NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 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 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 目次 概要 -----------------------------------------------------------------------------------------------3 1. 電気的特性 -----------------------------------------------------------------------------------4 1.1 絶対最大定格 ----------------------------------------------------------------------------4 1.2 推奨動作条件 ----------------------------------------------------------------------------4 1.3 電気的特性 -------------------------------------------------------------------------------5 2. ブロックダイアグラムと各端子機能 --------------------------------------------------------7 2.1 ブロックダイアグラム --------------------------------------------------------------------7 2.2 各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------7 3. 応用回路例 -----------------------------------------------------------------------------------8 4. 熱減定格 --------------------------------------------------------------------------------------9 5. 外形図 --------------------------------------------------------------------------------------- 10 6．動作説明------------------------------------------------------------------------------------- 11 6.1 PWM(Pulse Width Modulation)出力制御 -------------------------------------- 11 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 電源の安定性 ------------------------------------------------------------------------- 11 過電流保護(OCP) -------------------------------------------------------------------- 12 過熱保護(TSD) ----------------------------------------------------------------------- 12 ソフトスタート（SoftStart） ----------------------------------------------------------- 12 出力の ON / OFF 制御 -------------------------------------------------------------- 13 7. 設計上の注意点 --------------------------------------------------------------------------- 14 7.1 外付け部品----------------------------------------------------------------------------- 14 7.2 パターン設計 -------------------------------------------------------------------------- 21 7.3 応用設計 ------------------------------------------------------------------------------- 24 ご注意書き -------------------------------------------------------------------------------------- 26 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 NR110E シリーズ アプリケーションノート 概要 Rev.4.0 パッケージ Exposed SOIC 8 裏面ヒートスラグ付面実装 8 ピンパッケージ NR110E シリーズは、パワーMOSFET 内蔵の降圧ス イッチングレギュレータ IC です。軽負荷の効率を向上 させた機能を有しており、低消費電力に適した IC です。 電流制御方式により、セラミックコンデンサのような超低 ESR のコンデンサに対応します。過電流保護、低入力 禁止、過熱保護等の保護機能を有しています。起動時 の突入電流を防ぐためソフトスタート機能を有していま す。コンデンサを接続することで、ソフトスタート時間を 設定できます。外部信号でオンオフできる機能を有し ており、EN 端子へ外部から信号を入力することで、IC をターンオン/ターンオフできます。位相補償回路を内 蔵し、外付けの位相補償用部品は不要です。裏面に ヒートスラグ付きの小型薄型の SOIC 8 ピンパッケージ で供給されます。 主要スペック 特長と利点 最大効率 94％ IO = 20mA 軽負荷時効率 最大 68% 電流モード型 PWM 制御 出力にセラミックコンデンサのような 低 ESR コンデンサの使用に対応 保護回路を内蔵 過電流保護 (OCP) 垂下型自動復帰 過熱保護内蔵 (TSD) 自動復帰 低入力時誤動作防止回路 (UVLO) 位相補償回路を内蔵 外付け部品不要 外付けコンデンサによる Soft-Start ON/OFF 機能 入力電圧 VIN = 6.5V～31V 出力電圧 VO = VO= 0.8V～24V 最大出力電流 IO = 2A / 4A 動作周波数: 350kHz／NR111E 364kHz／NR119E アプリケーション LCD-TV / STB Blu-Ray 白物家電 デジタル家電用電源 表 1 シリーズラインアップ 製品名 fSW NR111E 350kHz VIN 6.5V to 31V (1) (2) VO (1) 0.8V to 24V NR119E 364kHz 入力電圧の最小値は、6.5V もしくは VO + 3V のどちらか大きい値とする 入出力条件は最小 ON 時間により制限されます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.3 IO (2) 4A 2A NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 1. 電気的特性 1.1 絶対最大定格 表 2 NR110E シリーズ絶対最大定格 項目 記号 規格値 単位 入力電圧 VIN 35 V BS 端子電圧 VBS 44 V 8 V DC 12 V パルス幅 30nsec 以内 BS-SW 間端子電圧 VBS-SW SW 端子電圧 VSW 35 V FB 端子電圧 VFB 5.5 V EN 端子電圧 VEN 35 V SS 端子電圧 VSS 5.5 V PD 1.76 W TJ 40 to 150 °C TS 40 to 150 °C θJP 26 °C /W θJA 71 °C /W 条件 ガラスエポキシ基板 30×30mm 許容損失 (3) 接合温度 (4) 保存温度 熱抵抗(接合－リード(No.4 端子)) 熱抵抗(接合－周囲) (3) (4) (銅箔エリア 25×25mm)実装時 TJ Max =150°C ガラスエポキシ基板 30×30mm (銅箔エリア 25×25mm)実装時 過熱保護により制限。 過熱保護検出温度は約 160℃となる。 1.2 推奨動作条件 電気的特性に示す正常な回路機能を維持するために、推奨動作条件内で使用してください。 表 3 NR110E シリーズ 推奨動作条件 項 目 入力電圧 出力電流 規 格 値 記 号 (5) NR111E (6) NR119E (7) 出力電圧 VIN 単 位 MIN MAX Vo+3 31 0 4.0 0 2.0 0.8 24 Io A Vo 動作周囲温度 Top 40 85 入力電圧範囲の最小値は、6.5V もしくは VO+3V のどちらか大きい値とする。 VIN = VO+1～VO+3V の場合は IO = 2A MAX となります。 (6) 推奨回路は図 4 になります。 (7) 図 5 に示す熱減定格以内で使用する必要があります。 (7) (5) Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. V Page.4 V °C 条件 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 1.3 電気的特性 図 1 に示す回路において、各測定条件で IC を動作させた場合に保証される特性規格値です。 表 4 NR110E シリーズ電気的特性 (Ta=25°C) 項 目 設定基準電圧 出力電圧温度係数 単 位 MIN TYP MAX VREF 0.784 0.800 0.816 ⊿VREF/⊿T ― ±0.05 ― 280 350 420 NR111E 動作周波数 規 格 値 記 号 fSW V VIN = 12V, IO = 1.0A mV/°C 40°C to +85°C kHz 437 ― 50 ― mV ― 50 ― mV ― 50 ― mV IS1 ― 1.5 ― IS2 ― 5.5 ― IS1 ― 0.9 ― IS2 ― 2.8 ― IIN ― 1 ― mA IIN(off) 0 1 ― μA VIN=8V～30V, VO =5.0V, IO=1° VIN=12V, VO=5.0V, IO=0.1°～2.0A VIN=12V, VO=5.0V, IO=0.1°～1.0A VIN =12V, VO =5.0V ISET=OPEN VIN =12V, VO =5.0V ISET=SHORT VIN=12V, VO =5.0V ISET=OPEN VIN =12V, VO =5.0V ISET=SHORT VIN = 12V VEN=10kΩ pull up to VIN VIN =12V, IO =0A, VEN=0V Low 時流出電流 ISS 6 10 14 μA VSS=0V, VIN =12V 流入電流 IEN 20 50 μA VEN= 10V オンスレシュ電圧 VEN 1.4 2.1 V VIN =12V 開放電圧 VISET V VIN =12V (8) VLine NR111E ロードレギュレーション (8) VLoad NR119E NR111E 過電流保護開始電流 A NR119E 無負荷時回路電流 静止時回路電流 ISET 端子 VIN=12V, VO=5.0V, IO=1° 364 ラインレギュレーション EN 端子 VIN = 12V，IO = 1.0A 291 NR119E SS 端子 測定条件 最大 ON デューティー 最小 ON 時間 NR111E (8) DMAX (8) TON(MIN) NR119E 過熱保護開始温度 (8) TSD 過熱保護復帰ヒステリシス TSD_hys (8) 設計保証値です。 (9) 入出力条件は最小 ON 時間により制限されます。 (8) Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 0.7 1.5 ― 90 ― ― 150 ― ― 150 ― 151 165 ― °C ― 20 ― °C Page.5 % nsec NR110E シリーズ アプリケーションノート C1+C2: 10uF×2 C4+C5: 22uF×2 C3: 0.1uF R3: 22Ω R4: 18 kΩ, R5: 2.7kΩ R6: 3.9kΩ Rev.4.0 L1: 10uH (VO=5.0V) 図 1 測定回路図 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 2. ブロックダイアグラムと各端子機能 2.1 ブロックダイアグラム 図 2 NR110E シリーズ ブロックダイアグラム 2.2 各端子機能 図 3 端子配置 表 5 端子機能 端子 No. 記号 1 BS 2 IN 3 SW 4 GND 5 FB 6 ISET 7 EN 8 SS 機能 ハイサイドブート入力端子 BS 端子は、ハイサイド MOSFET のドライブ電力を供給します。 コンデンサと抵抗を SW 端子と BS 端子間に接続してください。 入力端子 IC に電力を供給します。 出力端子 出力電力を供給します 出力用 LC フィルタを SW 端子に接続してください。 SW 端子と BS 端子間に、ハイサイド MOSFET へ電力供給するコンデンサが必要です。 グランド端子 裏面ヒートスラグは、グランド端子に接続してください。 基準電圧と出力電圧を比較するフィードバック端子 フィードバック閾値電圧は 0.8V です。 FB 端子を分圧抵抗 R4,R5 と R6 の間に接続することで、出力電圧を設定してください。 過電流保護開始電流調整端子 抵抗を接続することで過電流保護開始電流を調整できます。 定格電流で使用する場合は、ISET 端子を GND に接続してください。 イネーブル入力端子 EN 端子を High でレギュレータをオン、Low でオフします。 ソフトスタート端子 SS 端子とグランド間にコンデンサ接続することで、ソフトスタートを設定できます Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.7 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 3. 応用回路例 C1, C2: 10μF / 35V C3: 0.1μF C4, C5: 22μF / 16V C7: 0.1μF R1: 510kΩ L1: 10μH R3: 22Ω R4: 18kΩ, R5: 2.7kΩ (Vo=5.0V) R6: 3.9kΩ D1: SJPW-T4(サンケン) R9:要調整 図 4 応用回路例 ※デモボードの回路図は図 32 を参照してください｡図 4 は基本的な構成のみです｡オプション部品は含んでおりま せん｡ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.8 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 4. 熱減定格 図 5 NR110E シリーズ 熱減定格 注記 1) ガラスエポキシ基板 30×30mm 2) 銅箔エリア 25×25mm 3) 熱減定格は、ジャンクション温度 125°C で算出しています。 4) 損失は下記式を使って求めます。効率は、入力電圧、出力電流によって変化する為、効率曲線より求め、 パーセント表示のまま代入します。 5) D1 の熱設計は別途行う必要があります。 100 V PD VO I O 1 VF I O 1 O x VIN VO: 出力電圧 VIN: 入力電圧 IO: 出力電流 ηx: 効率(%) VF: Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.9 D1 順方向電圧 SJPB-L4…0.55V(IO=3A) NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 5. 外形図 Exposed SOIC8 パッケージ 外形図 A もしくは外形図 B のいずれかで納入するものとする。 図 6 パッケージ外観図 表 6 外形寸法表 Symbol Package A Package B MIN TYP MAX MIN TYP MAX A1 0 － 0.1524 ０ 0.10 0.15 A2 1.398 1.448 1.498 1.25 1.40 1.65 ｂ 0.330 － 0.508 0.38 － 0.51 D 4.80 4.902 5.004 4.80 4.90 5.00 D1 3.053 3.18 3.307 3.10 3.30 3.50 E 5.893 － 6.918 5.80 6.00 6.20 E1 3.73 － 3.89 3.80 3.90 4.00 E2 2.033 2.16 2.287 2.20 2.40 2.60 ｅ － 1.27 － － 1.27 － Ｌ 0.508 － 0.762 0.45 0.60 0.80 注記 1)寸法表記 mm 2)図は一定の縮尺で描かれていません 製品名 NR111E SKYMW ロットナンバー Y=西暦年号下一桁(0-9) M=製造月(1-9, O, N, or D) W=製造週(1-3) XXXX 管理ナンバー 図 7 パッケージ捺印仕様 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 6．動作説明 特記なき場合の特性数値は、NR110E シリーズの仕様に準じ、TYP 値を表記します。 6.1 PWM(Pulse Width Modulation)出力制御 NR110E シリーズは、電流制御と電圧制御の 2 系統の帰還ループとスロープ補正を行う 3 つのブロックで構成され ます。電圧制御帰還では出力電圧を PWM 制御に帰還するループとなり、出力電圧の抵抗分割を基準電圧 0.8V で 比較するエラーアンプで構成されています。電流制御帰還では、インダクタ電流を PWM 制御に帰還するループで あり、センス MOSFET を使用して分流されたインダクタ電流をカレントセンスアンプで検出を行っています。スロープ 補正では電流制御方式の特性上，サブハーモニック発振を回避するため電流制御スロープに対して補正を行って います。図 8 に示すように、NR110E シリーズでは、電圧制御帰還，電流制御帰還，スロープ補正の信号を演算する ことで、電流制御方式による PWM 制御を行っています。 図 8 電流制御 PWM 制御チョッパ型レギュレータ基本構成 NR110E シリーズは、UVLO が解除された時や EN・SS 端子が閾値を超えた時に、スイッチング動作します。最初 は最小 ON デューティーもしくは最大 ON デューティーでスイッチング動作します。 ハイサイドスイッチ(以下 M1) は、 出力にパワーを供給するスイッチング MOSFET です。内部回路にて SW 端子を短時間に ON して、M1 を駆動させ るためのブート用コンデンサ C3 を充電します。M1 が ON において SW 端子とインダクタに電圧が印加され、インダク タ電流が増加し、検出する電流検出アンプの出力も上昇します。電流検出アンプの出力とスロープ補正信号とが加 算された信号と誤差増幅器の出力を比較します。加算された信号が誤差増幅器(Error amp)の出力を超えた時に、 比較器の出力が“High”となり、RS フリップフロップがリセットされます。M1 が OFF し回生電流が D1 を流れます。 NR110E シリーズでは毎周期にセット信号が発生し、RS フリップフロップがセットされます。加算された信号が誤差増 幅器(Error amp)の出力電圧を超えなかった場合、OFF Duty 回路の信号により、RS フリップフロップが必ずリセットさ れます。 6.2 電源の安定性 チョッパ型レギュレータの位相特性は、レギュレータ IC 内部の位相特性、出力コンデンサ C4 (C5)と負荷抵抗の合 成になります。レギュレータ IC 内部の位相特性は、一般的には制御部の遅れ時間と出力誤差増幅器の位相特性で 定まります。この内、制御部の遅れ時間による位相遅れは、実使用上はほとんど問題になることはありません。出力 誤差増幅器の位相補正内蔵により、安定性を良くするための出力電圧及び出力コンデンサの設定については、 「7.1.3 出力コンデンサ C4 (C5)」および「7.1.7 出力電圧 VO と出力コンデンサ C4 (C5)」を参照して下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 6.3 過電流保護(OCP) 図 9 に OCP 特性を示します。NR110E シリーズは、垂下型 過電流保護回路を内蔵しています。過電流保護回路はスイ ッチングトランジスタのピーク電流を検出し、ピーク電流が設 定値を超えると強制的にトランジスタの ON 時間を短縮させ て出力電圧を低下させ電流を制限しています。更に出力電 圧が低下しますとスイッチング周波数を低下させることで低 出力電圧時の電流増加を防止しています。過電流状態が 解除されると出力電圧は自動的に復帰します。 図 9 は NR119E の例です｡ 図 9 OCP 特性図 6.4 過熱保護(TSD) 過熱保護回路は、IC の半導体接合温度を検出し、接合温 度が設定値(約 160°C)を超えると出力トランジスタを停止さ せ、出力を OFF します。接合温度が過熱保護設定値より 20°C 程度低下すると自動的に復帰します。 ※（過熱保護特性）注意事項 瞬時短絡等の発熱に対し IC を保護する回路であり、長時 間短絡等、発熱が継続する状態の信頼性を含めた動作を 保証するものではありません。 出力電圧 復帰設定温度 保護設定温度 接合温度 図 10 TSD 動作 出力起動時間 100 6.5 ソフトスタート（SoftStart） 10 ｿﾌﾄｽﾀｰﾄ時間 [ms] 8 番端子（SS 端子）と 4 番端子（GND 端子）間にコンデン サを接続すると入力電圧投入時にソフトスタートがかかるよ うになります。VO は CSS の充電電圧に相関し立ち上がります。 VIN よって CSS 充電の時定数計算で概略求まります。 コンデンサ CSS は PWM 制御の OFF 期間をコントロールして Vin=4.1V 立ち上がり時間を制御し、立ち上がり時間 tSS 及びディレイ 時間 t_delay は以下の式で概略求まります。 1 FB 0.1 Iss 0.01時間 0.0001 Css SS 0.001 Vss2=1.79V Vss1(th) Vss1=0.9V t_delay t_ss t_all SS ×0.9 0.01 基準電圧 (0.8V) 0.1 SSコンデンサCss [uF] Error Amp. 図 11 Soft-Start 時間と SS コンデンサの関係 時間 Vo IC内部 ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) TSS= CSS × (VSS2 – VSS1) / (ISS × VSS1) VSS1(0.9V) < SS 端子電圧 < VSS2 (1.79V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V） ※Cssに0.1uFを使用した場合の例： SS 端子電圧 < VSS1(th) =時間VSS1 (0.9V) t_delay = CSS × VSS1 / ISS t_delay t_delay = Css*Vss1/Iss = 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 tss タイミングチャート1 VIN VIN VIN VIN VEN VEN Vin=4.1V Vin=4.1V FB FB Iss IssVEN=4.1V SS 時間 SS ×0.9 VSS Css Vss2=1.79V Vss1=0.9V 基準電圧 (0.8V) Vss1=0.9V Vo 時間 Vo Vo Vss1(th) Vss2=1.79V Vss1=0.9V Vss1(th) ×0.9 時間Css SS Vss2=1.79V SS 時間 基準電圧 (0.8V) Error Amp. Error Amp. IC内部 時間 時間 IC内部 ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V） ● t_delay ⇒ SS端子電圧 < Vss1(th) = Vss1(0.9V) ● tss ⇒ Vss1(0.9V) ≦ SS端子電圧 ≦ Vss2(1.79V ）図 12 Soft-Start 原理 ※Cssに0.1uFを使用した場合の例 ： 時間 t_delay 時間 t_delay tss VIN タイミングチャート1 VEN VIN VIN VEN タイミングチャート2 VEN VEN=4.1V VEN VEN=4.1V 時間 VSS Copy Right: SANKEN ELECTRIC 時間 CO., LTD. VSS t_delay = Css*Vss1/Iss = 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms tss tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 ≒ 9.9ms ※Cssに0.1uFを使用した場合の例 ： 時間 タイミングチャート1 t_delay = Css*Vss1/Iss = VIN 0.1uF*0.9v/10uA = 9ms t_delay tss tss = Css*(Vss2-Vss1)/Iss/0.9 = 0.1uF*(1.79v-0.9v)/10uF/0.9 ≒ 9.9ms Vss2=1.79V Page.12 Vss1=0.9V 時間 NR110E シリーズ アプリケーションノート 出力コンデンサ起動での時定数 t = (CO × VO ) / IS・・・(無負荷時) ※負荷がある状態では IS 値より負荷電流分が減算されま す。 SSコンデンサ放電時間 放電時間t_discharge [ms] ソフトスタート機能を使用しない場合は 8 番端子をオープン として下さい。CSS がない場合や極端に小さい場合、過電流 保護 Is で制限した出力電流で出力コンデンサを充電する 時定数で立ち上がります。 Rev.4.0 7 6 5 4 3 2 1 SSコンデンサ放電時間 0 0.01 0.1 SSコンデンサCss [uF] 1 図 13 SS コンデンサ放電時間 SS 開放電圧=3V SS 放電能力は 500μA 左記のグラフは SS 端子電圧が 3V→0V になるま での時間を表している。 6.6 出力の ON / OFF 制御 7 番(EN)端子を用いて、出力 ON/OFF 制御が可能です。 オープンコレクタ等のスイッチにより、7 番端子を VENL(1.4V) 以下にすると出力は停止します（図 14）。 ON/OFF 制御を使用しない場合は､図 15 のように VIN～ EN 間に 510kΩのプルアップ抵抗を接続してください｡ VIN 電源印加で起動します｡ 2. IN 510kΩ 7.EN NR111E 図 14 ON/OFF 制御 1 2. IN 510kΩ 7.EN NR111E 図 15 ON/OFF 制御 2 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7. 設計上の注意点 7.1 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。 7.1.1 チョークコイル L1 チョークコイル L1 は、チョッパ型スイッチングレギュレータの中心的役割を果たしています。 レギュレータを安定し て動作させるためには、飽和状態での動作や、自己発熱による高温動作等の危険な状態を回避しなくてはなりま せん。以下に挙げる a)から d)の 4 点に注意してチョークコイルを選定してください。 スイッチングレギュレータ用であること ノイズフィルタ用のコイルは、損失が大きく発熱が大となりますのでご使用を避けて下さい。 4. . b) サブハーモニック発振の回避 ピーク検出電流制御ではデューティー50％を越える条件において、インダクタ電流がスイッチング動作周波数の 整数倍の周期で変動することがあります。このような現象をサブハーモニック発振と呼び、ピーク検出電流制御モー ドでは原理的に発生する問題です。安定な動作をさせる為に IC 内部でインダクタ電流に補正を行っており、出力電 圧に対応した適切なインダクタ値を選定することが必要です。 図 16 はサブハーモニック発振を回避するためのインダク タンス L 値選定範囲を示した図です。インダクタンス L の上 限については、入出力条件、負荷電流によって変わること があるため、目安の値になります。 チョークコイル電流の脈流部 ΔIL およびピーク電流 ILp は、 次式にて表されます。 IL (VIN Vo ) Vo ----- (1) L VIN f ILp IL Io 2 図 16 NR110E インダクタンス L 値選定範囲 ----- (2) この式よりチョークコイルのインダクタンス L が小さいほど、 ΔIL,ILp ともに増大することが分かります。よってインダク タンスが過小であるとチョークコイル電流の変動が大きくな るためレギュレータの動作が不安定になるおそれがあります。 過負荷・負荷短絡時の磁気飽和によるチョークコイルのイン ダクタンスの減尐に注意願います。 図 17 インダクタンスとリップルの関係 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 c) 定格電流を満足すること チョークコイルの定格電流は、使用する最大負荷電流より大きくなくてはなりません。負荷電流がコイルの定格電流 を越えると、インダクタンスが激減し、ついには飽和状態となります。この状態では、高周波インピーダンスが低下し、 過大な電流が流れますのでご注意下さい。 d) ノイズが尐ないこと ドラム型のような開磁路型コアは、磁束がコイルの外側を通過するため周辺回路へノイズによる障害を与えることが あります。なるべくトロイダル型や EI 型、EE 型のような閉磁路型コアのコイルをご使用下さい。 7.1.2 入力コンデンサ C1 (C2) 入力コンデンサは、入力回路のバイパスコンデンサとして動作し、スイッチング時の急峻な電流をレギュレータに供 給して入力側の電圧降下を補償しています。極力レギュレータ IC の近くに取り付ける必要があります。AC 整流回路 の平滑コンデンサが入力回路にある場合でも、IC の近くにレイアウトされていなければ、入力コンデンサは平滑コン デンサと兼用とすることが出来ません。 C1 (C2)選定のポイントとして次のことが挙げられます。 IIN VIN a) 耐圧を満足すること b) 許容リップル電流値を満足すること 入力コンデンサのリップル電流は負荷電流の増加に伴って 増大します。 C1 (C2) 耐圧や許容リップル電流値を超えたり、ディレーティング無 しで使用した場合、コンデンサ自身の寿命が低下するばか りでなく、レギュレータの異常発振を誘発する危険がありま す。十分なマージンをとったコンデンサを選択するためには、 IIN (2)式に示す入力コンデンサに流れるリップル電流実効値 Irms を求めます。 VIN 1.VIN Vo ﾘｯﾌﾟﾙ電流 Irms 1.2 Io ----- (3) C1 Vin C1電流波形 Iv Ton T 図 19 C1 (C2)の電流波形 5 3 0.9A 20 となりますので、許容リップル電流が、0.9A より大きいコン デンサを選ぶ必要があります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 図 18 C1 (C2)の電流経路 0 VIN = 20V, Io = 3A, Vo = 5V とした場合、 Irms 1.2 IN Ripple current Page.15 Ip NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.1.3 出力コンデンサ C4 (C5) 電流制御方式は、電圧制御方式にインダクタ電流を検出し帰還するループを追加した方式です。帰還ループに インダクタ電流を追加することで、LC フィルタの二次遅れ要素の影響を考慮せず安定な動作を実現できます。二次 遅れを補正するために必要であった LC フィルタの容量 C を小さいものにでき、低 ESR のコンデンサ（セラミックコン デンサ）を用いても安定した動作を得ることができます。 出力コンデンサ C4 (C5)は、チョークコイル L1 と共に LC ローパスフィルタを構成し、スイッチング出力の平滑コンデン サとして機能しています。出力コンデンサにはチョークコイル電流の脈流部 ΔIL と等しい電流が充放電されています。 従って入力コンデンサと同様に、耐圧及び許容リップル電流値を十分なマージンを取った上で満足する必要があり ます。 IL 出力コンデンサのリップル電流実効値は(4)式で求めます。 Irms IL Vout L1 -----(4) ESR ΔIL を 0.5A とした場合、 Irms 0.5 2 3 ≒ 0.14A レギュレータの出力リップル電圧 Vrip は、チョークコイル電流 L1 の脈流部 ΔIL（C4 (C5)充放電電流）と出力コンデンサ C4 ﾘｯﾌﾟﾙ電流 (C5)の等価直列抵抗 ESR の積によって定まります。 ESR RL 図 20 C4 (C5)の電流経路 Vout C2電流波形 Io 0 ⊿IL -----(5) C2 従って出力リップル電圧を小さくするには、等価直列抵抗 ESR の低いコンデンサを選ぶ必要があります。一般的に電 解コンデンサでは同一シリーズの製品ならば、同一耐圧で 容量が大きい程、又は同一容量で耐圧が高い程（≒外形が 大きくなる程）ESR は低くなります。 ΔIL = 0.5A RL C4 (C5) 許容リップル電流が 0.14A 以上のコンデンサが必要になり ます。 IL Vrip IL C4 ESR Io Ripple current 2 3 Vrip = 40mV とした場合、 C4 ESR 40 0.5 80m ESR が 80mΩ 以下のコンデンサを選べば良いことになりま す。ESR は、一般に温度によって変化し低温になると増加 します。使用温度における ESR を確認する必要があります。 ESR 値はコンデンサ固有のものですので、コンデンサの製 造元に問い合わせ下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 図 21 C4 (C5)電流波形 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.1.4 FB 端子 出力電圧設定 FB 端子は出力電圧を制御する為のフィードバック検出端 子です。出来る限り出力コンデンサ C4 (C5)に近い所に接 続して下さい。遠い場合、レギュレーションの低下、スイッ チングリップルの増大により異常発振の原因となりますので ご注意下さい。 R4 (R5)及び R6 を接続することで出力電圧の設定が可能で す。 IFB が約 0.2mA になるように設定してください。 （IFB は下限 0.2mA で考え、上限は特に制限は ありませんが、消費電流が増え効率が低下しますのでご注 意ください。 R4 (R5), R6,出力電圧は次式で求められます。 IFB = VFB / R6 図 22 電圧検出ライン *VFB = 0.8V ± 2% R4 + R5 = (VOVFB) / IFB R6 = VFB / IFB VO = ( R4+R5 ) × ( VFB / R6 ) + VFB VO = 0.8V に設定する際も、安定動作の為 R6 は接続してください。 入出力電圧の関係については、SW 端子のオン幅がおよそ 200nsec 以上になるような設定を推奨します。 FB 端子及び R4 (R5), R6 の配線は、フライホイールダイオードと並走する配線はしないでください。 スイッチングノイズが検出電圧に干渉し、異常発振する場合があります。 特に FB 端子から R6 の配線は短く設計することを推奨します。 7.1.5 低入力時の外付けブートストラップダイオード 入力電圧が 8V 以下で使用する場合は、効率が低下しますので、INBS 間にダイオードを挿入することを推奨しま す（図 23）。もしくは BS 端子にダイオードを接続して外部から電圧を印加して下さい（図 24）。 注記 1) 外部印加電圧は 7V～8V の範囲で設定してください。 2)入力電圧 8V 以上の場合は、ダイオードは接続しないでください。 5V 2. IN 1.BS 1.BS NR111E NR111E 3.SW 3.SW 図 23 ブートストラップダイオード接続 1 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.17 図 24 ブートストラップダイオード接続 2 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.1.6 フライホイールダイオード D1 フライホイールダイオード D1 を接続することで、効率を良くすることができます。 フライホイールダイオード D1 は、スイッチングオフ時にチョークコイルに貯えられたエネルギーを放出させる目的で使 用します。フライホイールダイオードには必ずショットキーバリアダイオードを使用して下さい。一般の整流用ダイオー ドやファーストリカバリダイオード等を使用した場合、リカバリ及びオン電圧による逆電圧印可により、IC を破壊する恐 れがあります。SW 端子（3 番端子）から出力された電圧は、入力電圧と同等である為、フライホイールダイオードの逆 方向耐圧が入力電圧以上あるものをご使用下さい。 また､フライホイールダイオードにはフェライトビーズは入れないでください。 7.1.7 出力電圧 VO と出力コンデンサ C4 (C5) 安定動作の目安として、出力電圧と出力コンデンサの対比を表 7 に示します。 アルミ電解コンデンサの ESR は、100mΩ～200 mΩ の範囲で選定願います。 インダクタ L については「7.1.1 チョークコイル L1」を参照して選定して下さい。 VO C4 (C5)対比表 NR111E(350kHz) 表7 C4 (C5) [uF] VO[V] アルミ電解コンデンサ ( ESR≒100mΩ ) セラミックコンデンサ 1.2 22 to 100 4.7 to 330 1.8 22 to 100 4.7 to 470 3.3 10 to 68 4.7 to 330 5 4.7 to 47 4.7 to 220 9 4.7 to 47 4.7 to 220 12 4.7 to 47 4.7 to 220 16 4.7 to 47 4.7 to 220 4.7 to 47 4.7 to 220 4.7 to 47 4.7 to 220 7.1.8 過電流保護開始電流の設定について RISET-ILpeak ISET 端子（６番端子）に抵抗を接続することにより、過電流保護開始電流を調整することが出来ます。 設定値_MAX 過電流時のピークコイル電流 ILp[A] 過電流開始ピーク電流 [A] 8.00 7.00 6.00 設定値_MIN 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 10 100 1000 10000 過電流設定抵抗 RISET[ｋΩ] 過電流開始電流 設定抵抗Rset [kΩ] 図 25 a NR111E 過電流調整グラフ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 100000 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 過電流時のピークコイル電流 ILp[A] 過電流開始ピーク電流 [A] 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 10 100 1000 10000 100000 過電流開始電流 設定抵抗Rset [kΩ] 過電流設定抵抗 RISET[ｋΩ] 図 25 b NR119E 過電流調整グラフ 抵抗値と過電流時ピーク電流の関係は以下の特性になります。 上記の縦軸は過電流保護開始ピーク電流となっています。出力電流への換算は以下の通りです。 出力電流 Io[A]=過電流開始ピーク電流[A]－コイル脈流電流⊿IL の 1/2 倍[A] （但し連続モードの場合） コイル脈流電流⊿IL=Vo×（1-Vo/VIN）/(L×f) また、過電流時ピーク電流 Ip から出力電流 Io に換算する場合は以下の計算式となります。 ・コイル脈流電流 ･･･ ⊿IL Vo Vo (1 ） ――――（５） L ｆ VIN ・臨界条件（コイル電流連続モードと不連続モードの境界） ⊿IL ２ ⊿IL ･･･コイル不連続モード： Io ２ ・コイル連続電流モードの場合の出力電流 Io ･･･コイル電流連続モード： Io ≧ ⊿IL ――――（６） ２ ・コイル不連続電流モードの場合の出力電流 Io ･･･ Io Ip－ ･･･ Io VIN L ｆ 2 Vo (VIN - Vo ) Ip２ １ ２ ⊿IL Ip２ ――――（７） オンデューディー50％以下の入出力条件における L 値推奨範囲につきましては、⊿IL を 0.3A～1.2A の範囲内で設定し、入出力条件（VIN,Vo）及び図 25 過電流調整グラフの過電流ピーク電流をもとに、 使用する出力電流 Io を満足するような L 値を式（５）～（７）から算出し、L 値を選定して下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.19 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 過電流開始ピーク電流ILp[A] [A] 過電流時のピークコイル電流 (ご注意) 図 25a , 図 25b の見方について RISET の設定値により､OCP 動作開始点の調整が可能ですが､OCP は IC 固有のバラつき範囲を持つため､OCP 動 RISET-ILpeak 作を開始するための検出 ILP の値は､曲線 A と曲線 B の間になります｡ 設定値_MAX 8.00 7.00 ↑曲線 A 6.00 設定値_MIN 5.00 4.00 ↑曲線 B 3.00 2.00 1.00 0.00 10 100 1000 10000 過電流開始電流 設定抵抗Rset 過電流設定抵抗 RISET[ｋΩ] [kΩ] 図 25 c (説明用) Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.20 100000 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.2 パターン設計 7.2.1 大電流ライン 図 26 中の太線部分には２つのループを通して大電流の流れる状態があります。 1．内蔵 MOSFET が ON している場合の、C1/C2～FET～L1～C4/C5～C1/C2 の GND というループ 2．内蔵 MOSFET が OFF している場合の、D1～L1～C4/C5～D1 の GND というループ 上記 1、2 のループを出来るだけ太く短く配線することでノイズを軽減する効果があります。 特に、赤色太線はスイッチングラインとなるため、出来るだけ引き回さずにコイル、ショットキーダイオードに太 く短く配線して下さい。 また、R6、R9、C7 などの信号系部品の GND 配線と別々に配線し、IC の GND 近くで一点にアースを心がけ て下さい。 図 26 配線パターン注意箇所 7.2.2 スイッチング動作ライン 図 26 中の赤線部分はスイッチング動作をするラインとなり、AC 結合によるノイズの影響で誤動作を引き起こ さないように、青線部分である信号系ライン（Hi インピーダンスライン）と隣接しないように配線して下さい。ま た、信号系ラインに接続される部品についても、赤線部分の近くに配置しないで下さい。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.21 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.2.3 入出力コンデンサ 入力コンデンサ C1 (C2)と、出力コンデンサ C4 (C5)は、出来る限り IC に近づけて下さい。入力側に AC 整流回 路の平滑コンデンサがある場合は、入力コンデンサと兼用にすることが可能ですが、距離が離れている場合には、 平滑用とは別に入力コンデンサを接続することが必要です。入出力コンデンサのリード線には、大電流が高速で充 放電されるので、リード線の長さは最短として下さい。コンデンサ部分のパターン引き回しにも同様の配慮が必要で す。 また、C6 のバイパスコンデンサにおいても出来る限り IC に近づけて下さい。ノイズを吸収する時に電流が流れる ので、R6、R9、C7 などの信号系部品の GND 配線と別々に配線して下さい。特に信号系のコンデンサの GND 側と 充放電されるラインを共通インピーダンス配線にしてしまうと、共通配線部分の AC 変動によりコンデンサのインピー ダンスを低下させてしまいます。 図 27 推奨コンデンサ配線 図 28 コンデンサ配線の悪い例 7.2.3 実装基板パターン例 GND ラインは 4 番端子を中心にした 1 点 GND 配線とし、各部品を最短で配置することが必要です。 パッケージの裏面ヒートシンクにつながる GND の銅箔面積を大きくすることで、放熱効果が上がります。 実例として弊社デモボード基板パターンの例を以下に示します｡ 図 29 PCB レイアウト表面:部品面（両面基板） Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 図 30 PCB レイアウト裏面:GND 面（両面基板） Page.22 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 注記 PCB サイズ： 40mm×40mm 0.61 (0.024) 1.27 (0.050) 1.60 (0.063) 2.35 (0.092) 5.40 (0.213) 3.24 (0.127) 注記 1) 寸法：mm(inch) 2) 図は一定の縮尺で描かれていません 図 31 推奨ランドパターン ･評価用デモボード回路図 Z1 図 32 デモボード回路図 C1, C2: 10μF / 35V C3:0.1μF C4, C5: 22μF / 16V C6:オプション C7: 0.1μF C9: ショート C10: オープン C11:オプション C12:オプション R1:510kΩ R2:オプション R3:22Ω R4:18kΩ R5:2.7kΩ (Vo=5.0V) R6:3.9kΩ R7:オープン R8:オプション R9:調整必要 R10:オプション L1: 10μH D1:SJPW-T4(ｻﾝｹﾝ) D2:オプション Z1：NR111E または NR119E *R9 は P18～20 を 参照の上､調整願い ます｡ 図 29､図 30 の弊社デモボードは､数種の IC 共用です｡実験用のオプション部品実装を含んだ基板です｡ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.23 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 7.3 応用設計 7.3.1 スパイクノイズの低減 ①BS 直列抵抗の追加 図 33 の RBS(オプション)を挿入することで､IC 内蔵の パワーMOSFET のターンオンスイッチングスピードを 遅くすることが出来ます｡スパイクノイズはスイッチング スピード低下に連動して下がる傾向となります｡ RBS を使用する場合は 22Ω を上限として設定してください｡ ※ご注意 1)誤って RBS の抵抗値を大きくしすぎると､IC 内蔵パワー MOSFET はアンダードライブとなり､最悪破損する事が 有ります｡ 2)RBS が大きすぎると､起動不良を起こす事が有ります｡ ※デモボードの R3 です｡ ②スナバ回路の追加 上記①の対策に図 34 のように抵抗とコンデンサ（RC スナ バ）を追加することにより、出力波形及び、ダイオードのリカ バリータイムを補正し、一層のスパイクノイズを低減させるこ とができます。①②共に効率が低下しますので注意して下 さい。 ※オシロスコープにてスパイクノイズを観測される際には、 プローブの GND リード線が長いとリード線がアンテナの作 用をしてスパイクノイズが大きく観測されることがあります。ス パイクノイズの観測に当たってはプローブのリード線を最短 にして出力コンデンサの根本に接続して下さい。 ※デモボードの C12，R10 です｡ RBS 1.BS NR11*E 図 33 RBS の挿入 2.VIN 3.SW NR11*E 4.GND *オプション 図 34 スナバ回路の追加 ・ビーズコアの使用について 図 35 ビーズコア挿入禁止範囲 図 35 の赤の点線内ではフェライトビーズなどのビーズコアを挿入しないでください。プリント基板パターン設計において は、IC の安全且つ安定動作のため、配線パターンの寄生インダクタンスを小さく抑えていただくように推奨しております｡ ビーズコアを挿入すると､元々配線パターンが持つ寄生インダクタンスに､ビーズコアが持つインダクタンスが加算される ため､この影響によってサージ電圧の発生､或いは IC の GND が不安定／負電位になるなど､誤動作が発生したり､最悪 の場合破損に至る事があります｡ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.24 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 ノイズの低減に関しては､基本的に上記の「･スナバ回路の追加」及び､「･BS 抵抗の追加」で対策してください｡ 7.3.2 逆バイアス保護 バッテリーチャージ等、入力端子より出力の電圧が高くな るような場合には、入出力間に逆バイアス保護用のダイ オードが必要となります。 2. IN 3.SW NR111E 図 36 逆バイアス保護用ダイオード Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.25 NR110E シリーズ アプリケーションノート Rev.4.0 ご注意書き 本資料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確認してください。 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 使用することを意図しています。 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)への使用を検討する場合は、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。 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、一般的には電 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りますので十分に配慮してください。 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、文書による当社の承諾なしに転記複製を禁じます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.26