[AP3604] -Preliminary- AP3604 Asynchronous Step Down/Zeta Controller 1. 概 要 AP3604は過渡負荷応答特性に優れた電流モード制御のPWM制御Step down /Zetaコントローラです。 周辺回路を変更することで昇降圧、降圧に対応し幅広い用途での電源を構成することが可能です。出 力電圧範囲は 1.2V~Vin×0.84でフィードバック制御電圧精度は±2%です。弊社独自のラッシュ電流対 応のヒカップ型過電流保護機能は、設定された過電流保護値の最大2倍を一定期間供給可能なため、起 動時のインラッシュカレントが発生するアプリケーションに最適です。出力過電圧保護、入力過電流 保護を搭載しており、省スペースで高機能な電源を構成します。AP3604は10-pin MSOPパッケージで 供給されます。 長 入力電圧範囲 出力電圧範囲 Step Down 1.2~Vin×0.84V Zeta 5~17V 駆動周波数 300k~600kHz 入力電圧監視機能搭載 過電圧保護機能搭載 ラッシュ電流対応ヒカップ型過電流保護機能搭載 OCLタイマー 20ms (f=450kHz時) ヒカップ休止時間 80ms (f=450kHz時) フィードバック制御電圧精度 ±2% (Tj=-40~125℃) ソフトスタート機能搭載 過熱保護機能搭載 出力セラミックコンデンサ対応 パッケージ 10-pin MSOP VIN SS CC RT AP3604 GND VIN VIN GND CS SS VB CC VOUT FB RT EXT PWON パワーオン http://akm.transim.com/ AP3604 2. 特 5~36V VIN CS VB VOUT FB EXT PWON パワーオン Step-Down Zeta Rev. 0.7 2014/07 -1- [AP3604] 3. 目 次 概 要 ........................................................................................................................................................... 1 特 長 ........................................................................................................................................................... 1 目 次 ........................................................................................................................................................... 2 ブロック図 ................................................................................................................................................... 3 オーダリングガイド ................................................................................................................................... 3 ピン配置と機能説明 ................................................................................................................................... 4 ■ ピン配置 ....................................................................................................................................................... 4 ■ 機能説明 ....................................................................................................................................................... 4 7. 絶対最大定格 ............................................................................................................................................... 5 8. 推奨動作条件 ............................................................................................................................................... 5 9. 電気的特性 ................................................................................................................................................... 6 ■ 電気的特性 ................................................................................................................................................... 6 10. 基本動作説明 ............................................................................................................................................... 7 10.1 シャットダウン ........................................................................................................................................... 7 10.2 ソフトスタート ........................................................................................................................................... 7 10.3 過電流保護 (OCL) ....................................................................................................................................... 8 10.4 出力短絡保護 ............................................................................................................................................... 9 10.5 出力過電圧保護 (OVP): ........................................................................................................................... 9 10.6 低入力電圧保護 (UVLO):........................................................................................................................ 9 10.7 スイッチング動作: ................................................................................................................................. 10 11. アプリケーション情報 ............................................................................................................................. 11 12. 基板レイアウト上の注意 ......................................................................................................................... 12 13. 外部接続回路例 ......................................................................................................................................... 13 ■ 降圧の場合 ................................................................................................................................................. 13 ■ 昇降圧(Zeta)の場合.................................................................................................................................... 14 14. パッケージ ................................................................................................................................................. 15 ■ 外形寸法図 ................................................................................................................................................. 15 ■ マーキング ................................................................................................................................................. 15 重要な注意事項 ..................................................................................................................................................... 16 1. 2. 3. 4. 5. 6. Rev. 0.7 2014/07 -2- [AP3604] 4. ブロック図 VIN SC CC FB EXT VB SS RT PWON GND Figure 1. ブロック図 5. AP3604ADM AP3604ABM -40℃~105°C -40℃~105°C オーダリングガイド 10-pin MSOP(0.5mmピッチ) 10-pin MSOP(0.5mmピッチ) … 車載用途 Rev. 0.7 2014/07 -3- [AP3604] 6. ピン配置と機能説明 ■ピン配置 GND VIN SS CS CC (Top View) VB RT FB PWON EXT ■機能説明 1 Pin Name GND 2 SS O 3 CC O 4 RT O 5 PWON I 6 EXT O 7 FB I 8 VB O 9 CS I 10 VIN I No. I/O - Function GND端子 ソフトスタート端子 コンデンサを接続し、ソフトスタート時間を設定します。 位相補償端子(エラーアンプ出力端子) CC端子とSS端子間に抵抗とコンデンサを接続し、制御ループの位相補 償を行います。 駆動周波数設定端子 RT端子-GND間に抵抗を接続して駆動周波数を設定します。 パワーオン端子 2V以上の電圧を印加すると起動シーケンスを開始します。 外部P-channelパワーMOSFETドライブ端子 外部P-channelパワーMOSFETのゲートに接続します。このEXT端子の電圧 はVin-(Vin-4.5V)間の電圧で振幅します。 出力電圧フィードバック端子 FB端子電圧1.2Vと等しくなるように出力電圧を制御します。 フィードバック抵抗を出力電圧部とGND間にシリーズで挿入し、この中点 をFB端子へ接続してください。 外部P-channelパワーMOSFETドライブ電源端子 外部P-channelパワーMOSFETのドライブ電源(Vin-4.5V)の出力端子です。 電流検出端子 電流検出抵抗をVIN-CS間に接続します。AP3604への配線はケルビン接続に なるよう電流検出抵抗の端子近傍から配線してください。 主電源端子 VIN端子-GND間にバイパスコンデンサを接続してください。 Rev. 0.7 2014/07 -4- [AP3604] 7. 絶対最大定格 Parameter Symbol min typ max Unit Voltage Between VIN and GND -0.3 47 V Voltage Between VIN and EXT, VB, CS -0.3 6 V Voltage Between SS, CC, RT, PWON, FB and GND -0.3 6 V Storage Ambient Temperature Range Tstr -40 150 °C Junction Temperature Tj -40 125 °C Power Dissipation Ta=25°C (Note 1) PD 560 mW Note 1. 電力値はAP3604の内部損失分で、外部接続される部品の消費分を含みません。パッケージの熱 抵抗を178.6℃/Wとして計算しています。 注意: 絶対最大定格値を超えた条件で使用した場合、デバイスを破壊することがあります。また、通常 の動作は保証されません。 800 POWER DISSIPATON [mW] 700 600 500 400 300 200 105℃ 112mW 100 0 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 OPERATING AMBIENT TEMPERATURE Ta ℃ [ ] Figure 2. Power Dissipation 8. Parameter 電源電圧範囲 動作周囲温度範囲 推奨動作条件 Symbol Vin Ta min 5 -40 typ - max 36 105 Unit V °C 注意:本データシートに記載されている条件以外のご使用に関しては、当社では責任を負いかねますの で、十分ご注意ください。 Rev. 0.7 2014/07 -5- [AP3604] 9. ■ 電気的特性 電気的特性 (特に指定の無い場合 Vin=13V、Tj=-40~125°C) Parameter フィードバック制御電圧 外部P-chMOSFETドライブ電源 停止時消費電流 SW停止時 シャットダウン電流 過電流検出電圧 ヒカップカウント 過電流検出電圧 ラッシュリミット ヒカップ移行時間 ヒカップ休止時間 (Note 2) 出力短絡保護閾値 FB端子電圧 発振周波数 ミニマムオンパルス マックスデューティ 外部P-chMOSFETドライバーオン抵抗 低入力保護電圧 Vin電圧 低入力保護解除ヒステリシス電圧 SS端子充電電流 過熱保護動作温度(Note 2) 過熱保護解除ヒステリシス(Note 2) PWON端子パワーオン電圧 PWON端子パワーオフ電圧 Symbol VFB VB ISUPPLY Ishutdown Vsense1 Vsense2 Thiccup Thiccups Voshort fosc Tminon MAX.Duty min 1.176 Vin-4.1 0.6 - 85 170 - - 0.45 428 - 84.5 - - 4.25 0.15 11 130 10 2 RDSON1 RDSON2 VUVLO VUVLOhys Iss TTSD TTSDhys VPWONH VPWONL - typ 1.2 Vin-4.5 1.2 - 100 200 20 80 0.5 450 max 1.224 Vin-4.8 1.6 10 115 230 - 90 7.5 5 4.5 0.2 12 150 15 - - 0.55 472 300 95 15 10 4.75 0.25 13 170 20 - - - 0.3 Unit V V mA uA mV mV ms ms mV kHz ns % Ω Ω V V uA °C °C V V Condition f=450kHz f=450kHz RT=94kΩ f=450kHz Turn ON Turn OFF Note 2. 設計保証 Rev. 0.7 2014/07 -6- [AP3604] 10. 基本動作説明 10.1 シャットダウン 主電源電圧(Vin)が入力されてもPWON端子への信号入力が”L”の場合はシャットダウン状態になりま す。PWON端子へ”H”を入力するとソフトスタート制御で起動します。 10.2 ソフトスタート AP3604は出力電圧制御と過電流制御によるソフトスタートにより、起動時のラッシュ電流及びオーバー シュートを抑制します。PWON端子を”L”から”H”にするとVBレギュレータが起動し、VB端子電圧が規 定値に達するとソフトスタートコンデンサを12uAで充電し、SS端子電圧が1.2Vに達するとPWM制御に 移行します。出力電圧と過電流保護の閾値はSS端子電圧に比例して上昇します。出力電圧制御は出力電 圧が閾値を超えた場合に、外部P-channelパワーMOSFETをOFFする事で、SS端子電圧に比例したスロー プで出力電圧を上昇させます。過電流制御はコイル電流が過電流保護の閾値を超えた場合に、外部 P-channelパワーMOSFETをOFFする事で過電流を防止します。通常は出力電圧制御で起動しますが、出 力の地絡等で出力電圧が上昇しない場合は、過電流制御で過電流を保護します。ソフトスタート中はヒ カップ制御には移行しません。 H PWON端子 VB端子電圧 L VIN VIN -4.5V 1.2V SS端子電圧 0V 100% 出力電圧制御閾値 0% 200mV 過電流保護値 外部MOSのOFF閾値 100mV 0V 設定電圧 出力電圧 0V ソフトスタート ヒカップ禁止 PWM制御 ヒカップ許可 Figure 3. 起動タイムチャート Rev. 0.7 2014/07 -7- [AP3604] 10.3 過電流保護 (OCL) AP3604はラッシュ対応のヒカップ方式で過電流を保護します。VIN端子-CS端子間の電圧でコイル電流 を検知しており、ヒカップカウント閾値の100mVと、電流制限閾値の200mVの2値を備えることで、2倍 のラッシュ電流に対応します。電流検出電圧が100mVを超えるとヒカップカウントを開始しその状態が 20ms(Note 3)続いた場合にヒカップ制御に移行します。ヒカップカウントは2周期連続で電流検出電圧が 100mVを超えなかった場合にリセットされます。電流検出電圧が200mVを超えると外部P-channelパワー MOSFETをOFFし出力電流を制限します。ヒカップ制御はスイッチ動作を停止し、80ms(Note 3)後にソフ トスタート制御で起動します。ヒカップ制御への移行条件は電流検出電圧が100mVを超えた状態が 20ms(Note 3)続いた場合であり、電流検出電圧が200mVを超える必要はありません。ソフトスタート中 はヒカップ動作には入りません。 Note 3. f=450kHz時の時間です。 電流閾電圧:200mV 電流閾電圧:100mV コイル電流 検出電圧 SWノード 通常動作 ②電流ピーク制御 ①ヒカップカウント 20ms ③ヒカップ制御 SW停止 ①コイル電流検出電圧が100mVを超える場合はヒカップカウントを行います。 ※コイル電流検出電圧が2周期連続で100mVを下回るとヒカップカウントをリセットします。 ②コイル電流検出電圧が200mVを超えた場合は外部P-chパワーMOSFETをOFFしコイル電流を制限します。 ③ヒカップカウントが20ms続いた場合はヒカップ制御に移行します。 ※コイル電流検出電圧が200mVを超えなくてもヒカップ制御に移行します。 Figure 4. 過電流保護波形 過電流状態 正常状態 正常状態 1.2V SS端子電圧 0V 動作 SWノード 停止 ① ② ③ ④ ①電流検出電圧が100mVを超えた状態が20ms続いた場合にヒカップ制御へ移行します。 ②ヒカップ制御へ移行すると80msスイッチングを停止します。 ※ソフトスタートコンデンサは0Vまで放電されます ③ソフトスタート制御で再起動します。 ※ソフトスタート終了後に電流検出電圧が100mVを超えた状態が 20ms続いた場合は 再びヒカップ制御へ移行します。 ④過電流状態が解除されているためソフトスタート後通常動作となります。 Figure 5. ヒカップ動作波形 Rev. 0.7 2014/07 -8- [AP3604] 10.4 出力短絡保護 AP3604は地絡等でFB電圧が0.5V以下になった場合に出力短絡保護が働きスイッチ動作を停止します。 地絡等の状態で起動した場合はソフトスタート終了後にFB電圧が0.6V以下の場合に出力短絡保護が働 きスイッチ動作を停止します。出力短絡保護が検出された場合は20ms(Note 3)後にヒカップ制御に移行 し、その80ms(Note 3)後にソフトスタート制御で再起動します。出力短絡保護条件が成立すると出力短 絡保護条件が解除されてもヒカップ制御に移行し、ヒカップ制御のソフトスタート後に出力短絡保護条 件が解除されていれば通常のPWM制御へ移行します。 FB端子電圧 0.6V 0.5V 1.2V SS端子電圧 0V 動作 SWノード 停止 ① ② ③ ④ ①地絡等でFB電圧が0.5Vを下回った場合はスイッチングを停止します。 20ms後にヒカップ制御に移行します。 ②ヒカップ制御へ移行すると80ms間スイッチングを停止します。 ※ソフトスタートコンデンサは0Vまで放電されます ③ソフトスタート制御で再起動します。 ※ソフトスタート終了後にFB端子電圧が0.6V以下の場合はスイッチングを停止します。 20ms後に再びヒカップ制御に移行します。 ④ソフトスタート制御で再起動し、ソフトスタート終了後にFB端子電圧が0.6Vを 超えている場合は通常のPWM制御へ移行します。 Figure 6. ヒカップ動作波形 10.5 出力過電圧保護 (OVP): FB端子電圧が1.44Vを越えると外部P-channelパワーMOSFETがOFFし出力過電圧を防止します。FB端子 電圧が1.44Vを下回った場合は通常のPWM動作となります。 10.6 低入力電圧保護 (UVLO): 主電源電圧が4.5Vを下回るとAP3604は低入力電圧保護機能が働きスタンバイ状態となります。主電源電 圧が4.7Vを越えると低入力電圧保護が解除されソフトスタート制御で起動します。 Rev. 0.7 2014/07 -9- [AP3604] 10.7 スイッチング動作: AP3604は電流モードPWM制御方式のDC-DCコンバータです。FB端子電圧が1.2Vになるようにコイル電 流の目標値を設定します。コイル電流はカレントセンス抵抗にて検知しています。外部P-channelパワー MOSFETのオンサイクルはコイル電流が目標値に達するまで継続されます。コイル電流が目標値に達す ると外部P-channelパワーMOSFETがオフとなり、コイルに蓄えられたエネルギーにてショットキーバリ アダイオードへ回生電流が流れます。次のオンタイミングで出力電圧が目標値を下回っている場合はオ ンサイクルへ移行し、内部固定の発振周波数を保ちます。目標値より高い場合はオンサイクルをスキッ プするため、内部固定の発振周波数から間引きされた形で現れます。出力の負荷が小さい場合、このよ うにオンサイクルをスキップして高効率を維持しています。 Figure 7. 定常負荷時出力電圧波形 Figure 8. 軽負荷時出力電圧波形 Rev. 0.7 2014/07 - 10 - [AP3604] 11. アプリケーション情報 部品のREF番号は13.外部接続回路例を参照してください。 ・カレントセンス抵抗 カレントセンス抵抗の値は次式で算出して下さい。 AP3604は電流制御のDC-DCコントロールICですので 電流検出抵抗が必要です。Ioutは最大出力電流を示します。 R1 Vsens1 [Ω] Vout VIN - Vout Iout 2 L Freqency VIN ・インダクタンス インダクタンスはリップル電流の最大が定格電流の30%となるように選択することを推奨します。イン ダクタンスは次式で算出してください。Vinは使用する最大入力電圧値としIoutは最大出力電流を示しま す。 L Vout (VIN - Vout ) [H] Iout VIN Freqency 0.3 ・位相補償 CC端子-SS端子間に接続する位相補償用抵抗コンデンサの標準値は以下の値となります。Vin、VOUT、 周波数の条件に合わせて位相補償用素子の値を最適化する事が可能です。 R4 2.7k , R5 33k, C4 6800pF ・ソフトスタート SS端子-GND間に接続するソフトスタート用コンデンサの容量によってソフトスタート時間が設定さ れます。ソフトスタート時間は次式で算出してください。 Tss C3 1.2 [ms] 12 10-9 ・出力電圧 出力電圧は出力コンデンサからGNDへシリーズに挿入するフィードバック抵抗で設定します。このシリ ーズに挿入されたR2(出力コンデンサ-FB端子間)と、R3(FB端子-GND間)の値は次式で求めることがで きます。 R2 VOUT=1.2 1 [kΩ] R3 ・発振周波数 RT端子-SGND間に接続する抵抗R6で発振周波数を設定できます。R6の抵抗値と発振周波数の関係は次 式で算出してください。 42974 R6= 1.743 [kΩ] Frequency 10-3 Rev. 0.7 2014/07 - 11 - [AP3604] 12. 基板レイアウト上の注意 ・GND配線 GNDはできるだけ大きなプレーンとして、出力コンデンサと入力コンデンサのGNDが共通となるように 接続してください。 ・スイッチングノード配線 外部P-channelパワーMOSFET-インダクタ-ショットキーバリアダイオード間のスイッチングノードラ インは、太く、短く配線してください。EXT端子についても最短距離で配線するようにしてください。 ・カレントセンス抵抗配置配線 カレントセンス抵抗両端からAP3604のVIN端子とCS端子への配線はケルビンでIC近傍へ配置してくだ さい。 ・フィードバック端子配線 出力コンデンサ-GND間にシリーズで挿入するフィードバック抵抗は、出力コンデンサ+端子近傍に接 続し、スイッチングノードから離して配線してください。フィードバック抵抗の配置はFB端子に接続す る中点が短くなるようにAP3604に近接させてください。 ・VB及びSS用コンデンサ VIN端子-VB間、SS端子-GND間のコンデンサは、AP3604の各端子に近接させて配置・配線してくだ さい。 ・バイパスコンデンサ VIN端子-GND間の入力コンデンサはAP3604の端子の近傍に配置・配線してください。 Rev. 0.7 2014/07 - 12 - [AP3604] 13. 外部接続回路例 降圧の場合 VIN VIN R5 R4 CC C4 R6 C1 M1 VB L1 FB C3 D1 RT CS VOUT C2 SS R1 AP3604 C5 GND R2 ■ EXT R3 PWON パワーオン Figure 9. 外部接続回路例(降圧) Table 1. Symbol C1 C2 C3 C4 C5 R1 R2 R3 R4 R5 R6 L1 M1 D1 Name 入力コンデンサ 出力コンデンサ ソフトスタートコンデンサ 位相補償コンデンサ VBコンデンサ 電流検出抵抗 FB抵抗(High) FB抵抗(Low) 位相補償抵抗 位相補償抵抗 周波数設定抵抗 パワーインダクタ P-channelパワーMOSFET フライバックダイオード (Vin=13V, Vout=3.3V, f=450kHz, Iout=2A設定) Parameter Description 20uFセラミック 10uF×2 parallel 30uFセラミック 10uF×3 parallel 0.1uFセラミック 6800pFセラミック 10uFセラミック 27mΩ Susumu / RL1220T-R027 2.64kΩ 1.5kΩ 2.7kΩ 33kΩ 94kΩ 10uH TDK / SLF10165-100M SQ3419EEV VISHAY CMS02 TOSHIBA Rev. 0.7 2014/07 - 13 - [AP3604] ■ 昇降圧(Zeta)の場合 VIN VIN CC C4 R6 L1 L2 VOUT EXT R3 PWON C1 C6 FB C3 RT M1 VB C2 R4 R2 R5 CS D1 SS R1 AP3604 C5 GND パワーオン Figure 10. 外部接続回路例 (昇降圧(Zeta)) Table 2. Symbol C1 C2 C3 C4 C5 C6 R1 R2 R3 R4 R5 R6 L1 L2 M1 D1 Name 入力コンデンサ 出力コンデンサ ソフトスタートコンデンサ 位相補償コンデンサ VBコンデンサ フライングコンデンサ 電流検出抵抗 FB抵抗(High) FB抵抗(Low) 位相補償抵抗 位相補償抵抗 周波数設定抵抗 パワーインダクタ パワーインダクタ P-channelパワーMOSFET フライバックダイオード (Vin=13, Vout=15.5V, f=450kHz, Iout=300mA設定) Parameter Description 10uF×2parallel 20uFセラミック 10uF×3parallel 30uFセラミック 0.1uFセラミック 3300pFセラミック 10uFセラミック 4.7uFセラミック 27mΩ Susumu RL1220T-R027 56kΩ 4.7kΩ 2.7kΩ 33kΩ 94kΩ 10uH TDK / CLF7045-470M 10uH TDK / CLF7045-470M SQ3419EEV VISHAY CMS02 TOSHIBA Rev. 0.7 2014/07 - 14 - [AP3604] 14. パッケージ ■ 外形寸法図 10-pin MSOP(単位:mm) ■ マーキング (1) (2) XXXX YWWA AP3604ADM : 04AD AP3604ABM : 04AB (2) (1) (3) (4) (5) 1pin Indication Market No. (3) (4) (5) Year code (last 1 digit) Week code Management code Rev. 0.7 2014/07 - 15 - [AP3604] 重要な注意事項 0. 本書に記載された弊社製品(以下、「本製品」といいます。)、および、本製品の仕様につき ましては、本製品改善のために予告なく変更することがあります。従いまして、ご使用を検 討の際には、本書に掲載した情報が最新のものであることを弊社営業担当、あるいは弊社特 約店営業担当にご確認ください。 1. 本書に記載された情報は、本製品の動作例、応用例を説明するものであり、その使用に際し て弊社および第三者の知的財産権その他の権利に対する保証または実施権の許諾を行うもの ではありません。お客様の機器設計において当該情報を使用される場合は、お客様の責任にお いて行って頂くとともに、当該情報の使用に起因してお客様または第三者に生じた損害に対 し、弊社はその責任を負うものではありません。 2. 本製品は、医療機器、航空宇宙用機器、輸送機器、交通信号機器、燃焼機器、原子力制御用 機器、各種安全装置など、その装置・機器の故障や動作不良が、直接または間接を問わず、 生命、身体、財産等へ重大な損害を及ぼすことが通常予想されるような極めて高い信頼性を 要求される用途に使用されることを意図しておらず、保証もされていません。そのため、別 途弊社より書面で許諾された場合を除き、これらの用途に本製品を使用しないでください。 万が一、これらの用途に本製品を使用された場合、弊社は、当該使用から生ずる損害等の責 任を一切負うものではありません。 3. 弊社は品質、信頼性の向上に努めておりますが、電子製品は一般に誤作動または故障する場 合があります。本製品をご使用頂く場合は、本製品の誤作動や故障により、生命、身体、財産 等が侵害されることのないよう、お客様の責任において、本製品を搭載されるお客様の製品に 必要な安全設計を行うことをお願いします。 4. 本製品および本書記載の技術情報を、大量破壊兵器の開発等の目的、軍事利用の目的、ある いはその他軍事用途の目的で使用しないでください。本製品および本書記載の技術情報を輸出ま たは非居住者に提供する場合は、「外国為替及び外国貿易法」その他の適用ある輸出関連法 令を遵守し、必要な手続を行ってください。本製品および本書記載の技術情報を国内外の法 令および規則により製造、使用、販売を禁止されている機器・システムに使用しないでくだ さい。 5. 本製品の環境適合性等の詳細につきましては、製品個別に必ず弊社営業担当までお問合せく ださい。本製品のご使用に際しては、特定の物質の含有・使用を規制するRoHS指令等、適用 される環境関連法令を十分調査のうえ、かかる法令に適合するようにご使用ください。お客 様がかかる法令を遵守しないことにより生じた損害に関して、弊社は一切の責任を負いかね ます。 6. お客様の転売等によりこの注意事項に反して本製品が使用され、その使用から損害等が生じ た場合はお客様にて当該損害をご負担または補償して頂きますのでご了承ください。 7. 本書の全部または一部を、弊社の事前の書面による承諾なしに、転載または複製することを 禁じます。 Rev. 0.7 2014/07 - 16 -