lc5720s an jp

LC5720S アプリケーションノート
Rev.1.1
LC5720S
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
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Rev.1.1
目次
概要------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
1.絶対最大定格 --------------------------------------------------------------------------------- 4
2.推奨動作条件 --------------------------------------------------------------------------------- 4
3.電気的特性 ------------------------------------------------------------------------------------ 5
4.ブロックダイアグラム -------------------------------------------------------------------------- 7
5.各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------------ 7
6.応用回路例 ------------------------------------------------------------------------------------ 8
7.外形寸法 --------------------------------------------------------------------------------------- 9
8.動作説明 --------------------------------------------------------------------------------------10
8.1PWM 電流制御 ----------------------------------------------------------------------------10
8.2LED 調光 ------------------------------------------------------------------------------------11
8.3 過電流保護機能（OCP） -----------------------------------------------------------------11
8.4 過電圧保護機能（OVP） -----------------------------------------------------------------12
8.5 回路方式の選定 ---------------------------------------------------------------------------12
8.6 外付けインダクタの設定 ------------------------------------------------------------------15
8.7 内部損失 Pd について -------------------------------------------------------------------17
8.8 位相補償(COMP 端子) ------------------------------------------------------------------20
8.9 回路部品設定 ------------------------------------------------------------------------------22
8.10 参考回路例 -------------------------------------------------------------------------------23
9.参考パターンレイアウト ---------------------------------------------------------------------24
10.設計上の注意点 ----------------------------------------------------------------------------26
注意書き -----------------------------------------------------------------------------------------28
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1. 概要
パッケージ
LC5720S は、パワーMOSFET と制御 IC を 1 パッ
ケージに内蔵した、LED ドライバー用パワーIC です。
本製品は、広い入力電圧範囲、500kHz の動作周波
数、および外部回路構成で降圧、昇圧、昇降圧タイプ
を設定できることを特長とした DC/DC コンバータで
す。
LED ストリング負荷電流は外付け抵抗で設定、LED
調光はデジタル入力信号で制御できます。
充実した保護機能により構成部品の尐ない、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。
HSOP8
主要スペック
特長
電源電圧範囲
RDS(ON)
 動作タイプ： 外部回路構成により次のタイプに
設定可能
・降圧タイプ
・昇圧タイプ
・昇降圧タイプ
 高効率： η > 90%(TYP)
 動作周波数： 500kHz(TYP)
 外付け抵抗で LED ストリング負荷電流設定
 電流検出電圧： 100mV±5%
低損失、高精度で LED ストリング電流を外付け抵
抗で設定可能
 PWM 調光可能： 20kHz(MAX)
 パッケージ HSOP8
裏面ヒートスラグを GND パターンに接続することで
放熱効果増加
 保護機能
過電流保護(OCP) ---------- パルス･バイ･パルス
過電圧保護(OVP) ---------- オートリスタート
過熱保護(TSD)-------------- オートリスタート
LC5720
SK YMW
xxxx
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9.5V (MIN)～50V(MAX)
215mΩ(TYP)
アプリケーション
 LED 照明機器
 LED 電球
製品名
ロットナンバー
Y=西暦年号下一桁：(0～9)
M=製造月：(1～9､O=”10”､N=”11”､D=”12”)
W=製造週：(1～3)
日付= 1～10 日：1
日付= 11～20 日：2
日付= 21～31 日：3
弊社管理番号
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2. 絶対最大定格
 詳細内容は、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を“+”、ソースを“−”と規定します
 特記なき場合の条件 Ta=25°C
表1
項 目
端子
記号
規格値
単位
V I N
端 子 電 圧
5－3
VIN
−0.3～+50.0
V
S W
端 子 電 圧
4―3
VSW
−0.3～+50.0
V
C S P
端 子 電 圧
6―3
VCSP
−0.3～+50.0
V
C S N
端 子 電 圧
7―3
VCSN
−0.3～+50.0
V
CSP―CSN 端子間差動電圧
6―7
VCSP-CSN
−0.3～+5.5
V
端 子 電 圧
1―3
VCOMP
−0.3～+5.5
V
8―3
VDIM
−0.3～+5.5
V
―
PD
1.35
W
―
θj-a
74
°C /W
―
TJ
125
°C
―
TSTG
−40～150
°C
C O M P
D I M
許
端 子 電 圧
容
損
失
(1)
(1)
熱抵抗(接合－周囲間)
備 考
(2)
動作 時 ジ ャン クシ ョ ン 温度
保
(1)
(2)
(3)
存
温
(3)
度
非動作時
過電流保護により制限
ガラスエポキシ基板 40×40mm（銅箔エリア 25×25mm）実装時
熱保護検出温度は約 150°C になります
3. 推奨動作条件
 推奨動作条件とは、電気的特性に示す正常な回路機能を維持するために必要とする動作条件です。実使用は
当条件内にする必要があります
 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
 特記なき場合の条件 Ta=25°C
表2
項目
Pins
Symbol
MIN
MAX
Unit
電源電圧
5−3
VIN
9.5
50
V
プラス電流検出コモンモード幅
6−3
VCSP
4.75
50
V
―
Io
0
2
―
∆IL
出力電流範囲
(4)
インダクタリップル電流
(4)
0
1
－
0.8
A
A
-40
+85
Top
―
℃
動作周囲温度
(4)
熱減定格曲線(温度ディレーティング曲線)の範囲内である必要があります｡ (図 1)
(5)
降圧時：2A, 昇圧／昇降圧時：1A, ⊿IL ≦0.8A.
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Notes
(5)
降圧
(5)
昇圧/昇降圧
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4. 電気的特性
 詳細内容は、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を“+”、ソースを“−”と規定します
制御部電気的特性
特記なき場合の条件 Ta=25°C、VIN=15V
表3
項 目
端子
記 号
動 作 開 始 電 源 電 圧
5−3
動 作 停 止 電 源 電 圧
規
格
値
単位
備考
MIN
TYP
MAX
VIN(ON)
7.7
8.5
9.4
V
5−3
VIN(OFF)
7.2
8.0
8.9
V
動作開始 停止 ヒス テリ シス
5−3
VIN(HYS)
0.1
0.3
0.5
V
動 作 時 回 路 電 流
5−3
IIN(ON)
3.0
4.5
7.0
mA
非 動 作 時 回 路 電 流
5−3
IIN(OFF)
400
600
1000
μA
動
数
4−3
fOSC
420
500
570
kHz
間
4−3
tON(MIN)
50
75
100
ns
VCOMP=0V
最 大 オ ン デ ュ ー デ ィ
4−3
DMAX
89
94
98
%
VCOMP=4V
オ
ン
時
間
1
4−3
tON(1)
300
600
800
ns
VCOMP=0.7V
オ
ン
時
間
2
4−3
tON(2)
0.85
1.4
1.8
μs
4−3
tCON
0.14
0.33
0.63
μs
VCOMP=1.2V
VCOMP=0.7V,
ISW=2A
―
VCS
95
100
105
mV
C S P 端 子 入 力 電 流
6−3
ICSP
85
130
175
μA
C S N 端 子 入 力 電 流
7−3
ICSN
40
65
95
μA
C S P 端 子 最 低 電 圧
6−3
VCSP(MIN)
4.75
―
―
V
COMP 端子流出電流
1−3
ICOMP(SRC
−95
−60
−38
μA
VCS=20mV,
VCOMP=2V
COMP 端子流入電流
1−3
ICOMP(SNK)
38
60
95
μA
VCS=180mV,
VCOMP=2V
誤差増幅器コン ダクタンス
gM
―
750
―
μS
VCS=50～150mV
過電圧保護しきい電圧
VCS(OVP)
200
240
280
mV
4−3
ISW(LIM)
2.5
3.5
4.7
A
4−3
RSW(L)
―
215
―
mΩ
LED オン時 DIM 端子電圧
8−3
VDIM(ON)
1.2
1.4
1.7
V
LED オフ時 DIM 端子電圧
8−3
VDIM(OFF)
0.75
1
1.2
V
作
最
小
周
オ
波
ン
時
電 流 制 御 オ ン 時 間
電
流
S W
S W
検
出
電
(6)
圧
端 子 制 限 電 流
端 子 オ ン 抵 抗
(6)
8−3
VDIM(HYS)
0.3
0.5
0.7
V
DIM 端子調光周波数
(6)
8−3
FDIM
32
―
20000
Hz
熱 保 護 動 作 温 度
(6)
―
TJ(TSD)
150
160
―
°C
熱 保 護 ヒ ス テ リ シ ス
(6)
―
TJ(TSDHYS)
―
20
―
°C
DIM 端子ヒステリシス電圧
(3)
設計保証値
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VIN=6.5V
ISW=1A
外部信号入力
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熱減定格
Allowable package power dissipation
ガラスエポキシ基板 40×40mm(銅箔エリア 25×25mm)実装時
図 1. LC5720S 熱減定格
(温度ディレーティング曲線)
注 1：図 1 の熱減定格は、ジャンクション温度 125°C で算出しています。
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5. ブロックダイアグラム
VIN 5
UVLO
REG
4 SW
TSD
CSP 6
＋
CSN 7
＋
－
OSC
PWM
LOGIC
－
OVP
3 GND
OCP
Σ
DIM 8
＋
＋
－
2 NC
－
Error AMP
＋
－
－
＋
Current
Comp.
1 COMP
図 2. LC5720S ブロックダイアグラム
6. 各端子機能
1
8
表4
端子番号
図 3 端子配置図
記号
機能
位相補償端子
・レギュレーション制御ループ補償に使用します
・シリーズ RC 回路を COMP と GND 間に接続します
・必要に応じてコンデンサを COMP と GND 間に追加します
1
COMP
2
NC
3
GND
4
SW
スイッチング出力端子
・外付けインダクタを駆動します
5
VIN
電源入力端子
・8.5V～50V の電圧を本端子に供給します
・IC にスイッチング電流を供給するためコンデンサを VIN と
GND 端子間に接続します
6
CSP
電流検出入力の基準端子
・電流検出抵抗の VIN 端子側を接続します
7
CSN
電流検出負入力端子
・電流検出抵抗の LED ストリングのアノード側に接続します
・CSP と CSN 端子間の差動電圧は電気的特性の VCS で定義
します
8
DIM
PWM 調光信号入力端子
・PWM 信号を入力すると、LED ストリングの PWM 調光が可能
です
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―
グランド端子
（注：パッケージの裏側のヒートスラグを GND に接続します）
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7. 応用回路例
LED 照明用電源回路例
Input
voltage
5
CIN
VIN
CSP
6
RCS
LC5700S
LC5720S
CSN
COUT
7
ROVP
8
LED
DS
DIM
DZOVP
1
COMP
CS
CP
SW
GND
3
Output
voltage
4
L
RS

図 4-1 降圧タイプ
Input voltage  Output voltage
Input
voltage
L
5
CIN
VIN

DS
6
CSP
RCS
LC5700S
LC5720S
CSN
COUT
7
ROVP
8
1
DIM
COMP
CS
CP
GND
3
LED
4
SW
DZOVP
Output
voltage
RS

4-2 昇圧タイプ
Input voltage  Output voltage
Input
voltage
L

DS
CCSP
5
CIN
VIN
CSP
6
RCS
LC5720S
LC5700S
CSN
COUT
7
ROVP
8
LED
DIM
DZOVP
1
COMP
CS
CP
GND
3
SW
4
Output
voltage
RS

図 4-3 昇降圧タイプ
Input voltage  Output voltage  Input voltage
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
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8. 外形寸法
HSOP8
8
7
6
5
1
2
3
4
図 5. 外形寸法図
NOTES:
1) 単位：mm
2) Pb フリー品(RoHS 対応)です
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9. 動作説明
電流値の極性を、IC を基準としてシンクを“+”、ソースを“−”で規定します。
特記なき場合の特性数値は、TYP 値を表記します。
8.1 PMW 電流制御
制御回路を、図 6 に示します。
CS
RS
1
Osillator
COMP
+
CSP 6
RCS
+
ROVP
－
Q
S
－
－
External components
CSN 7
VCS
LED
COUT
Output
voltage
R
SW 4
+
+
Σ
－
図 6.制御回路図
出力電流の定電流制御は、過渡応答および安定性に優れた電流モード（ピーク電流モード制御）の PWM 制御
を使用しています。動作周波数 fOSC は 500kHz 固定です。
LED ストリング電流は、電流検出抵抗 RCS で検出します。定電流制御は、RCS の両端電圧を
CSP 端子と CSN 端子で検出し、この電圧と電流検出しきい電圧 VCS で作る目標値に、パワーMOSFET の電流
ピーク値が近づくように制御します。この制御により、LED 電流を一定に保ちます。
電流検出抵抗を RCS、LED オープン時の過電圧保護用抵抗を ROVP とすると、LED ストリングの定電流値 IOUT は、
次式になります。
IOUT 
VCS  ICSN  (RCS  ROVP)
RCS
------ (1)
ここで、ICSN は SW 端子入力電流、65μA
VCS は電流検出電圧、100mV
VCS に対し ICSN×(RCS+ROVP)が無視できるほど小さい場合は、次式になります。
IOUT 
VCS
RCS
------ (2)
なお、“8.4 過電圧保護機能（OVP）”項の算出方法を参考に、定電流 IOUT が許容精度内になるように ROVP 抵抗
値を設定します。
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8.2 LED 調光
LED 調光は、DIM 端子に入力する PWM デジタル信号のデューティサイクルにより制御ができます。
DIM 端子電圧が以下のしきい電圧で、定電流のオン/オフを制御します。
なお、DIM 端子電圧は、絶対最大定格−0.3V～5.5V 以内になります。
・LED オンしきい電圧 VDIM(ON)= 1.4V 以上で、定電流 IOUT が流れる
・LED オフしきい電圧 VDIM(OFF)= 1V 以下で、定電流 IOUT が停止する
電流検出抵抗 RCS と電流検出しきい電圧 VCS で定電流値を制御します。
COMP 端子電圧は、DIM 端子電圧が VDIM(ON)未満のときは一定電圧に保持し、VDIM(ON)以上になると、この保持
電圧から上昇します。これにより、DIM 調光時の定電流の立ち上がりが早くなります。
図 7 DIM 調光動作時の実働波形
RCS= 0.41Ω、IOUT= 244mA 設定電源
8.3 過電流保護機能（OCP）
本 IC は、SW 端子の流入電流を制限する過電流機能（OCP）を内蔵しています（図 8）。
SW 端子流入電流が ISW(LIM)= 3.5A(typ)に達すると、パルスバイパルスで内部のパワーMOSFET をオフにしま
す。定電流検出不具合や出力端短絡時の保護として動作します。
SW 4
PWM
LOGIC
+
OCP
－
GND 3
図 8.
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過電流保護回路
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8.4 過電圧保護機能（OVP）
LED がオープン状態になり定電流制御ループがなくなると、出力電圧が制御値以上に上昇します。
このときの過電圧動作時の保護機能（OVP）は、図 9 のように ROVP、ツェナーダイオード DZOVP を接続した回路で
行えます。LED がオープンになり、図 9 右図の DZOVP が導通すると、出力電圧は、DZOVP のツェナー電圧と過電圧
保護しきい電圧 VCS(OVP)= 240mV の加算値になります。
CSP
6
ICSN
CSN
CSP
RCS
COUT
7
CSN
6
RCS
ICSN
7
ROVP
COUT
ROVP
IDZ
IOUT
DZOVP
DZOVP
LED
通常動作時
LED オープン時
図 9. 過電圧回路
DZOVP の許容損失を PDZ、ツェナー電圧を VDZ とすると、ツェナーダイオードの許容電流 IDZ は、次式になります。
IDZ 
PDZ
VDZ
------ (3)
DZOVP を許容損失以下にする ROVP 抵抗値は、CSN 端子入力電流を ICSN 、定電流検出抵抗を RCS とすると、
次式から選定されます。
ROVP 
VCS ( OVP)
 RCS
IDZ  ICSN
------ (4)
ここで、ICSN << IDZ の場合、式(4)の近似式は次式になります。
ROVP 
VCS ( OVP)
 RCS
IDZ
----- (5)
過電圧保護動作時に DZOVP が許容損失以下、および定電流 IOUT が許容誤差内になるように ROVP 抵抗値を設定
します。0Ω～180Ωの範囲で抵抗値を選定して下さい。
また、DZOVP のツェナー電圧 VDZ は、通常動作時に導通しないように LED ストリングにかかる最大電圧よりも高く設
定します。
8.5 回路方式の選択
アプリケーションでは､入力電圧 VIN と､使用する LED のストリング電圧との関係で表 6 の様に使い分けます｡
表6
入力電圧と LED ストリング電圧の関係
回路タイプ
VIN＞(n × VFLED)＋Vcs
降圧型
VIN＜(n × VFLED)＋Vcs
昇圧型
VIN(L)＜(n × VFLED)＋Vcs＜VIN(H)
昇降圧
LC5720S における接続 LED の直列灯数は､方式別に表 7 のとおりです｡ただし動作条件が制限される要因とし
ては以下の 1) ～ 4) があります｡
1)VIN(ON)未満の入力電圧設定･･･IC の起動開始の条件より 9.5V 未満の設定は不可｡
2)VIN(MAX)又は Vsw(MAX)･･･例として絶対最大定格 50V に対する 80%ディレーティングで 40V に当たる条件
3)最小又は最大オンデューティによる制限(0.05＜Duty＜0.89)
4)インダクタピーク電流 ILp がスイッチ端子制限電流 ISW(LIM)に当たってしまう入出力条件･･･2.5A(MIN)
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表7
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VIN(又は Vsw)＜40V(50V×0.8)､0.05＜D＜0.89 共通
Vout 又
は LED
ストリン
グ電圧
(V)
3.6
7.1
10.6
14.1
17.6
21.1
24.6
28.1
31.6
35.1
38.6
LED 直
列数(個)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
降圧型
VIN 範囲
昇圧型
昇降圧型
ILED=2.0A，⊿IL=0.8A
ILED=1.0A，⊿IL=0.4A
ILED=1.0A，⊿IL=0.4A
MIN(V)
MAX(V)
MIN(V)
MIN(V)
MAX(V)
9.50
9.50
11.91
15.84
19.78
23.71
27.64
31.57
35.51
39.44
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
40.00
9.5
9.5
9.5
10.9
13.6
16.3
36.4
32.9
29.4
25.9
22.4
18.9
9.50
9.50
9.50
10.30
11.80
13.40
15.20
16.80
18.40
MAX(V)
10.07
13.40
16.72
20.05
23.37
26.70
30.02
33.35
36.67
非対応･･･VIN(ON)未満の入力条件又は､VIN もしくは Vsw が 40V に達するか､或いは ILp が ISW(LIM)に当たる
ために実用に供しない領域です｡表 7 をグラフ化すると図 10～図 12 になります｡
降圧使用時のLED直列灯数 vs．入力電圧範囲
×10
LED直列灯数n(個)
×9
×8
×7
×6
×5
×4
×3
×2
×1
0
5
10
15
20
25
30
入力電圧範囲(V)
図 10
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Page.13
35
40
45
LC5720S アプリケーションノート
Rev.1.1
LED直列灯数n(個)
昇圧使用時のLED直列灯数 vs．入力電圧範囲
×11
×10
×9
×8
×7
×6
×5
×4
×3
×2
×1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
40
45
入力電圧範囲(V)
図 11
昇降圧使用時のLED直列灯数 vs．入力電圧範囲
LED兆列灯数n(個)
×6
×5
×4
×3
×2
×1
0
5
10
15
20
25
30
35
入力電圧範囲(V)
図 12
図 10～図 12 は机上計算値に基づいています｡実働において SW 端子の電圧波形にサージ電圧が大き
い場合や､IC が高温になる場合などは､灯数削減或いは ILED を減じていただく必要が有ります｡また､図 1 の
熱減定格曲線の範囲内で使用する必要があります｡
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LC5720S アプリケーションノート
Rev.1.1
8.6 外付けインダクタの設定
降圧タイプ、昇圧タイプ、昇降圧タイプの各々の動作を以下に説明します。
LED 照明用途の負荷は定電流負荷になるため、インダクタンス値は、インダクタンス電流が連続に流れる電流連
続モード（Continuous Conduction Mode : CCM）になるように設定します。
デューティ D は、“3.電気的特性”項より、次式の範囲内に設定します。
tON(MIN)×Fosc＜D＜DMAX
･･･(6)
したがってデューティ D は 0.05～0.89 の範囲内となります｡
以下の説明では、出力電圧を VOUT、インダクタ電流を IL、インダクタ電流のリップル電流を⊿IL で示します。
LED に流す電流を ILED､Fosc は発振周波数とします｡出力電圧 VOUT は式(8)になります。
Vout= n ×VFLED＋Vcs
･･･(7)
ここで、VFLED は LED の順方向電圧降下(照明用白色 LED で約 3.5V／個)
n は LED の直列個数､Vcs は電流検出電圧 100mV
表 8 インダクタの必要インダクタンス計算式
降圧型
昇圧型
昇降圧型
VIN
Vout
VIN＋Vout
SW 端子印加電圧
Vsw
ON デューティ D
＋
インダクタ平均電流
ILAVE
ILED
インダクタ電流ピーク
ILp
＋
必要インダクタンス L
⊿
⊿
＋
⊿
⊿
＋
⊿
⊿
SW 端子に流れるドレイン電流は､降圧型では LED に流れる ILED と等しくなりますが､昇圧型､昇降圧型では
､例えばデューティ D が 0.5 の場合は､インダクタリップル電流が同じなら､降圧型の 2 倍の電流が流れます｡
この点には注意が必要です｡
インダクタリップル電流は､推奨動作条件より⊿IL=0.8A(Max)としております｡又､内部の過電流保護条 件より､
インダクタ電流ピーク ILp は ISW(LIM)=2.5A(MIN)に達しない事が求められますので､実質的に LED へ給電出来る
電流 ILED は次の様になります｡(図 1 による温度制限も合わせて満たす必要が有ります)
･降圧型･･･2.0A ，⊿IL=0.8A(Max)
･昇圧型／昇降圧型･･･1.0A ，⊿IL=0.4A(Max)
以下に計算例グラフを示します｡尚、照明用白色 LED の VF を 3.5V として 5 灯(Vout=17.6V)で計算しています｡
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Rev.1.1
降圧型必要インダクタンスL計算例 LED=5灯､VIN=24V
必要インダクタンスL(μH)
100
10
1
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
インダクタリップル電流⊿IL(A)
図 13
昇圧型必要インダクタンスL計算例 LED=5灯､VIN=12V
必要インダクタンスL(μH)
100
10
1
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
インダクタリップル電流⊿IL(A)
図 14
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0.35
0.4
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昇降圧型周波数別必要インダクタンスL計算例 LED=5灯､
VIN=Vout±20%
必要インダクタンスL(μH)
1000
100
10
1
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
インダクタリップル電流⊿IL(A)
図 15
*⊿IL が小さい設定では､必要なインダクタンス値が大きくなります｡
インダクタの傾向としては､
･大きなインダクタンス値･･･外形寸法が同じ場合は許容電流の減尐となる｡
･許容電流を満たしてインダクタンスを確保すると､コア形状と共に外形寸法が大きくなる｡
LED ドライバの回路アプリケーションとしては､DC/DC コンバータ同様に降圧､昇圧､昇降圧が有りますが､⊿IL の
設定として､一般的には出力電流の 20%～30%の設定が､もっともコストパフォーマンスが良い設定といわれてい
ます｡⊿IL=Iout×0.2～0.3
8.7 内部損失 Pd について
8.7.1 制御回路の損失 Pcont
制御回路の損失 Pcont は､入力電圧と周波数に依存します｡(図 16)
LC5720S制御回路損失
制御回路損失Pcont(mW)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
入力電圧VIN(V)
図 16
制御回路の損失は､IC 内部における回路電流による損失及び､内蔵 PowerMOSFET を駆動するドライブ
損失が含まれています｡図 16 は回路電流の損失とドライブ損失の合計です｡損失計算の際は､図 16 から近い値
を読みとって代入してください｡
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8.7.2 内蔵 PowerMOSFET のスイッチングスピード
図 17 は､主回路上の寄生インダクタクタンスなどの影響が僅尐であるという想定の基に､算出している内蔵 Power
MOSFET のスイッチング時間です｡ターンオン tr､ターンオフ tf は同じスピードと規定しています｡
LC5720S 内蔵PowerMOSFETスイッチング時間
スイッチング時間tr,tf(nsec)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
SW端子電圧Vsw(V)
図 17
内蔵している PowerMOSFET は､電圧変換部の主回路と接続されております｡寄生インダクタンスが内在したり､
インピーダンスが高いパターン配線では､スイッチングスピードが速まったり､遅くなったりする場合が有ります
ので予めご了承ください｡※オシロスコープなどで実働波形が観測出来る場合は実測値を適用しても構いま
せん｡
8.7.3 内蔵 PowerMOSFET の損失
内蔵 PowerMOSFET の損失はドレイン～ソース間のオン抵抗 Ron による定常オン損失と､図 17 のスイッチング
時間におけるスイッチング損失が有ります｡表 9 は降圧､昇圧､昇降圧の各方式での PowerMOSFET の損失を
近似的に求める計算式です｡
表9
定常オン損失 Pon
スイッチング損失 Psw
降圧型
Ron×(ILED)2×Ton×Fosc
2×{VIN×(ILED／2)×Tsw×Fosc}
昇圧型
Ron×(ILAVE)2×Ton×Fosc
2×{Vout×(ILAVE／2)×Tsw×Fosc}
昇降圧型
Ron×(ILAVE)2×Ton×Fosc
2×{(VIN＋Vout)×(ILAVE／2)×Tsw×Fosc}
注)
･Ton=(1／Fosc)×D･･･D はデューティで表 8 参照｡
･Tsw は図 17 の値(sec)でターンオフ時間､ターンオン時間を同一として規定｡同一周期にスイッチングは 2 回｡
あるいはオシロスコープで実働観測出来れば､実測値を適用しても構いません｡
･Fosc は発振周波数(Hz)
･ILED(A)は降圧型の場合 ILED=ILAVE
･ILAVE(A)は表 8 参照｡
･Ron は内蔵 PowerMOSFET のオン抵抗(Ω)
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8.7.4 内部損失 Pd
内部損失は式(8)になります｡
Pd=Pcont＋Pon＋Psw
･･･(8)
(降圧型計算例)
Fosc=500kHz､VIN=24V､LED ストリング電圧=17.6V(5 灯)､ILED=1A､Ron=0.215Ωの場合｡
･Pcont=200mW (図 16 より読みとり)
･Pon=0.215(Ω)×1(A)×1(A)×1.46E-6(sec)×500E+3(Hz) ≒0.157W
･Psw=2×{24(V)×(1(A)／2)×35E-9(sec)×500E+3(Hz)} ≒0.42W
∴Pd=0.2(W)＋0.157(W)＋0.42(W) =0.777W
(昇圧型計算例)
Fosc=500kHz､VIN=12V､LED ストリング電圧=17.6V(5 灯)､ILED=1A､Ron=0.215Ωの場合｡
･Pcont=100mW (図 16 より読みとり)
･Pon=0.215(Ω)×1.467(A)×1.467(A)×0.636E-6(sec)×500E+3(Hz) ≒0.147W
･Psw=2×{17.6(V)×(1.467(A)／2)×25E-9(sec)×500E+3(Hz)} ≒0.322W
∴Pd=0.1(W)＋0.147(W)＋0.322(W) =0.567W
(昇降圧型計算例)
Fosc=500kHz､VIN=17V､LED ストリング電圧=17.6V(5 灯)､ILED=0.5A､Ron=0.215Ωの場合｡
･Pcont=140mW (図 16 より読みとり)
･Pon=0.215(Ω)×1.018(A)×1.018(A)×1.016E-6(sec)×500E+3(Hz) ≒0.113W
･Psw=2×{(17(V)＋17.6(V))×(1.018(A)／2)×48E-9(sec)×500E+3(Hz)} ≒0.422W
∴Pd=0.14(W)＋0.113(W)＋0.422(W) =0.675W
注)
･パッケージの熱抵抗θj-a は 74℃／W ですが､Pd の値によっては過熱保護(TSD)が働く場合が
有ります｡ジャンクション温度 Tj は周囲温度を Ta とすると式(9)になります｡
Tj=(Pd×θj-a)＋Ta ･･･(9)
･内蔵 PowerMOSFET のオン抵抗 Ron には正の温度特性が有ります｡Tj=100℃付近では､Ta=25℃時
の Ron の 1.5 倍程度になりますのでご注意ください｡IC の温度が高い場合は､周波数､ILED､
LED 直列灯数などを減じていただくか入力電圧条件を再調整し､Pd は図 1 の熱減定格曲線(温度
ディレーティングカーブ)の範囲内である必要が有ります。
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8.8 位相補償(COMP 端子)
8.8.1 位相補償定数の計算
6 項‐応用回路例の図 4 における COMP 端子接続の位相補償定数 Rs､Cs､Cp については､表 10 の計算式
に基づいて計算します｡
表 10
Rs
Cs
Cp 必要条件判定
(←左が成立つ場合)Cp
RLed
Fz2
降圧時の Fc
昇圧時の Fc
*Co：出力平滑コンデンサ容量(F)｡ Vout：出力電圧(V)｡ Fc：クロスオーバー周波数(Hz)｡
Fosc：発振周波数(Hz)｡ ESR：出力平滑コンデンサの等価直列抵抗(Ω)｡ RLed：LED を抵抗負荷とみなした
場合の抵抗値(Ω)｡ ILED：LED の平均電流(A)｡ Fz2：昇圧型固有のゼロ点周波数(Hz)･･･ゲインではゼロ､
位相ではポールの働きをします｡ L：インダクタのインダクタンス値(H)｡ D：ON デューティ｡表 5 参照｡
*出力平滑コンデンサ COUT がアルミ電解コンデンサである場合､ESR が大きくなるため Cp が必要です｡
降圧時と昇圧の時の違いについては､クロスオーバー周波数 Fc の設定が異なります｡通常降圧型の場合では､
Fosc の 1／10 以下で設定しますが､電流モード方式の昇圧型の場合は､『右半面ゼロ』の条件を有します｡この
ためクロスオーバー周波数 Fc は､表 10 の Fz2 の式により Fz2 を求め､Fz2 の 1／10 以下に設定する必要が有
ります｡
*K：LC5720S の FB 系固有の定数です｡K=2.497E-4
8.8.2 Rs､Cs､計算例(セラミックコンデンサの場合)
表 11 降圧型｡Fosc=500kHz､ILED=2A､⊿IL=0.8A
LED 直列
灯数(個)
Vout(V)
VIN(V)
L 値(μ H)
Co トータ
ル(μ F)
CoESR
トータル
(mΩ )
Fc(kHz)
Rs(kΩ )
Cs(pF)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3.6
7.1
10.6
14.1
17.6
21.1
24.6
28.1
31.6
5
12
15
18
24
28
33
36
40
2.7
7.5
8.2
8.2
12
15
18
18
18
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10
10
10
10
10
10
10
10
10
50
50
50
50
50
50
50
50
50
4.53
8.93
13.33
17.73
22.13
26.53
30.93
35.34
39.74
2814
1427
956
719
576
480
412
361
321
*表の数値は机上計算値を示しています｡
*数値は E12 系列､E24 系列などの等比数列に合致していません｡部品は近い値から選定してください｡
*必ず実験で動作をご確認の上､定数を決定してください｡
*Co の容量と ESR は『トータル』という表現ですが､小さいサイズのセラコンを複数並列接続した時も､トータルで表
の数値になる場合を想定しております｡
*表 12 も同様です｡
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表 12 昇圧型｡Fosc=500kHz､ILED=1A､⊿IL=0.4A
LED 直列
灯数(個)
Vout(V)
VIN(V)
L 値(μ H)
Co トータ
ル(μ F)
CoESR
トータル
(mΩ )
Fc(kHz)
Rs(kΩ )
Cs(pF)
2
3
3
4
4
5
6
6
7
7
7
8
8
9
10
7.1
10.6
10.6
14.1
14.1
17.6
21.1
21.1
24.6
24.6
24.6
28.1
28.1
31.6
35.1
5
5
7
7
9
12
12
15
12
15
18
15
18
18
24
7.5
15
12
18
18
20
27
22
33
33
27
36
33
39
39
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
14.952
5.007
12.268
6.149
10.164
13.028
8.05
15.436
5.649
8.827
15.535
7.083
11.127
8.373
13.401
2.67
1.33
3.27
2.18
3.6
5.77
4.27
8.19
3.5
5.46
9.61
5.01
7.86
6.65
11.83
15956
95286
15874
47510
17387
8478
18523
5037
32259
13214
4266
17962
7279
11433
4018
*昇降圧型では､デューティ D が
D＞0.5：昇圧モード
D＜0.5：降圧モード
の動作になります｡ご使用の条件により、表 11､表 12 を参考に実働で調整してください｡
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Rev.1.1
8.9 回路部品設定
各部品は使用条件に適合したものを使用します。
下記の回路記号は、“6.応用回路例”項の記号になります。
 インダクタ L
LED 電流平滑用のチョークコイルです。
インダクタンスが大きいほど出力リップル電流が小さくなり、電流の安定度が向上します。
リップル電流のピーク値でコイルが飽和しないものを選択します。
コイルが飽和すると、想定以上のサージ電流が流れ、LED、IC、周辺回路にダメージを与える要因になります。
 ダイオード DS
降圧タイプはフリーホイールダイオード、昇圧タイプと昇降圧タイプはブーストダイオードです。
ダイオードの選択には、耐圧とリカバリータイム trr が重要です。trr が長いダイオードは、パワーMOSFET がターン
オンしたときに、パワーMOSFET に大きなサージ電流が流れるため、ノイズの増大、誤動作、効率低下の要因に
なります。耐圧に応じて、ショットキーバリアダイオード、超高速ダイオードから選択します。
 電流検出抵抗 RCS
RCS には高周波スイッチング電流が流れるため、内部インダクタンスの大きなものを使用すると、誤動作の要因
になります。RCS は、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選択します。
 入力コンデンサ CIN
主電源平滑用のコンデンサです。この容量が大きいほどリップル電圧が小さくなります。また同一容量でも、
出力電力が大きくなるとリップル電圧は大きくなるため、出力電力に応じて容量を選択します。
 出力コンデンサ COUT
LED ストリングのリップル電流仕様により、COUT 有無や、容量を決めます。
リップル電流を大きく設定できる場合は、インダクタの L 値を小さくしたり、COUT 容量を小さくまたは削除したりで
きます。これにより電源サイズやコストの低減ができます。
リップル電流を小さくする場合は、インダクタの L 値を大きく、または LED ストリングと並列に COUT を接続します。
リップル電流を小さくするとリップル電流変動による LED の発熱分を低減できます。
また、LED ストリングが出力端から離れた位置にある場合は、COUT を LED ストリングの近くに並列接続し、
リップル電流、リップル電圧を低減します。
 位相補償回路 CP、CS、RS
COMP 端子に接続する制御ループの位相補償部品です。実際に使用する電源回路により最適な定数は異な
るため、“8.8 位相補償(COMP 端子)”の項を参考にして目安を計算し、実働動作で確認、調整を行います。
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Rev.1.1
8.10 参考回路例
(A)降圧型
Fosc=500kHz
ILED=2A
インダクタ⊿IL=0.8A
LED 直列灯数=5 灯(Vout=17.6V)
VIN=24V
Vsw=24V
Cout(ESR)=10mΩ/セラミック
Cp：Open
D1 はサンケン電気の SJPB-L6
を使用しています｡
(B)昇圧型
Fosc=500kHz
ILED=1A
インダクタ⊿IL=0.4A
LED 直列灯数=5 灯(Vout=17.6V)
VIN=12V
Vsw=17.6V
Cout(ESR)=10mΩ/セラミック
Cp：Open
D1 はサンケン電気の SJPB-L6
を使用しています｡
(C)昇降圧型
Fosc=500kHz
ILED=1A
インダクタ⊿IL=0.4A
LED 直列灯数=5 灯(Vout=17.6V)
VIN=17V
Vsw=34.6V
Cout(ESR)=10mΩ/セラミック
Cp：Open
D1 はサンケン電気の SJPB-L6
を使用しています｡
図 18 (a)～(c)参考回路例
*上記回路例はあくまで参考です｡お客様基板で実働･実験調整等で動作をご確認の上､定数等決定してくだ
さい｡
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Rev.1.1
9. 参考パターンレイアウト
LC5710S／LC5720S 用弊社デモボードの基板を参考に示します｡
9.1 パターン図
降圧回路用デモボード基板(表)
降圧回路用デモボード基板(裏)
昇圧／昇降圧回路用デモボード基板(表)
昇圧／昇降圧回路用デモボード基板(裏)
図 19 デモボード基板
フットプリント図
図 20 フットプリント図
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Rev.1.1
9.2 デモボード回路図
9.2.1 降圧型用デモボード
J1
図 20
*LC5710S､LC5720S の場合 R5，R6 はオープン､Jumper J1 は挿入とします｡C7､R7 は LC5710S のみ使用します｡
9.2.2 昇圧／昇降圧型用デモボード
J2
J1
図 21
*Jumper の切り替え
昇圧型
J1=挿入､J2=オープン
昇降圧型 J1=オープン､J2=挿入
*C7､R7 は LC5710S のみ使用します｡
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Rev.1.1
10. 設計上の注意点
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ます。このため、配線の引回し
や部品配置には十分な注意が必要です。
図 22 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。
また、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、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、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。
(B)昇圧タイプ
(A)降圧タイプ
(C)昇降圧タイプ
図 22 高周波ループ（斜線部分）
IC 周辺回路の接続例を図 23 に示します。
(1) 主回路パターン
主回路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。
入力部の高周波電流インピーダンスを下げるため、入力コンデンサ CIN 、VIN 端子、GND 端子で作る
ループは小さくなるように配線します。
(2) GND 端子周り
主回路のスイッチング電流が制御回路へ影響を与えないようにするため、主回路系と制御系のグランドは
GND 端子近傍から専用パターンで配線します。
(3) 電流検出用抵抗 RCS 周り
電流検出時のノイズを低減するため、CSP 端子、および CSN 端子につながる ROVP のパターンは、専用パ
ターンにより ROCP の近傍に配線します。
(4) IC 周辺部品
COMP 端子に接続した位相補償用部品は、COMP 端子と GND 端子近くに接続します。
(5) COUT がある場合は、LED ストリングの近くに接続します。
*GND パターンについては主回路電流が流れるパターンと､信号系のパターンが共通インピーダンスになら
ないようにご注意ください｡
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Rev.1.1
(A)降圧型
Input
voltage
5
VIN
CIN
CSP
LC5720S
LC5700S
RCS
DS
CSN
8
6
ROVP
7
DIM
COUT
LED
DZOVP
1
COMP
CS
CP
GND
3
SW
Output
voltage
4
L
Main circuit
GND of Control circit
RS
(B)昇圧型
Input
voltage
DS
L
5
CIN
VIN
CSP
6
RCS
LC5720S
LC5700S
CSN
ROVP
7
LED COUT
8 DIM
1
COMP
CS
SW
GND
3
4
Output
voltage
DZOVP
Main circuit
GND of Control circit
RS
(C)昇降圧型
Input
voltage
DS
L
5
VIN
CSP
RCS
LC5720S
LC5700S
CIN
CCSP
6
CSN
ROVP
7
COUT
8 DIM
1
CS
COMP
DZOVP
GND
3
SW
4
Output
voltage
RS
図 23 周辺回路の接続例
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LED
Page.27
Main circuit
GND of Control circit
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Rev.1.1
注意書き
●本書に記載している製品（以下、「本製品」という）のデータ、図、表その他のすべての内容は本書発行時点のもの
となります。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）の部品に使用されることを意図し
ております。ご使用の際には、納入仕様書に署名または記名押印のうえご返却をお願いします。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、必ず事前にその使用の適否につき弊社販売窓口へご相談および納入仕様書に署名または記名
押印のうえご返却をお願いします。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、文書による弊社の承諾がない限り使用しないでください。
●本製品の使用にあたり、本製品に他の製品・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必ずご検討のうえ行ってください。
●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。本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、故障発生率お
よびディレーティングなどを考慮のうえ、使用者の責任において、本製品が使用される装置やシステム上で十分な
安全設計および確認を含む予防措置を必ず行ってください。ディレーティングについては、納入仕様書および弊社
ホームページを参照してください。
●本製品は耐放射線設計をしておりません。
●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。
●本書に記載している回路定数、動作例、回路例、パターンレイアウト例、設計例、推奨例およびこれらに基づく評価
結果などは、使用上の参考として示したもので、これらに起因する使用者もしくは第三者のいかなる損害および知
的財産権を含む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。
●本書に記載している技術情報（以下、「本技術情報」という）は、本製品の使用上の参考として示したもので、弊社の
所有する知的財産権その他権利の実施、使用を許諾するものではありません。
●使用者と弊社との間で別途文書による合意がない限り、弊社は、本製品の品質（商品性、および特定目的または特
別環境に対する適合性を含む）ならびに本書に記載の情報（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。
●本製品を使用する場合は、特定の物質の含有・使用を規制する RoHS 指令など、適用可能性がある環境関連法令
を十分に調査したうえで、当該法令に適合するよう使用してください。
●本製品および本技術情報を、大量破壊兵器の開発を含む、軍事用途や軍事利用の目的で使用しないでください。
また、本製品および本技術情報を輸出または非居住者などに提供する場合は、「米国輸出管理規則」、「外国為替
及び外国貿易法」など、各国の適用のある輸出管理法令等を遵守してください。
●弊社物流網以外での本製品の落下などの輸送中のトラブルについて、弊社は一切責任を負いません。
●本書は、正確を期すため慎重に製作したものですが、弊社は本書に誤りがないことを保証するものではなく、万一
本書に記載している内容の誤りや欠落に起因して使用者に損害が生じた場合においても、弊社は一切責任を負い
ません。
●本製品を使用するときに特に注意することは納入仕様書、一般的な使用上の注意は弊社ホームページを参照して
ください。
Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD.
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