SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 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 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 目次 概要------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 1. 電気的特性 ---------------------------------------------------------------------------------- 4 1.1 絶対最大定格 ------------------------------------------------------------------------- 4 1.2 制御部電気的特性 ------------------------------------------------------------------- 5 1.3 パッケージ部電気的特性 ------------------------------------------------------------ 6 2. ブロックダイアグラム ------------------------------------------------------------------------ 7 3. 各端子機能 ---------------------------------------------------------------------------------- 7 4. 応用回路例 ---------------------------------------------------------------------------------- 8 5. 外形図 ---------------------------------------------------------------------------------------- 9 6. 捺印仕様 ------------------------------------------------------------------------------------- 9 7. 電流連続型（CCM）の動作説明 -------------------------------------------------------10 8. 動作説明 ------------------------------------------------------------------------------------11 8.1 起動動作 ------------------------------------------------------------------------------11 8.2 ソフトスタート機能 --------------------------------------------------------------------11 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 ブラウンイン・ブラウンアウト機能 --------------------------------------------------12 電流制御（力率改善制御）動作 ---------------------------------------------------12 電圧制御（出力定電圧制御）動作 ------------------------------------------------13 高速負荷応答機能(HSR) ----------------------------------------------------------13 周波数変調機能 ---------------------------------------------------------------------13 ゲートドライブ -------------------------------------------------------------------------14 過電流保護（OCP） ------------------------------------------------------------------14 出力過電圧保護（OVP） ------------------------------------------------------------15 出力オープンループ保護（OLD） ------------------------------------------------15 9. インダクタパラメーターの設計 -----------------------------------------------------------16 10. 設計上の注意点 ---------------------------------------------------------------------------18 10.1 外付け部品 ----------------------------------------------------------------------------18 10.2 パターン設計 -------------------------------------------------------------------------18 注意書き -----------------------------------------------------------------------------------------20 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.2 SSC2001S アプリケーションノート 概要 パッケージ SSC2001S は、電流連続型（Continuous Conduction Mode）力率改善用制御 IC です。 平均電流制御方式により外付け部品が尐ない、高 出力、高効率向けの電流連続型（CCM）ハイパワー PFC システムが実現できます。 SOP8 特長 アプリケーション 電流連続型（CCM）方式 （電流ピークが低く、 ハイパワー向け用途に適します） 平均電流制御方式 （乗算器レス、入力電圧検 出の不要により、尐ない外付け部品、シンプル な回路構成が可能） PWM+ 周 波 数 変 調機 能 （ PWM 動 作 周 波 数 65kHz(TYP)固定に、Duty 値により可変する周 波数を重畳） 最大 ON Duty= 94.0%(TYP) エラーアンプ基準電圧= 3.5V(TYP) 高速負荷応答機能内蔵 ブラウンイン・アウト保護機能（低入力電圧時に 電源を保護） 保護機能 ▫出力過電圧保護（OVP） パルスバイパルスでGATE 出力をOFF、自動復帰 ▫過電流保護（OCP） 2 種類の保護動作、自動復帰 ・VIS(OCPL)： 検出後の次周期より Duty を絞り電力制限 ・VIS(OCPH)： パルスバイパルスで GATE 出力を OFF ▫出力オープンループ検出（OLD） 発振停止し、スタンバイモードに移る、要因 解除後、自動復帰 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Rev.1.2 Page.3 中～高出力電力用途の力率改善回路 ▫ AC/DC 電源 ▫ デジタル家電： 大画面 LCDTV、PDPTV など ▫ OA 機器： コンピュータ、サーバー、モニターなど ▫ 通信機器 などの各種電子機器用力率改善回路 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 1. 電気的特性 詳細内容は、製品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 1.1 絶対最大定格 特記なき場合の条件 Ta= 25°C 項 目 端 子 記号 規 格 値 単位 VCC 端子電圧 7−1 VCC −0.3～+30 V VINS 端子電圧 4−1 VINS −0.3～+5.5 V ICOMP 端子電圧 2−1 VICOMP −0.3～+5.5 V IS 端子電圧 3−1 VIS −5.5～+0.3 V IS 端子電流 3−1 IIS −1～+1 mA VFB 端子電圧 6−1 VFB −0.3～+5.5 V VFB 端子電流 6−1 IFB −1 ～+1 mA VCOMP 端子電圧 5−1 VVCOMP −0.3～+5.5 V GATE 端子電圧 8−1 VGATE −0.3～+30 V 動作時フレーム温度 ― TFOP −4 0 ～+1 1 0 °C 保存温度 ― Tstg −4 0 ～+1 2 5 °C 接合温度 ― Tj −4 0 ～+1 5 0 °C Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.4 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 1.2 制御部電気的特性 特記なき場合の条件 Ta= 25°C、VCC= 15V 項目 端子 規 格 値 記号 単位 MIN TYP MAX 備考 電源起動動作 VCC 端子動作開始電源電圧 7−1 VCC(ON) 10.5 11.3 12.1 V VCC 端子動作停止電源電圧 7−1 VCC(OFF) 9.5 10.3 11.1 V VCC 端子電圧ヒステリシス 7−1 VCC(HYS) 0.7 0.9 1.1 V VCC 端子起動前回路電流 7−1 ICC(OFF) 30 100 200 μA VCC 端子動作時回路電流 7−1 ICC(ON) 6.0 9.0 12.0 mA VCC 端子スタンバイ時回路電流 7−1 ICC(STANDBY) 2.0 4.0 6.0 mA 発振周波数 8−1 fOSC 57 65 70 kHz 最大オンデューティ 8−1 DMAX 90 94 99.3 % 最小オンデューティ 8−1 DMIN ― ― 0 % 最小オフ時間 8−1 tOFFMIN 150 250 350 ns VFB 端子出力オープンループ電圧 6−1 VFB(OLD) 0.51 0.55 0.59 V VFB 端子出力過電圧保護電圧 6−1 VFB(OVP) 3.57 3.745 3.85 V IS 端子過電流保護(High)電圧 3−1 VIS(OCPH) −0.81 −0.75 −0.69 V IS 端子過電流保護(Low)電圧 3−1 VIS(OCPL) −0.54 −0.5 −0.46 V VINS 端子入力低電圧保護(Low)電圧 4−1 VINS(L) 0.51 0.55 0.59 V VINS 端子入力低電圧保護（High）電圧 4−1 VINS(H) 0.94 1.0 1.08 V VINS 端子入力低電圧保護バイアス電流 4−1 IVINS(BIAS) −1.0 ― 0 μA 電流アンプゲイン ― gmCA 1.1 1.4 1.7 mS 電流アンプ出力ソース電流 ― ICA(SO) ― −50 ― μA 電流アンプ出力シンク電流 ― ICA(SK) ― 50 ― μA 出力オープンループ時ICOMP端子電圧 2−1 VICOMP(OLD) 3.6 4.0 4.3 V VFB=0.5V エラーアンプ基準電圧 6−1 VFB(REF) 3.4 3.5 3.6 V IVCOMP=0µA エラーアンプゲイン ― gmEA 45 60 75 μS エラーアンプ最大ソース電流 5−1 IVCOMP(SO) −38 −30 −21 μA エラーアンプ最大シンク電流 5−1 IVCOMP(SK) 21 30 38 μA VFB 端子高速負荷応答動作可能電圧 6−1 VFB(HSR)ENABLE ― 3.4 ― V VFB 端子高速負荷応答動作開始電圧 6−1 VFB(HSR)ACTIVE 3.24 3.325 3.41 V VCOMP 端子高速負荷応答ソース電流 5−1 IVCOMP(SOHSR) −127 −100 −72 μA VFB 端子入力バイアス電流 6−1 IFB(BIAS) ― ― 1 μA VCOMP 端子出力オープンループ電圧 5−1 VVCOMP(OLD) 0.60 1.03 1.40 V VCC=10V VFB=0.5V 発振動作 VIS=0V, VVCOMP=4V VIS=0V, VVCOMP=4V VIS=0.5V, VVCOMP=0V (Not tested） 保護動作 VVINS=0V 電流ル－プ (Not tested） 電圧ループ Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.5 (Not tested） VFB=0.5V SSC2001S アプリケーションノート 項 目 端子 Rev.1.2 規 格 値 記号 単位 MIN TYP MAX 備考 ドライブ回路 GATE 端子電圧（Low） 8−1 VGATE(L) ― ― 0.4 V IGATE=−20mA GATE 端子電圧（High） 8−1 VGATE(H) ― 10.5 ― V VCC=11V GATE 端子立ち上がり時間 8−1 tr ― 100 ― ns GATE 端子立ち下がり時間 8−1 tf ― 50 ― ns GATE 端子ピークソース電流 8−1 IGATE(SO) ― −0.5 ― A GATE 端子ピークシンク電流 8−1 IGATE(SK) ― 1.0 ― A (Not tested） 1.3 パッケージ部電気的特性 特記なき場合の条件 Ta= 25°C 項 熱 ※ 抵 抗 目 規格値 記号 ※ MIN TYP MAX ― 65 85 θｊ-F フレーム温度 TF は 1 番（GND）端子根元の温度にて規定 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.6 単位 測定条件 °C/W ジャンクションとフレーム間 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 2. ブロックダイアグラム VCC 7 Reg Oscillator UVLO OLD Gate Driver PWM Logic Protection Input Low Voltage Detection IS 3 OCP(H) OCP(L) ICOMP 2 8 GATE OCP(H) OVP PWM Logic Protection Ramp Generator Input Low Voltage Detection Protection OLD PWM Logic OVP 4 VINS 6 VFB Error AMP Current AMP HSR GND 1 5 GND VCOMP 3. 各端子機能 GND 1 8 GATE ICOMP 2 7 VCC IS 3 6 VFB VINS 4 5 VCOMP Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 端子番号 記号 1 GND 2 ICOMP 3 IS 4 VINS 入力低電圧検出信号入力 （ブラウンイン・アウト保護機能） 5 VCOMP エラーアンプ出力／位相補償 6 VFB 出力定電圧制御信号／出力過電圧信号／ 出力オープンループ検出信号入力 7 VCC 制御回路電源入力 8 GATE ゲートドライブ出力 Page.7 機 能 グランド 電流アンプ出力 過電流検出信号入力 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 4. 応用回路例 D2 VAC Input filter E IN D1 L1 V OUT C1 R8 C2 Q1 R9 R1 GND U1 R2 R6 1 GND 8 GATE External power supply 2 ICOMP 7 VCC R3 3 IS 6 VFB 4 VINS 5 VCOMP R4 C4 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. R5 C8 DZ1 C3 Page.8 SSC2001S C5 C6 C7 R7 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 5. 外形図 SOP8 パッケージ NOTES: 1) 単位：mm 2) Pb フリー品(RoHS 対応) 6. 捺印仕様 8 S C 2 0 0 1 S K Y M D 1 Part Number Lot Number Y = Last digit of year(0-9) M= Month (1-9,O,N or D) D = Period of days: 1 ― 1st to 10th 2 ― 11th to 20th 3 ― 21st to 31st Sanken control number Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.9 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 7. 電流連続型（CCM）の動作説明 電流連続型（Continuous Conduction Mode）は、PFC 回路のインダクタ電流が連続状態で動作するため、同じ出 力電力の電流不連続型（Discontinuous Conduction Mode）に比べて、インダクタ電流ピークが低くなり、昇圧用パ ワーMOSFET の電流定格の低減と RDS(ON)の損失低減が行え、高出力電力向けに適します。 インダクタ電流の連続性は、インダクタンス値の大きさに依存し、軽負荷時は、電流不連続型（DCM）になります が、高調波電流規格 IEC1000-3-2 のクラス D に適合します。 交流入力電圧 インダクタ電流 パワーMOSFET ドレイン電流 インダクタ平均電流 ID 不連続モード 連続モード インダクタ直流重畳電流 インダクタ電流 IL 図 7-1 GATE出力 連続モードと不連続モードの電流波形 図 7-2 連続モードのインダクタ電流 本 IC の平均電流制御による電流連続型（CCM）動作は、入力電流波形を入力電圧波形と相似な正弦波形にする 乗算器やこのための入力電圧検出部品が削減できるなど、尐ない外付け部品、シンプルな回路構成が可能です。 昇圧方式の OFF Duty は、入力電圧 VIN と出力電圧 VOUT に、DOFF= VIN / VOUT の関係があり、OFF 時間は、VIN に比例します。 本 IC は、電流制御と電圧制御の 2 系統が結びついた Duty 制御により、入力電流の正弦波と出力電圧の定電圧 の制御を行います。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.10 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 8. 動作説明 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 図 8-1 に VCC 端子周辺回路を示します VCC 端子は、制御回路電源入力端子で、外部電源より電圧を供給します。図 8-2 のように、VCC 端子電圧が、動 作開始電源電圧 VCC(ON)= 11.3V(TYP)まで上昇すると、制御回路が動作を開始します。制御回路動作後、動作停 止電源電圧 VCC(OFF)= 10.3V(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。 VCC 端子の制御電圧範囲は、VCC(OFF)= 11.1V(MAX) ～ 最大定格 30V(MAX)と広く、外部電源電圧の許容値 を広く設定できます。 IC と図 8-1 の電解コンデンサ C8 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 Cf (0.1μF 程度)を追加します｡ D2 EIN VAC L1 R8 C1 D1 VOUT R9 R1 ICC C2 Q1 GND ICC(ON) 9mA(TYP) C4 R4 2 ICOMP 7 VCC 3 IS 6 VFB 外部電源 C7 4 VINS 5 VCOMP 停止 R3 8 GATE 起動 R6 1 GND R7 ICC(OFF) 100μA(TYP) C f C8 U1 VCC 10.3V(TYP) VCC(OFF) 図 8-1 VCC 端子周辺回路 図 8-2 11.3V(TYP) VCC(ON) VCC 端子電圧と回路電流 ICC 電源起動時の入力電圧が、以下の条件を満たし、VCC 端子電圧が VCC(ON)に達した後は、“8.2 ソフトスタート機 能”項で述べるソフトスタート動作を開始します。 VINS 端子電圧 ＞ 入力低電圧保護（High）VINS(H)= 1.0V(TYP) “8.3 ブラウンイン・ブラウンアウト機能”項を参照。 VFB 端子電圧 ＞ 出力オープンループ電圧 VFB(OLD)= 0.55V(TYP) VFB(OLD)= 0.55V(TYP)は、エラーアンプ基準電圧 VFB(REF)= 3.5V(TYP)より、出力電圧 VOUT 設定の 16%に相 当します。“8.11 出力オープンループ保護（OLD）”項を参照。 8.2 ソフトスタート機能 入力電圧が電源起動条件（“8.1 起動動作”項参照）を満たし、VCC 端子が VCC(ON)電圧に達すると、ソフトスタート 動作で起動を開始します。 ソフトスタートは、VFB 端子電圧が約 3V、すなわち出力電圧 VOUT 設定の約 85%、になるまで VCOMP 端子を、 エラーアンプ最大ソース電流 IVCOMP(SO)= −30μA(TYP)で充電し、起動時は徐々に電力が増加して、部品ストレスを 軽減します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.11 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 8.3 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、低入力電圧状態のスイッチング動作を禁止し、過入力電流や過熱の防止、 電源の保護を行います。 図 8-1 のように、VINS 端子電圧は、入力電圧 VIN を R3、R4 で分圧した値になり、 VINS 端子電圧が、入力低電圧保護電圧（High） VINS(H)= 1.0V(TYP)以上で制御回路が動作し、 VINS 端子電圧が、入力低電圧保護電圧（Low） VINS(L)= 0.55V(TYP)以下で、発振停止し、スタンバイモード になります。 R3 は数 MΩ が目安になり、高電圧印加と高抵抗のため、電食を考慮した抵抗、またはそのための組み合わせを 使用します。 C4 は検出電圧のリップル低減と遅延時間の役割があり、0.047μF～1μF 程度が目安になります。 PFC 部のリモート ON/OFF を行う場合は、外付け回路で VINS 端子電圧を VINS(L)以下にする、とリモート OFF が 行えます。なお、VCC 端子スタンバイ時回路電流 ICC(STANDBY)= 4mA(TYP)による消費電力が生じます。 消費電力を最も尐なくする場合は、外部電源を ON/OFF、または外付け回路で VCC 端子のラインを ON/OFF します。 8.4 電流制御（力率改善制御）動作 図 8-3 に IC 周辺回路を示します。インダクタ電流 IL は、検出抵抗 R1 で検出、IS 端子へ入力して、IC 内部の電 流アンプ(Current Amp)を介して ICOMP 端子のコンデンサ C3 で平均にし、インダクタ平均電流に比例した ICOMP 端子電圧を作ります。これと、図 8-4 に示す IC 内部のランプ発生回路（Ramp Generator）内のランプ波形とを比較し、 入力電流を正弦波形に制御します。 スタンバイモードや保護回路動作時は、ICOMP 端子を、IC 内部で 4V(TYP)にクランプします。 C3 値は、スイッチング周波数とインダクタ電流 IL のリップル電圧に対しフィルタ効果があり、商用周波数に追従す る時定数に設定します。C3 は、1nF～22nF の範囲内を目安として、実働状態で負荷を可変し、AC 入力部の電流が 正弦波形になるように調整します。 D2 VAC L1 EIN VOUT D1 C1 C2 R8 Q1 インダクタ電流 VCOMP電圧により傾斜変化 ICOMP電圧 R9 IL GND R1 R2 R6 8 GATE 1 GND 外部電源 2 ICOMP 7 VCC R3 4 VINS 5 VCOMP C3 PWM OFF ON U1 R5 C7 R7 C8 C5 OFF ON t OFFMIN 250ns(TYP) 6 VFB 3 IS R4 C4 ﾗﾝﾌﾟ波形 ﾗﾝﾌﾟ波形ﾘｾｯﾄ C6 fsw fsw DZ1 図 8-3 IC 周辺回路 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 図 8-4 Page.12 ランプ波形 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 8.5 電圧制御（出力定電圧制御）動作 出力電圧 VOUT を図 8-3 の R6、R7 で検出した VFB 端子を、IC 内部のエラーアンプ（Error Amp）で基準電圧 VFB(REF)= 3.5V(TYP)と比較し、この結果を VCOMP 端子に出力します。C5、C6、R5 による位相補償が加わった VCOMP 端子電圧が、図 8-4 に示すランプ波形の傾斜を調整し、出力電圧 VOUT を定電圧制御します。 負荷の増加などで VOUT が低下すると、VCOMP 端子電圧が増加して、ランプ波形の傾斜を大きくし、ON 幅を広 げて出力電力を増加させ、出力電圧の低下を抑えます。 商用周波数の正弦波入力電圧を昇圧させるため、電圧制御は、一般に 20Hz 以下の低周波数に応答する系に なります。 R6 は数百 k～数 MΩ が目安になり、高電圧印加と高抵抗のため、電食を考慮した抵抗、またはそのための組み 合わせを使用します。 C7 は、高周波ノイズ除去向けに、0.047μF～0.1μF 程度が目安になります。 C5、C6、R5 は、C5 が 0.047µF～0.47µF、C6 が 0.47μF～10μF、R5 が 10kΩ～47kΩ 程度を目安として、実働状態 で、出力電圧 VOUT 波形のリップルが低減するように調整します。 8.6 高速負荷応答機能(HSR) 昇圧方式の PFC は商用周波数の正弦波入力電圧のため、電圧制御は低周波数に応答する系になります。この ため、ダイナミック負荷応答が遅く、出力電圧 VOUT の低下が生じやすくなります。 本 IC は、ダイナミック負荷時などで生じる VOUT の変動を抑えるため、高速負荷応答機能(HSR)を内蔵しています。 高速負荷応答機能(HSR)は、図 8-5 のように、VFB 端子電圧が高速負荷応答動作可能電圧 VFB(HSR)ENABLE= 3.4V(TYP)を超えると動作可能(ENABLE)になります。その後、ダイナミック負荷応答などで VOUT が低下して、高速 負荷応答動作開始電圧 VFB(HSR)ACTIVE= 3.325V(TYP)以下になると、HSR が動作(ACTIVE)して、3.325V(TYP)にな るまで VCOMP 端子を高速負荷応答ソース電流 IVCOMP(SOHSR)= −100μA(TYP)で充電して、出力電力を増加させ、 VOUT の低下を抑えます。VFB(HSR)ACTIVE= 3.325V(TYP)は、エラーアンプ基準電圧 VFB(REF)= 3.5V(TYP)より、出力電 圧 VOUT 設定の 95%に相当します。 GATE出力OFF VFB端子電圧 HSR ENABLE 3.5V 3.4V HSR ACTIVE HSR OFF 3.745V 3.325V 約3V SS： ソフトスタート期間 CV： 定常動作期間 LC： ダイナミック負荷変動期間 HSR：高速負荷応答動作期間 OV： 過電圧動作期間 HSR 時間 SS CV LC CV OV CV 図 8-5 VFB 端子電圧 8.7 周波数変調機能 固定発振周波数 fOSC= 65kHz(TYP)に、Duty 値により可変する周波数を重畳した周波数変調機能を内蔵してい ます。この変調周波数は、Duty が大きい（入力電圧が低い）ときに低く、Duty が小さい（入力電圧が高い）ときに高く なります。変調後の第 2 次発振周波数は、EMI 規格の 150kHz 以下で常時変化します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.13 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 8.8 ゲートドライブ L1 GATE 端子のピークソース電流／ピークシンク電流は、−0.5A(TYP)／ 1.0A(TYP)、Low 電圧／High 電圧は、0.4V(MAX)／10.5V(TYP)に設定 してあり、パワーMOSFET を直接駆動できます。 図 8-6 の周辺定数は、基板パターン、パワーMOSFET 容量と関係があ るため、実働状態で調整します。 R8 は、GATE 電圧のリンギング低減や EMI ノイズ低減により調整し、 数 Ω～数十 Ω 程度が目安になります。 R9 は、パワーMOSFET のターンオフ時の急峻な dv/dt による誤動作防 止用抵抗で、GATE と SOURCE 端子近くに接続し、10kΩ～100kΩ 程度が 目安になります。 D1 Q1 R8 R9 1 GND 8 GATE 2 ICOMP 7 VCC 3 IS 6 VFB 4 VINS 5 VCOMP U1 図 8-6 GATE 端子周辺回路 8.9 過電流保護（OCP） インダクタ電流 IL は、図 8-7 のように、検出抵抗 R1 で検出し、IS 端子を介して、IC 内部の電流アンプ(Current Amp)へ入力します。 VAC EIN L1 VOUT D1 C1 R8 Q1 インダクタ電流 R9 IL C2 GND R1 R2 1 GND 8 GATE 2 ICOMP 7 VCC 3 IS DZ1 6 VFB 4 VINS 5 VCOMP C3 U1 図 8-7 IS 端子周辺回路 過電流保護動作(OCP)は、以下の 2 段階があります。 a) IS 端子過電流保護(Low) VIS(OCPL) 最初に働く過電流保護です。IS 端子電圧が、過電流保護(Low)電圧 VIS(OCPL)= −0.5V(TYP)以下になると、 次の周期で ON Duty を絞り、入力電力を制限します。 検出抵抗 R1 の定数は、入力電圧下限、ピーク負荷時に、IS 端子が VIS(OCPL)にかからないように、実働状 態で調整します。 R2 は、突入電流などの過大電流時に IS 端子電流を±1mA 以下にする制限抵抗で、220Ω になります。 DZ1 は、過大電圧印加時の保護として、4.7V ツェナーダイオードを接続します。 b) IS 端子過電流保護(High) VIS(OCPH) 2 番目に働く過電流保護です。IS 端子電圧が、過電流保護(High)電圧 VIS(OCPH)= −0.75V(TYP)以下にな ると、パルスバイパルスで GATE 出力をオフします。要因を取り除くと、自動復帰します。 ノイズによる誤動作を防止するため、300ns のリーディングエッジブランキング期間を設けています。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.14 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 8.10 出力過電圧保護（OVP） VFB 端子電圧が、出力過電圧保護電圧 VFB(OVP)= 3.745V(TYP)を超えると、パルスバイパルスで Gate 出力をオ フします。要因を取り除くと、自動復帰します。 VFB(OVP)= 3.745V(TYP)は、エラーアンプ基準電圧 VFB(REF)= 3.5V(TYP)より、出力電圧 VOUT 設定の 107%に相 当します。 8.11 出力オープンループ保護（OLD） 出力電圧がオープンした場合の保護として、VFB 端子電圧が、出力オープンループ電圧 VFB(OLD)= 0.55V(TYP) 以下になると、発振停止し、スタンバイモードになります。 VFB(OLD)= 0.55V(TYP)は、エラーアンプ基準電圧 VFB(REF)= 3.5V(TYP)より、出力電圧 VOUT 設定の 16%に相当し ます。要因を取り除くと、自動復帰します。 本保護が動作すると、VCOMP 端子を、IC 内部で 1.03V(TYP)にクランプします。 VOUT D1 C2 GND U1 1 GND R6 8 GATE 2 ICOMP 7 VCC 3 IS 6 VFB 4 VINS 5 VCOMP R5 C7 R7 C5 C6 図 8-8 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. VFB 端子周辺回路 Page.15 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 9. インダクタパラメーターの設計 D2 VAC D1 L1 Input filter R8 Q1 インダクタ電流IL VOUT R6 C2 R9 R7 R1 GND R2 GND端子 (1番ﾋﾟﾝ) IS端子(3番ﾋﾟﾝ) GATE端子(8番ﾋﾟﾝ) VFB端子(6番ﾋﾟﾝ) 図 9-1 昇圧コンバーター回路 本説明では、下記の略号を使用します。 PIN： PFC 入力電力(W)、PO： PFC 出力電力(W)、η： PFC 部の効率(参考値 0.92)、 VINRMS： 入力電圧実効値(V)、VOUT： 出力電圧(V)、 IINRMS： 入力電流実効値(A)、 IOUT： 出力電流(A)= PO / VOUT、 DON： ON Duty (VOUT－ 2 VINRMS) / VOUT 、DOFF： OFF Duty 2 VINRMS / VOUT 、 fSW： スイッチング周波数 65kHz(TYP)、fAC：商用周波数(Hz)、 r： 最大入力電流ピークに対するリップル電流の割合= ILRIPPLE / IINPEAK(MAX) (1) 昇圧コンバーターの出力電圧 VOUT 設定 昇圧動作は、入力電圧＜出力電圧の関係により、VOUT の設定電圧は、AC 入力電圧の波高値より、一般に、 昇圧電圧 10V 程度高く設定します。 VOUT 2 VINRMS(MAX ) 10 (V) (2) インダクタ電流 インダクタ L1 の電流は、図 9-2 のように、入力電流 IIN に、 インダクタのリップル電流が重畳します。 インダクタ最大ピーク電流 ILPEAK(MAX)は、以下の手順 で求めます。 最大入力電流実効値 IINRMS(MAX)は、 IINRMS(MAX ) ILPEAK(MAX) IINPEAK(MAX) ILRIPPLE POUT (MAX ) (A) η VINRMS(MIN ) IIN ILRIPPLE/2 最大入力電流ピーク IINPEAK(MAX)は、 IINPEAK(MAX ) 2 IINRMS(MAX ) (A) インダクタ最大ピーク電流 ILPEAK(MAX)は、 r ILPEAK(MAX ) IINPEAK(MAX ) (1 ) (A) 2 ここで、リップル割合 r の目安は、インダクタ電流の直 流重畳度合となり、インダクタサイズを考慮して、一般 的に 15～40%になります。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.16 図 9-2 インダクタ電流 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 (3) インダクタンス L 値 L (VINRMS(MIN )) 2 (VOUT－ 2 VINRMS(MIN )) ( H) r fSW PIN VOUT (4) 過電流検出抵抗 R1 R1 は、1 番目に過電流動作する IS 端子過電流保護（Low）しきい値 VIS(OCPL)と、インダクタ最大ピーク電流 ILPEAK(MAX)より、次式になります。 R1 VIS( OCPL ) (Ω) ILPEAK(MAX ) (5) 過電流動作時の電流制限値 ILOCP(MAX) 2 番目に過電流動作する IS 端子過電流保護（High）しきい値 VIS(OCPH) と前記 R1 により、ILOCP(MAX)が求まり ます。 ILOCP (MAX ) VIS( OCPH ) (A) R1 IS 端子過電流保護（High）が動作すると、パルスバイパルスで GATE 出力をオフします。 この過電流時に電源動作を満足するインダクタの設計をします。 (6) 出力コンデンサ C2 容量 CO C2 の容量 CO は、以下の a)、b)項の内、大きい容量を選択します。 a) リップル電圧 C2 のリップル電圧を VOUTRIPPLE (VPP)（例 10VPP など）とすると、次式になります。 CO IOUT (F) 2π fAC VOUTRIPPLE なお、C2 の電圧は VOUT VOUT RIPPLE/ 2 になるので、この電圧が、出力過電圧保護検出電圧(VOUT × 1.07)に達したり、入力電圧波高値以下になったりすると、昇圧動作は停止し、入力電流波形が歪む場合が あります。歪みが大きい場合は、CO を大きくする、または出力電圧設定値(昇圧電圧値)を変更するなどが必 要です。 b) 出力保持時間 出力保持時間を tHOLD(sec)、出力保持時の C2 の最低印加電圧を VOUT (MIN)(V)とすると、次式になります。 CO V OUT 2 POUT tHOLD －VOUT (MIN )2 η 2 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. (F) Page.17 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 10. 設計上の注意点 10.1 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。回路記号は、図 10-2 を参照。 出力平滑用電解コンデンサ C2 リップル電流・電圧・温度上昇に対し、適宜マージンを設けます。 スイッチング電源用の許容リップル電流が高い、低インピーダンスタイプを使用します。 インダクタ L1 銅損・鉄損による温度上昇に対し、適宜マージンを設けます。 電流検出用抵抗 R1 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。 高電圧が印加する高抵抗 R3、R6 電食を考慮した抵抗、またはそのための組み合わせを使用します。 バイパスダイオード D2 突入電流などの過大電流に対し、D1 を保護するバイパス用ダイオードです。サージ電流耐量の高いダイ オードを推奨します。 整流ダイオード D1 ノイズ、損失低減のため、逆回復時間 trr の短い超高速ダイオードを推奨します。 PFC 向けバイパス用、整流用ダイオードの弊社ラインナップについては弊社営業へお問合せください。 10.2 パターン設計 パターン配線および実装条件によって、誤動作や、 ノイズ、損失などに大きな影響が現れます。このため 配線の引き回し、部品配置には十分な注意が必要で す。 図 10-1 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。 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。 D2 L1 VAC Q1 C1 VOUT D1 C2 GND R1 図 10-1 高周波電流ループ (斜線部分) IC 周辺回路および整流平滑回路の接続例を図 10-2 に示します。 信号系パターンは、クロストークノイズを拾わないように、できるだけ主回路パターンに対し平行配線を避けます。 信号系グランドパターンと主回路グランドパターンの共通インピーダンスを極力低減するため、GND 端子(1 番 ピン)パターンは、R1 の根元から、できるだけ短い専用パターンで配線し、R2 パターンも同様に R1 の根元から 専用パターンで配線します。 IC の周辺部品は、できるだけ短いパターンで IC に接続します。 VCC 端子と電解コンデンサ C8 との距離が離れている場合は、VCC 端子と GND 端子間にフィルムコンデンサ Cf (0.1μF～1.0μF 程度)などを追加します。 R9 は、Q1 の GATE 端子と SOURCE 端子の近くに接続します。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. Page.18 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 D2 VAC L1 C1 D1 VOUT Q1 R8 C2 R9 GND R1 主回路パターン 制御系 GND パターン U1 R6 R2 1 GND 8 GATE 外部電源 2 ICOMP 7 VCC R3 DZ1 3 IS 6 VFB 4 VINS 5 VCOMP R4 C4 C3 Cf C5 SSC2001S 図 10-2 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 周辺部品の接続例 Page.19 R5 C6 C7 R7 C8 SSC2001S アプリケーションノート Rev.1.2 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。 弊社の製品を使用、またはこれを使用した各種装置を設計する場合、定格値に対するディレーティン グをどの程度行うかにより、信頼性に大きく影響します。 ディレーティングとは信頼性を確保または向上するため、各定格値から負荷を軽減した動作範囲を設 定したり、サージやノイズなどについて考慮したりすることです。ディレーティングを行う要素には、一般 的に電圧、電流、電力などの電気的ストレス、周囲温度、湿度などの環境ストレス、半導体製品の自己 発熱による熱ストレスがあります。これらのストレスは、瞬間的数値、あるいは最大値、最小値について も考慮する必要があります。 なおパワーデバイスやパワーデバイス内蔵 IC は、自己発熱が大きく接合部温度のディレーティングの 程度が、信頼性を大きく変える要素となるので十分に配慮してください。 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、文書による当社の承諾なしに転記複製を禁じます。 Copy Right: SANKEN ELECTRIC CO., LTD. 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