA 抗 1–3 RDS(ON) − − 1.9 Ω ス イ ッ チ ン グ ・ タ イ ム 1–3 tf − − 250 ns θch−F − − 3.0 °C/W O レ イ N ン 漏 れ 抵 電 − 熱 抵 抗 * * MOSFET のチャネルと内部フレーム間の熱抵抗 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 備 考 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 3. ブロックダイアグラム D/ST VCC 8 VCC STRATUP UVLO REG OVP VREG 1 D/ST TSD BR 4 BR Brown-in/Out 6.4V DRV PWM OSC SQ R OCP Drain Peak current Compensation OLP VCC 7V S/OCP Feedback Control FB/OLP 6 FB LEB Slope Compensation 12.8V GND 3 S/OCP GND 5 4. 端子機能 1 VCC FB/OLP GND BR S/OCP D/ST 8 端子番号 記号 1 D/ST 2 − 3 S/OCP 4 BR 5 GND 6 FB/OLP 7 − 8 VCC Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 機能 MOSFET ドレイン／起動電流入力 （抜きピン） MOSFET ソース／過電流保護検出信号入力 ブラウンイン・ブラウンアウト検出信号入力 グランド 定電圧制御信号入力／過負荷保護信号入力 （抜きピン） 制御回路電源入力／過電圧保護信号入力 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 5. 応用回路例 図 5-1、図 5-2 に、ブラウンイン・ブラウンアウト機能を使用した場合と使用しない場合の回路図を示します。 放熱効果を上げるため、D/ST 端子（1 番ピン)のパターンは極力広くします VDS サージ電圧が大きくなる電源仕様の場合は、P 巻線間に CRD クランプスナバ回路や、D/ST 端子と S/OCP 端子間 に C、または CR ダンパースナバ回路を追加します CRDクランプスナバ BR1 VAC VOUT R54 R1 C5 RA L51 D51 T1 PC1 C1 R51 P R55 C51 D1 RB S D2 D/ST NC C53 C52 R53 R2 U51 8 1 C4 R52 VCC R56 D C2 U1 GND STR-V600 S/OCP BR GND FB/OLP 3 C, CR ダンパースナバ RC 4 5 6 C10 C3 PC1 ROCP C9 図 5-1 ブラウンイン・ブラウンアウト機能を使用した場合（DC ライン接続） CRDクランプスナバ BR1 VAC L51 D51 T1 VOUT R54 R1 C5 PC1 C1 P R55 C51 D1 S D2 D/ST C4 NC U51 VCC C2 U1 PC1 C9 ROCP 図 5-2 ブラウンイン・ブラウンアウト機能を使用しない場合 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.7 R56 GND S/OCP BR GND FB/OLP 3 4 5 6 C3 C53 D STR-V600 C, CR ダンパースナバ R52 C52 R53 R2 8 1 R51 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 6. 外形図 SIP8L パッケージ（2.54 ピッチ、ストレートリード） 高圧端子（1 番端子 D/ST）と低圧端子（3 番端子 S/OCP）の沿面距離および空間距離を確保するため、2 番端子は抜きピン 高圧と低圧間沿面距離 4mm 以上（基板上リード端子部） 基板上からの高さ 12mm 以下 4±0.2 9 ±0.2 1.2±0.1 （At base of pin） 7.2 ±0.5 2.3 ±0.2 Gate burr 1.15 +0.2 -0.1 0.55 +0.2 -0.1 0.55 +0.2 -0.1 7xP2.54±0.1=(17.78) （At base of pin） C1.5 ±0.5 0.7 20.15 ±0.3 0.7 Front view 1 2 3 4 5 6 7 0.7 0.7 Side view 8 NOTES： 単位：mm “Gate Burr”部は高さ 0.3 mm (max)のゲートバリ発生箇所を示す 端子部 Pb フリー品（RoHS 対応） 7. 捺印仕様 YMDD Lot Number Y is the last digit of year (0 to 9) M is the month (1 to 9, N or D) DD is a period of days (01 to 31) STRV6xx Part Number Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.8 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8. 動作説明 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 8.1 起動動作 BR 端子を GND に接続した、ブラウンイン・ブラウンアウト機能を使用 しない場合の VCC 端子周辺回路を図 8-1 に示します。 起動回路を IC に内蔵し､起動回路は D/ST 端子に接続しています。 IC 内部で定電流化した起動電流 ISTARTUP = −2.5 mA が、VCC 端子 に 接 続 し た C2 を 充 電 し 、 VCC 端 子 電 圧 が 動 作 開 始 し き い 値 VCC(ON) = 15.3 V まで上昇すると、IC が動作を開始します。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。 IC が動作すると、VCC 端子への印加電圧は、図 8-1 の補助巻線電 圧 VD を整流平滑した電圧になります。 補助巻線 D の巻数は、電源仕様の入出力変動範囲内で、VCC 端子 電圧が次式の範囲になるように、調整します。補助巻線電圧の目安は 18 V 程度です。 T1 VAC C1 P 1 D/ST VCC D2 8 U1 C2 GND BR 4 R2 D VD 5 図 8-1 VCC 端子周辺回路 (1) 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 は次式で求めます。 VCC(ON ) VCC( INT ) (2) t START C2 ISTARTUP ここで、 tSTART： 起動時間 (s) VCC(INT)： VCC 端子の初期電圧 (V) ICC ICC(ON) = 4mA(max) 停止 8.2 低 入 力 時 動 作 禁 止 回 路 （ UVLO ： Undervoltage Lockout） VCC 端子電圧と回路電流 ICC の関係を図 8-2 に示します。 IC が 動 作 し た 後 、 VCC 端 子 電 圧 が 動 作 停 止 し き い 値 VCC(OFF) = 8.1 V に低下すると、低 入力時動 作禁 止（ UVLO： Undervoltage Lockout）回路により、スイッチング動作を停止し、再 び起動前の状態に戻ります。 起動 VCC(BIAS) (max) VCC VCC(OVP) (min) ⇒ 10.5(V) VCC 26.0(V) BR1 15.3V VCC(ON) 8.1V VCC(OFF) 図 8-2 VCC 端子電圧－回路電流 ICC 8.3 バイアスアシスト機能 電源起動時の VCC 端子電圧波形例を図 8-3 に示します。 VCC 端子電圧が VCC(ON) = 15.3 V に達すると、IC が動作を開 始し回路電流が増加するため、VCC 端子電圧が低下します。 それと同時に補助巻線電圧 VD は出力電圧の立ち上がり電圧 に比例して上昇します。これら電圧のバランスが VCC 端子電 圧を作ります。 パワーMOSFET がターンオフした瞬間に発生するサージ電 圧は、出力巻線に誘起します。起動時の出力負荷が軽負荷の 場合、この誘起した電圧が原因でフィードバック制御がかかり、 出力へ送る電力を抑制する場合があります。これにより、出力 電力が低下すると VCC 端子電圧も低下し、VCC 端子電圧が VCC(OFF) = 8.1 V に達すると、スイッチング動作が停止して起動 不良が生じる場合があります。 これを防ぐため、VCC(BIAS) = 9.5 V に低下すると、バイアスアシ スト機能が動作します。バイアスアシスト機能が動作している間 は、起動回路から起動電流を供給し、VCC 端子電圧の低下を 抑え、VCC 端子電圧がほぼ一定電圧になるように動作します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.9 起動成功 VCC端子電圧 IC動作開始 VCC(ON) VCC(BIAS) 設定電圧 出力電圧の 立ち上がりによる上昇 バイアスアシスト期間 VCC(OFF) 起動不良時 時間 図 8-3 起動時の VCC 端子電圧 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 バイアスアシスト機能により、C2 は小さい容量を使用できるため、電源投入時の起動時間を短くできます。また、出力 過電圧時に VCC 端子電圧の上昇が早くなるため、過電圧保護機能の応答時間も短縮できます。 なお、起動動作は、最終的に実機で動作を確認し、起動不良が起きないように調整します。 8.4 定電圧制御回路動作 出力電圧の定電圧制御は、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）です。 FB/OLP 端子電圧は、Feedback Control 回路（3.ブロックダイアグ ラムの項参照）でスロープ補正が加わり、目標電圧 VSC になります。 電流検出抵抗の電圧 VROCP と目標電圧 VSC を内部の FB コンパ レータで比較し、VROCP のピーク値が VSC に近づくように制御します （図 8-4、図 8-5 参照）。 軽負荷の場合 負荷が軽くなると、出力電圧の上昇に伴い 2 次側エラーアンプ のフィードバック電流が増加します。この電流がフォトカプラを介 して流れる IFB を FB/OLP 端子から引き抜くことにより、FB/OLP 端子電圧は低下します。これにより、目標電圧 VSC が下がるため、 VROCP のピーク値が低下するように制御を行います。その結果、 ドレイン電流のピーク値が減尐し、出力電圧の上昇を抑えます。 重負荷の場合 負荷が重くなると、軽負荷時の逆の動作になり、FB コンパレータ の目標電圧 VSC が高くなるため、ドレイン電流のピーク値が増加 し、出力電圧の低下を抑えます。 ピーク電流モード制御の PWM 方式が連続モードで動作すると、 ドレイン電流波形が台形波状になります。 このモードは、制御量（目標電圧 VSC）で決まるドレインピーク電 流値が一定でも、オン期間がドレイン電流の初期値により変化する ため、図 8-6 のように、オン期間がスイッチング周期の整数倍で変 動するサブハーモニック発振が生じます。 これを防ぐため、FB/OLP 端子電圧信号にダウンスロープ補正 信号（ON Duty が広くなるほどドレインピーク電流値を下げる信号） を加えて目標電圧 VSC を作り、サブハーモニック発振を抑える制御 を行います。 なお、フィードバック制御が外れる電源過渡状態（電源起動時、 負荷短絡時など）では、サブハーモニック発振が発生する場合が ありますが、動作上の問題はありません。 一般的に、ピーク電流モード制御は、パワーMOSFET がターン オンしたときに発生する急峻なサージ電流に、FB コンパレータや 過電流保護回路（OCP）が応答し、パワーMOSFET がオフする場 合があります。 この現象を防ぐため、パワーMOSFET がターンオンした瞬間から リーディング・エッジ・ブランキング時間 tBW = 330 ns を設け、ターン オン時のドレイン電流サージに応答しないようにしています （リーディング・エッジ・ブランキング機能）。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 U1 S/OCP 3 GND 5 FB/OLP 6 PC1 ROCP VROCP C3 IFB 図 8-4 FB/OLP 端子周辺回路 スロープ補正を 加えた目標電圧 - VSC + VROCP ROCPの両端電圧 FBコンパレータ ドレイン電流 ID 図 8-5 定常時の ID と FB コンパレータ動作 FBコンパレータによる目標電圧 （スロープ補正がない場合） tON1 t tON2 t t 図 8-6 サブハーモニック発振時の ドレイン電流波形例 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8.5 オートスタンバイ機能 オートスタンバイ機能とは、スタンバイ負荷時のドレイン電流 ID が、最大ドレイン電流（過電流状態）の約 15～20%以下 に減尐すると、自動的にスタンバイモードに切り替わり、バースト動作を行う機能です（図 8-7）。 バースト動作は、スイッチング動作を停止する期間があるため、スイッチング損失が低減し、軽負荷時の効率改善がで きます。 一般的に、軽負荷時の効率をより改善するため、バースト間隔は数 kHz 以下になります。 本 IC は、バースト動作時のドレイン電流ピークを低く抑え、トランスの音鳴りを抑制します。 バースト動作 出力電流 IOUT 数kHz以下 ドレイン電流 ID 通常負荷 スタンバイ負荷 通常負荷 図 8-7 オートスタンバイ動作のタイミング波形 バースト動作に切り替わる過渡期間に、VCC 端子電圧が起動電流供給しきい値 VCC(BIAS) = 9.5 V に低下すると、バイ アスアシスト機能が動作し、起動電流 ISTARTUP を供給します。これにより、VCC 端子電圧の低下を抑え、安定したスタン バイ動作が行えます。 なお、定常動作時（バースト動作を含む）にバイアスアシスト機能が動作すると、消費電力が増加します。このため VCC 端子電圧は常に VCC(BIAS) より高くする必要があるため、トランスの巻数比や図 9-2 の R2 を小さくするなどの調整が 必要です（R2 の詳細は、9.1 外付け部品の項参照）。 8.6 ランダムスイッチング機能 ランダムスイッチング機能は、PWM 平均発振周波数 fOSC(AVG) = 67 kHz に周波数変動を重畳する機能です。 スイッチング動作中は、fOSC(AVG) に対して、Δf = ± 5 kHz の範囲でランダムに微変動します。 これにより、この機能がない製品と比較し、雑音端子電圧（コンダクションノイズ）が低減するため、入力部のノイズフィ ルタなどを簡略化できます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8.7 ブラウンイン・ブラウンアウト機能 ブラウンイン・ブラウンアウト機能は、電源入力電圧が低いときにスイッチング動作を停止し、過入力電流や過熱の防止 を行います。ただし、オートスタンバイモード時は本機能が無効になります。 8.7.1 ブラウンイン・ブラウンアウト機能を使用しない場合 本機能を使用しない場合は、BR 端子電圧を BR 機能無効しきい電圧 VBR(DIS) = 0.48 V 以下に固定するため、図 8-8 のように BR 端子を GND へ接続します。 C1 8 1 D/ST 8.7.2 BR 端子電圧を DC ライン側で検出する場合 VCC U1 DC 入力電圧に比例した電圧を BR 端子に入力するため、図 8-9 のよ うに、DC 入力（C1）と GND 間に分圧抵抗 RA、RB、RC を接続、BR 端子 にコンデンサ C10 を接続します。 C1 両端の交流リップルの波高値を検出するため、負荷の影響を受け にくい検出ができます。 電源停止状態から電源入力電圧が上昇し、BR 端子電圧が BR 機能 無効しきい電圧 VBR(DIS) = 0.48 V より高くなるとブラウンイン・ブラウンアウ ト 機 能 が 有 効 に な り ま す 。 BR 端 子 電 圧 が ブ ラ ウ ン イ ン し き い 値 VBR(IN) = 5.6 V 以上、かつ VCC 端子電圧が VCC(ON) 以上になると、スイッ チング動作を開始します。 電源動作状態から電源入力電圧が低下して、BR 端子電圧がブラウン アウトしきい値 VBR(OUT) = 4.8 V 以下に低下し、その状態が約 68ms 継続 したときに、スイッチング動作を停止します。 NC S/OCP BR GND FB/OLP 3 4 5 6 C3 PC1 ROCP BR端子をGNDに接続 図 8-8 ブラウンイン･ブラウンアウト機能 を使用しない場合 BR 端子周辺回路定数の設定 ▫ RA、RB： 数 MΩ。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 ▫ RC： 数 100kΩ ▫ C10： 100p～1000pF 。高周波ノイズ除去用 EIN ID RA C1 EIN RB VCC端子電圧 VCC(ON) VCC(OFF) 8 1 D/ST NC VCC U1 BR端子電圧 VBR(IN)= 5.6V S/OCP BR GND FB/OLP 3 4 5 6 VBR(OUT)= 4.8V VBR(DIS)= 0.48V RC C10 C3 PC1 ドレイン電流ID ROCP 68ms 図 8-9 ブラウンイン･ブラウンアウト機能 （DC ライン接続） Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.12 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8.7.3 BR 端子電圧を AC ライン側で検出する場合 電源入力電圧に比例した電圧を BR 端子に入力するため、図 8-10 のように、電源入力ラインの片側と GND 間に分圧 抵抗 RA、RB、RC を接続、BR 端子にコンデンサ C10、BR 端子と VCC 端子間に抵抗 R9 を接続します。 電源入力側を検出するため、C1 の充放電時間や、負荷の影響を受けにくい検出ができます。 また、この検出方法の場合、高速でラッチを解除できます。 電源停止状態から電源入力電圧が上昇し、BR 端子電圧が BR 機能無効しきい電圧 VBR(DIS) = 0.48 V より高くなるとブ ラウンイン・ブラウンアウト機能が有効になります。BR 端子電圧がブラウンインしきい値 VBR(IN) = 5.6 V 以上、かつ VCC 端 子電圧が VCC(ON) 以上になると、スイッチング動作を開始します。 電源動作状態から電源入力電圧が低下して、BR 端子電圧がブラウンアウトしきい値 VBR(OUT) = 4.8 V 以下に低下し、 その状態が約 68ms 継続したときに、スイッチング動作を停止します。 BR 端子周辺回路定数の設定 ▫ RA、RB： 数 MΩ。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 ▫ RC： 数 100kΩ ▫ C10： 0.047μ～0.47μF。AC リップルを除去用。RA、RB、RC の値に応じて調整します ▫ R9： ブラウンイン・ブラウンアウト機能を有効にするため、VCC 端子電圧が VCC(OFF) = 8.1 V のときに、BR 端子電 圧が VBR(DIS) = 0.48 V より高くなるように調整します 高速ラッチ解除 図 8-10 の BR 端子電圧を AC ライン側で検出する場合は、電源入力電圧をオフすると高速でラッチを解除できます。 過電圧保護（OVP）、過熱保護（TSD）の各動作時は、ラッチモードでスイッチング動作を停止します。ラッチの解除 は、VCC 端子電圧を動作停止しきい値 VCC(OFF) = 8.1 V 以下にするか、BR 端子電圧をブラウンアウトしきい値 VBR(OUT) = 4.8 V 以下にすることで行います。 VCC 端子電圧の低下でラッチを解除する場合、ラッチ解除に要する時間が C1 の放電時間で決まるため、解除電 圧に低下するまでに時間がかかります。 しかし、図 8-10 の回路の場合、電源入力電圧 VAC をオフすると、BR 端子電圧が即座に低下してラッチを解除す るため、ラッチ解除に要する時間を大幅に短縮できます。 BR1 VAC VAC ID C1 RA R9 1 VCC端子電圧 VCC(ON) VCC(OFF) 8 D/ST NC VCC U1 RB BR端子電圧 VBR(IN)= 5.6V S/OCP BR GND FB/OLP 3 4 5 6 VBR(OUT)= 4.8V VBR(DIS)= 0.48V RC C10 C3 PC1 ドレイン電流ID ROCP 68ms 図 8-10 ブラウンイン・ブラウンアウト機能 （AC ライン接続） Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8.8 過電流保護機能（OCP） 過電流保護機能（OCP）は、パワーMOSFET のドレインピーク 電流値を、電流検出抵抗 ROCP で検出し、OCP 端子電圧が過電 流検出しきい値に達すると、パワーMOSFET をターンオフして 電力を制限します（パルス・バイ・パルス方式）。 出力電圧 VOUT(V) 伝播遅延時間によるバラツキ 一般的な PWM 制御 IC は、制御系を含めた回路に伝播遅 延時間があるため、電源入力電圧が高く、ドレイン電流傾斜 が急峻なほど、実際に流れるドレインピーク電流は、IC 内部 の過電流しきい値よりも大きくなります。 これにより、出力過負荷特性は、図 8-11 のように、電源入力 電圧の変化に対し、OCP 動作時の出力電流にバラツキが生 じる傾向があります。 AC入力電圧高い 出力電流 IOUT（A） 図 8-11 過電流入力補正がない場合の出力過負荷特性 例 AC265V 例 AC85V 1.0 VOCP(H) 約0.83 VOCP(ON Time) Typical (V) この OCP 動作時の出力電流バラツキを低減するため、 入力補正機能を内蔵しています。 入力補正機能とは、電源入力電圧に対し、図 8-12 に 示す一定の傾斜を持つ補正信号を S/OCP 端子の検出 信号に重畳して、過電流しきい値を変える機能です。 電源入力電圧が低い（ON Duty が広い）ときは、電源 入力電圧が高い（ON Duty が狭い）ときよりも、補正後の 過電流しきい値が高くなるため、OCP 動作時の出力電流 の差が小さくなります。 この機能により、外付け部品を追加せずに、過電流保 護機能の電源入力電圧依存性を抑制できます。 AC入力電圧低い 0.9V 0.5 補正信号量はオン時間に依存し、オン時間に対する補 正後の OCP しきい電圧 VOCP(ONTime) は次式で求めます。 ただし、ON Duty が 36%以上の場合は、VOCP(H) = 0.9 V 一定になります。 VOCP(ONTime ) (V) VOCP(L) (V) DPC(mV / s) ONTime(s) 0 0 15 36 ON Duty (%) 80 100 図 8-12 ON Duty と補正後の過電流しきい値 (3) ここで、 VOCP(L)： ゼロ ON duty 時 OCP しきい電圧（V）、0.78 V DPC： 過電流補正値（mV/μs）、20 mV/μs ONTime： パワーMOSFET のオン時間（μs） ONTime ONDuty f OSC( AVG ) 8.9 過電圧保護機能（OVP） VCC 端子と GND 端子間に、OVP しきい値 VCC(OVP) = 29 V 以上の電圧が印加すると、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を停止します。 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(BIAS) = 9.5 V 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、起動電流を VCC 端子に供給して、VCC(OFF) = 8.1 V まで低下することを防ぎ、ラッチ状態を保持し ます。 ラッチの解除は、電源入力電圧をオフにして、VCC 端子電圧を VCC(OFF)= 8.1 V 以下にすることで行います。 8.7.3 の項の BR 端子電圧を AC ライン側で検出する場合は、高速ラッチ解除により BR 端子電圧が VBR(OUT)= 4.8V 以 下になるとラッチを解除します。 VCC 端子電圧をトランスの補助巻線から供給する場合は、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 次側の過電圧を検出できます。 この場合、過電圧保護動作時の 2 次側出力電圧の概算値は次式で求めます。 VOUT (OVP ) 通常動作時出力電圧 VOUT 29V 通常動作時 VCC端子電圧 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 (4) STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 8.10 過負荷保護機能（OLP） 図 8-13 に FB/OLP 端子の周辺回路、図 8-14 に OLP 動 作時の波形を示します。 U1 GND 5 過負荷状態（過電流動作によりドレインピーク電流値を 制限している状態）になると、出力電圧が低下し、2 次側の エラーアンプがカットオフして、フォトカプラに流れる フィードバック電流がゼロになります。 このため、フィードバック電流 IFB は FB/OLP 端子に接続 している C3 を充電し、FB/OLP 端子電圧が上昇します。 FB/OLP 端子電圧が、OLP しきい値 VFB(OLP) = 8.1 V を超 えている状態を OLP 遅延時間 tOLP = 68 ms 継続すると、過 負荷保護回路が動作してスイッチング動作を停止します。 OLP 動作時はバイアスアシスト機能が無効になるため、 VCC 端子電圧は動作停止しきい値 VCC(OFF) = 8.1 V まで低 下し、低入力時動作禁止（UVLO：Undervoltage Lockout） 回路によりスイッチング動作が停止して、起動前の状態に なります。 その後、起動回路が動作し、起動電流により VCC 端子 電圧が動作開始しきい値 VCC(ON) = 15.3 V に達すると、再 びスイッチング動作を開始します。このように、過負荷状態 のときは UVLO による間欠発振動作を繰り返します。 FB/OLP 6 IFB PC1 C3 VCC 8 D2 R2 C2 D 図 8-13 FB/OLP 端子周辺回路 発振停止期間 VCC端子 電圧 VCC(ON) VCC(OFF) FB/OLP 端子電圧 VFB(OLP) tOLP tOLP この間欠発振動作により、パワーMOSFET や 2 次側整流 ダイオードなどの部品ストレスが低減します。さらに、スイッ ドレイン電流 ID チング期間は、発振停止期間より短いため、間欠動作中の 消費電力が小さくなります。 過負荷の要因を取り除くと、通常の動作に自動復帰します。 図 8-14 OLP 動作波形 8.11 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、過熱保護機能が動作し、8.9 過電圧保護機能（OVP）の項と同様に、ラッチモードでスイッチング動作を停止します。 ラッチの解除は、電源入力電圧をオフにして、VCC 端子電圧を VCC(OFF) = 8.1 V 以下にすることで行います。 8.7.3 の項の BR 端子電圧を AC ライン側で検出する場合は、高速ラッチ解除により BR 端子電圧が VBR(OUT) = 4.8 V 以下になるとラッチを解除します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.15 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 9. 設計上の注意点 9.1 外付け部品 T1 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 電解コンデンサは、リップル電流・電圧・温度上昇に対し、適 宜設計マージンを設けます。 出力側の電解コンデンサは、リップル電圧を低減するため、ス イッチング電源設計に適した、低 ESR タイプを推奨します。 C1 P D C2 RB U1 FB/ S/ OCP BR GND OLP 3 4 5 6 RC BR 端子周辺回路 ブラウンイン、ブラウンアウト機能を使用する場合、BR 端子電 圧を AC ライン側で検出する方法と DC ライン側で検出する方 法があります。詳細は 8.7 ブラウンイン・ブラウンアウト機能の 項参照。 ROCP C10 PC1 C3 図 9-1 IC 周辺回路 D2 FB/OLP 端子周辺回路 図 9-1 に示す FB/OLP 端子と GND 端子間のコンデンサ C3 は、高周波ノイズ除去、位相補償用です。C3 の容量は 2200p ～0.01μF 程度が目安で、FB/OLP 端子と GND 端子近くに接 続します。 C3 は最終的に実機で動作を確認し、定数を調整します。 位相補償 一般的なシャントレギュレータ（U51）を使用した 2 次側エ ラーアンプ周辺部の回路構成を図 9-4 に示します。 C52 は位相補償用のコン デン サです。容量は、 0.047μ～ 0.47μF 程度を選定します。最終的に実機で動作を確認し、定 数を調整します。 8 NC VCC 1 D/ST 電流検出用抵抗 ROCP 図 9-1 に示す電流検出用抵抗 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いタイプを使用します。 VCC 端子周辺回路 図 9-2 に VCC 端子周辺回路を示します。 一般的な電源仕様の場合、C2 の容量は 10μ～47μF 程度を接 続します（C2 は起動時間に影響するので、8.1 起動動作の項 参照）。 また、実際の電源回路は、図 9-3 のように出力電流 IOUT により VCC 端子電圧が増加し、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 がターンオフした瞬間に 発生するサージ電圧が補助巻線にも誘起し、C2 をピーク充 電するためです。これを防ぐには、図 9-2 のように、整流用ダ イオード D2 と直列に、抵抗 R2 の追加が有効です。R2 は数 Ω ～数十 Ω 程度です。 ただし、出力電流に対する VCC 端子電圧の変化は、使用す るトランスの構造により異なるため、実際に使用するトランスに 合わせて R2 を最適値に調整する必要があります。 D2 R2 RA 8 VCC R2 追加 D C2 U1 GND 5 図 9-2 VCC 端子周辺回路 R2がない場合 VCC端子電圧 R2がある場合 出力電流IOUT 図 9-3 R2 による出力電流 IOUT と VCC 端子電圧 L51 D51 T1 VOUT R54 PC1 R55 C51 S R51 R52 C53 C52 R53 U51 R56 GND 図 9-4 2 次側シャントレギュレータ（U51） の周辺回路 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 トランス トランスは、銅損・鉄損による温度上昇に対し、適宜設計マージンを設けます。スイッチング電流は高周波成分を含 むため、表皮効果が影響する場合があります。 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。 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、次を検討します。 ▫ 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 次の場合、出力電流 IOUT に対する VCC 端子電圧の変化率が悪化するため、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 次と 2 次間の結合が悪く、サージ電圧が高くなる場合（低出力電圧、大電流負荷仕様など） ▪ 補助巻線 D と 2 次側安定化出力巻線（出力電圧をフィードバックして、定電圧制御する出力ラインの巻線）の結 合が悪く、サージ電圧の変動を受けやすい場合 VCC 端子のサージ電圧の影響を低減するため、補助巻線 D の巻き位置を考慮したトランス参考例を図 9-5 に示し ます。 巻線構造例① 補助巻線 D を 1 次側巻線 P1 と P2 から離す構造 ここで、P1、P2 は 1 次側巻線を 2 分割した巻線を表します 巻線構造例② 2 次側安定化出力巻線 S1 と補助巻線 D の結合を良くする構造 ここで、S1 は出力巻線の中で定電圧制御される、安定化出力巻線を表します P1 S1 P2 S2 D Margin tape Bobbin Bobbin Margin tape P1 S1 Margin tape 巻線構造例① D S2 S1 P2 Margin tape P1、P2 D S1 S2 ： ： ： ： 1次側主巻線 1次側補助巻線 2次側安定化出力巻線 2次側出力巻線 巻線構造例② 図 9-5 巻線構造例 9.2 パターン設計 パターン配線および実装条件によって、動作や、ノイズ、損 失などに大きな影響が現れるため、配線の引き回し、部品配 置には十分な注意が必要です。 図 9-6 に示すように、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 積を極力“小さく”して、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。 アース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。 スイッチング電源は、高周波かつ高電圧の電流経路が存 在するため、安全規格面を考慮した部品配置およびパターン 距離が必要です。 パワー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。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 図 9-6 高周波ループ（斜線部分） STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 IC 周辺回路および 2 次側整流平滑回路の接続例を図 9-7 に示します。 IC 周辺回路 (1) S/OCP 端子周り （S/OCP 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 C1 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、トランスもしくは IC の 近くに、フィルムまたはセラミックコンデンサ（0.1μF 程度：印加電圧に適した耐圧品）などを追加します。 (2) GND 端子周り （GND 端子～C2（−側）～T1（D 巻線）～R2～D2～C2（+側）～VCC 端子） このパターンは、IC の電源供給用パターンのため、極力“太く”、“短く”配線します。 IC と C2 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またはセラミックコンデンサ（0.1μ ～1.0μF 程度）などを追加します。 (3) 電流検出用抵抗 ROCP 周り ROCP は、S/OCP 端子の近くに配置します。 パターンの共通インピーダンスやスイッチング電流が、IC の制御回路へ影響を与えないようにするため、主回路 系グランドと GND 端子パターンは ROCP の根元近傍に接続します（図 9-7 の A 点）。 2 次側整流平滑回路 （T1（S 巻線）～D51～C51） このパターンは、スイッチング電流が流れるため、極力“太く”、“短く”配線します。 整流パターンが細く、長い場合は、パターンに寄生するインダクタンス成分が増加するため、パワーMOSFET が ターンオフ時に生じるサージ電圧が増加します。 整流平滑回路のパターンの引き回しを考慮した設計は、パワーMOSFET の耐圧マージンを広く取れ、クランプスナ バ回路のストレスおよび損失を低減できます。 D51 T1 R1 C5 C1 P C51 D1 S D2 R2 8 1 D/ST NC VCC C2 D C4 U1 主回路パターン S/OCP BR GND FB/OLP 3 4 5 6 制御GNDパターン C3 PC1 ROCP A 図 9-7 C9 電源 IC 周辺回路の接続例 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 STR-V600 シリーズ アプリケーションノート Rev.1.1 注意書き 本資料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および回路例は、使用上の参考として示したもので、これらに起因する弊社もしくは 第三者の工業所有権、知的所有権、その他の権利の侵害問題について弊社は一切責任を負いません。弊社の 合意がない限り、弊社は、本資料に含まれる本製品（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、本書記載の製品に他の製品・部材を組み合わせる場合、あるいはこれ らの製品に物理的、化学的、その他何らかの加工・処理を施す場合には、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。 本書記載の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。 本書記載の内容を、文書による弊社の承諾なしに転記複製を禁じます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19