elm605da

ELM605DA 2A
同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■概要
ELM605DA は 6V 入力同期整流方式のバック型降圧 PWM 制御 DC/DC コンバータです。 必要な能動素子は
内蔵しているため最小の外付け部品で降圧 DC/DC 電源を構成できます。 入力電圧範囲は 2.5V から 6V、 出力
電圧は 0.8V まで外部抵抗により設定できます。 動作周波数は１MH ｚ固定です。 付加機能としてソフトスタート機能、
電流制限機能、 サーマルシャットダウン機能、 UVLO などを内蔵しており応用回路の信頼性を向上できます。
さらにパワーグッド出力を持ち出力電圧監視が可能です。
■特長
■用途
• 電流モード制御
• ASIC/DSP/μP/FPGA など各種 IC 用電源回路
• パワーグッド機能監視出力電圧
• ネットワーク、 通信機器
• ソフトスタート
• テレビ
• 過熱保護
• セットトップボックス
• 電流制限保護、 短絡保護
• 基地局用電源
• 入力電圧範囲
: 2.5V to 6.0V
• 出力電流
: 2A
• 静止電流
: 200μA
• 出力電圧範囲 ( 可変 )
: 0.8V to Vin
• シャットダウン電流
: Typ.7μA
• 高効率
: 95%
• 固定周波数動作
: Typ.1.0MHz
• パッケージ
: SOP-8
■絶対最大定格値
項目
VIN 電源電圧
SW 端子印加電圧
EN 端子印加電圧
FB 端子印加電圧
容許損失
動作温度
保存温度
記号
Vin
Vsw
Ven
Vfb
Pd
Top
Tstg
規格値
-0.3 to +6.5
-0.3 to Vin+0.3
-0.3 to Vin
-0.3 to Vin
300
-40 to +150
-65 to +150
単位
V
V
V
V
mW
�
�
注意 : 上記定格を超えるストレスは、デバイスの信頼性に影響を与える可能性があります。
■セレクションガイド
ELM605DA-S
記号
a
b
c
パッケージ
製品バージョン
テーピング方向
D: SOP-8
A
S: パッケージ ファイル参照
ELM605D A - S
↑↑ ↑
a b c
( 注) テーピング方向は一種類のみ
13 - 1
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■端子配列図
SOP-8(TOP VIEW)
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�
�
�
�
�
�
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端子番号
1
2
3
4
5
6
7
8
端子記号
VCC
PG
GND
FB
EN
PGND
SW
VIN
ピン説明
電源入力
パワーグッド出力
グランド
フィードバック入力
イネーブル入力
パワースイッチグランド
パワースイッチ出力
パワースイッチ電源入力
■標準回路図
ELM605DA
Vin
8
10μF 100k
VIN
PG
10
1
PG
2
100k
2.2μH
VCC
SW
Vout
7
0.1µF
22μF
5
EN
PGND
FB
GND
6
R1
4
Cup*
(option)
R2
3
Vout=0.8V*(1+R1/R2)
■ブロック図
���
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��������
��
�
�������
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���������
���������
�
�
�
�
���
����������
�����
���������
����������
�����
��
��
��
�����
��
���
������������
����������
�
�
���
��
13 - 2
��
�
�
����
��
���
������
�
�
���������
����
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■DC 電気的特性
特に指定なき場合, Vin=3.3V, Top=25℃
項目
記号
Vin
Iq
Is
Vout
Vfb
ΔVline-reg
ΔVload-reg
入力電圧
静止電流
シャットダウン電流
出力電圧範囲
フィードバック端子電圧
出力電圧入力変動率
出力電圧負荷変動率
動作停止入力電圧
UVLO
フィードバック端子入力電流
SW 端子リーク電流
PMOSFET オン抵抗
NMOSFET オン抵抗
PMOSFET 電流制限
動作周波数
サーマルシャットダウン温度
ソフトスタート時間
パワーグッド検出電圧
パワーグッド端子シンク電流
EN 高レベル入力電圧
EN 低レベル入力電圧
Ivfb
Ileak(sw)
RdsonP
RdsonN
IclP
Fosc
Ts
Tss
Vpg
Ipg
VenH
VenL
条件
Min.
2.5
Iout=0mA, スイッチングなし
EN=GND
220
7
0.8
Top=+25 �
0.784
Vin=2.5V ～ 6.0V, Iout=0A ～ 2A
-2
Vout=0.8V ～ 3.3V, Iout=0A ～ 2A -2
Vin rising
Vin falling
-30
Ven=0V, Vin=6V, Vsw=0V ～ 6V
-1
Vin=Vgs=5V, Iout=100mA
Vin=Vgs=5V, Iout=100mA
Vpg=0.3V
-40 �� Top � +85 �
Typ.
0.800
2.3
2.1
-
Max. 単位
6.0
V
μA
μA
Vin
V
0.816 V
2
%
2
%
V
30
1
130
100
3.2
1
150
1
0.9*Vout
3
1.3
0.3
nA
μA
mΩ
mΩ
A
MHz
�
mS
V
mA
V
V
■マーキング
SOP-8
���
�����
���
記号
ELM605DA
a, b, c
13 - 3
内容
製品名
組み立てロット番号 .:
000 ～ 999 繰り返る
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■機能
ELM605DA は２A まで出力可能な高効率降圧 DC/DC コンバータです。 入力電圧範囲は 2.5V から 6.0V まで、
１MH ｚのスイッチング周波数のパルス幅変調 (PWM) により出力電圧を設定された 0.8V から Vin の範囲の電圧に
制御します。 高速スイッチング周波数により外部部品の小型化が可能となり、 同期整流採用により高効率です。 外
付けショットキーダイオードは不要です。 内部スイッチ MOS のオン抵抗を利用した電流検出方式を採用し効率を改
善しています。
１. 電流モード PWM 制御
電流モード PWN 制御方式によりスイッチ動作安定化とスイッチサイクルごとの電流制限を可能にし、 これにより
入力変動、 負荷変動への高速応答と内蔵の主スイッチ (PMOSFET) と同期整流器 (NMOSFET) の保護が可能に
なります。 ELM605DA の内蔵スイッチが１MH ｚで動作して出力電圧を安定化します。 通常動作時に主スイッチは
内部発信器の立ち上がりでオンし、 外部コイル電流を一定期間インダクタンスで決まる傾斜で増加させます。 一方
増加したコイル電流が誤差電圧を超えたときに主スイッチはオフします。 このとき同期整流器がオンして次のサイク
ルまでオンし続けます。
２. ドロップアウト動作
ELM605DA は入力電圧と出力電圧の差が小さい場合は主スイッチ (PMOSFET) のオン時間を１クロックサイク
ルよりも長くしてデューティ比を増加させ出力電圧を設定電圧に維持させます。 デューティ比が 100％になった時主
スイッチ (PMOSFET) は主スイッチ (PMOSFET) の電流制限値を越えるまでオンを継続して出力電圧を維持します。
そのときは出力電圧は入力電圧から主スイッチ (PMOSFET) の電圧降下分を引いた電圧となります。
３. ショート保護動作
ELM605DA はショート保護機能を内蔵します。 出力がグランドに接続されたとき、 内部発振器はコイル電流に
より主スイッチ (PMOSFET) の電流が制限値を越えないように周波数が低下します。 ショート状態の解除すなわち
フィードバック端子電圧が 0.3V 以上に回復したときに周波数低下と電流制限の保護動作は解除されます。
４. ソフトスタート動作
ELM605DA は電源投入時の突入電流を減少させるソフトスタート回路を内蔵しています。 ソフトスタートは誤差
アンプの基準電圧の立ち上がりを１m ｓ期間で立ち上げることで実現します。 実際の出力電圧の立ち上がり時間は
外部回路の状況によっても影響を受けます。
５. サーマルシャットダウン
チップ温度が 150℃を越えると ELM605DA はサーマルシャットダウン状態となります。 このときは主スイッチ
(PMOSFET) 同期整流器 (NMOSFET) の両方がオフ状態に固定されます。
６. 電圧低下保護
アンダーボルテージロックアウト機能は低入力電圧時の誤動作を防ぎます。 MOSFET のスイッチがオフ状態に固
定されます。
７. イネーブル
イネーブル (EN) 端子を接地すると ELM ６０５DA はシャットダウン状態になります。 イネーブル端子を VIN に接続
するか開放すると動作状態となります。 イネーブル端子を接地したシャットダウン状態では主スイッチ (PMOSFET) と
同期整流器 (NMOSFET) の両方が OFF 状態を維持します。
シャットダウン状態で出力に電圧が印加される場合は、 特性表に示される値の逆方向のリーク電流が流れます。
逆にイネーブル端子を VIN 電位にするとソフトスタートを開始します。
13 - 4
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
８. パワーグッド
ELM605DA はオープンドレイン出力のパワーグッド信号を出力します。 パワーグッド信号は出力電圧が設定値の
90％以上のとき正常と判定します。 90％以下のときは出力はロウにプルダウンされます。 パワーグッドのコンパレー
タはヒステリシスを持たないため約 30usec の遅延時間を持たせて検出時のバタつきを抑えています。 パワーグッド
端子は抵抗を経由して VIN あるいは 5.5V 以下のほかの電源に接続します。
■アプリケーションノート
１. 入力容量の選択
入力容量は主スイッチ (PMOSFET) がオンすることで生じるリプル電流を吸収するために必用です。 損失を抑える
ために低 ESR 特性が必要です。 リプル電流の RMS 値は以下の式で得られます :
IinRMS ＝ Iout √ D × ( 1 - D )
ここで D はデューティ比です。 IinRMS は入力電流の RMS 値、 Iout は負荷電流です。 この式は D=0.5 の時に
最大値となります。 また入力容量での損失は以下の式となります :
Pcin ＝ ESRcin × IinRMS2
ここで Pcin は入力容量での損失、 ESRcin は入力容量の直列等価抵抗です。 入力容量にはおおきな dI/ ｄｔのた
めに電界コンデンサ、 セラミックコンデンサが使用されます。 タンタルコンデンサの場合はコンデンサ不良を防ぐた
めにサージ保護されたものが必要です。
２. 出力コイル選択
出力コイルの選択は出力電圧リプル値と負荷過渡特性を考慮します。 高いインダクタンスのコイルはコイルのリプ
ル電流を減らしリプル電圧も少なくなります。 リプル電圧と電流は以下の式で表されます :
ΔI ＝ (Vin － Vout) × Vout / (Fs × L × Vin)
ΔVout ＝ ΔI × ESR
インダクタンスを増やすことでリプル電圧と電流が減りますが、 同時に負荷変動に対する応答時間も増加します。
スイッチング周波数を上げることで所定のコイルのリプル電流電圧は下げることができますが、 これは MOSFET の
スイッチング損失の増加を招きます。
適切なインダクタンスの値を決めるにはリプル電流の値ΔI を最大出力電流の 10% - 50% の範囲にします。 最初
にリプル電流をきめたなら、 次に磁気飽和が起こさずに最大電流を流せるコイルを選択します。 電源の制御精度を
維持できるようなコイルインダクタンスの精度も必要です。 室温で 20％の範囲が一般的なコイルの精度です。 ある
種のコイル、 特にフェライトコアを使用したものはリプル電流がコイルが飽和したときに急に大きくなります。 同時に
リプル電圧も大きくなります。
３． 出力容量の選択
出力コンデンサは出力電圧のフィルタとなり、 また負荷の過渡電流を吸収します。 高容量コンデンサと低 ESR は
出力リプルと瞬時負荷による電圧降下を防止します。 これらの特性はコンデンサそのものと PCB レイアウトの両者
への考慮が必要です。
一般のスイッチングレギュレータ設計では出力容量の ESR が過渡応答特性を左右します。 複数のコンデンサを使っ
て ESR を下げる場合の式は以下になります :
ESRmax ＝ΔVesr/ΔIout　ΔVesr ＝ ESR による出力電圧変動 Number of capacitors ＝ ESRcap / ESRmax
ΔIout ＝ 負荷電流変動
ESRcap ＝ コンデンサ 1 個あたりの ESR 最大値 , ESRmax ＝ ESR の最大値。
13 - 5
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
高周波用のデカップル容量は負荷の出力端子にできるだけ近く配置します。 この用途には最適なコンデンサをコン
デンサメーカなどに確認してください。 ４. 出力電圧
出力電圧は応用回路例に示すようにフィードバック (FB) 端子と分割抵抗回路で設定します。 出力電圧 (Vout) は
以下の式に示すように FB 端子の電圧とフィードバック抵抗の比で決まります。 (Vfb) は０．８V です :
Vｆｂ ＝ Vout × R2 / (R1+R2)
よって出力電圧 Vout は
Vout ＝ 0.8 × (R1+R2) / R2
5. PCB レイアウト
PCB のレイアウト設計は DCDC コンバータ設計の最終段階です。 適切に設計されないと PCB は多くの EMI を放
射し不安定な動作をしたりします。 そうした問題を避け ELM605DA の性能を確実に引き出すために以下の PCB
レイアウトガイドラインを参考にしてください。
(1) 以下の応用回路にある太線で表示した接続は大電流が流れるパスです。 配線は太く短くしてください。
(2) スルーホールの抵抗を減らしてその数を減らすために ELM605DA と電力を扱う素子 (Cin1,Cin2,Cout,L) は
部品面に配置し大電流パスは同じく部品面に配置します。
(3) SW 端子の接続点の電圧は高周波で大振幅 (dv/dt 大 ) です。 できるだけ最小面積とします。
(4) 入力容量 CIN は ELM605DA の VIN 端子、 PGND 端子のできるだけ近くに配置します。
(5) スイッチングノイズが EML605DA 内部回路に侵入しないように、 VIN 端子と VCC 端子間に抵抗を挿入し VCC
と GND 間にバイパスコンデンサ C8(0.1μF) を入れます。
(6) フィードバック関連部品 (R1,R2,C5( 追加の場合 )) は出力容量の後でかつ ELM605DA の近くに置きます。
またフィードバック関連の配線はできるだけ配線ループ面積を小さくかつ SW 端子配線から離します。
(7) PGND 端子からのノイズが ELM605DA 内部に侵入しないようにアナロググランド端子 (GND) は応用回路に
示すノイズの少ない点に接続します。
(8) 寄生容量による結合、 磁界からループ配線へ結合を最小にするために電源回路は他の回路、 特に敏感なアナ
ログ回路からは離します。
13 - 6
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
ELM605DA AP Circuit
応用回路
短くて幅の広いトレース
R4
ELM605DA
CIN
C8
1
VCC
VIN
8
2
PG
SW
7
3
GND
PGND
6
L
R6
VOUT
VIN
VOUT
Cout
R1
PGND
4
EN
FB
5
C5
EN
SOP-8
TOP VIEW
R2
■評価回路
• C1=10μF, C2=0.1μF, C3=22μF, C5=1nF, C7= NC, C8=0.1μF, L=2.2μH
R3=100KΩ, R4=10, R6=100K
Vout=3.3V
R1
47K
R2
15K
Vout=1.8V
12.5K
10K
Vout=1.2V
5K
10K
Vout=1.0V
6K
24K
��
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��
�����
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�
����
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��
��
�����
�������
�
�
�������������������
����
��
����
��
��
���
��
��
��
��
13 - 7
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■標準特性曲線
• Vin=3.3V, Vout=1.0V
• Vin=3.3V, Vout=1.0V, R1=6K, R2=24K, Top=25�
Vout-Iout
1.15
90.0
1.1
80.0
1.05
1
0.95
0.9
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
0.85
10.0
0.8
0.1
1000
100
10
1
Iout (mA)
Vout-Vin
1.2
0.0
0.1
10000
1
10
100
Iout (mA)
1000
10000
Vout=1.0V
Iout=10mA
1.1
Vout (V)
Vin=3.3V, Vout=1.0V
100.0
Efficiency (%)
Vout (V)
Efficiency-Iout
Vin=3.3V, Vout=1.0V
1.2
1
0.9
Iout=100mA
Iout=1A
0.8
0.7
1
2
3
4
Vin (V)
5
6
7
13 - 8
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
• Vin=3.3V, Vout=1.8V
• Vin=3.3V, Vout=1.8V, R1=12.5K, R2=10K, Top=25�
Vout-Iout
2.1
90.0
2
80.0
1.9
1.8
1.7
1.6
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
1.5
10.0
1.4
0.1
10
1
1000
100
Iout (mA)
Vout-Vin
1.9
0.0
0.1
10000
1
10
100
Iout (mA)
1000
10000
Vout=1.8V
2
Vout (V)
Vin=3.3V, Vout=1.8V
100.0
Efficiency (%)
Vout (V)
Efficiency-Iout
Vin=3.3V, Vout=1.8V
2.2
Iout=10mA
1.8
1.7
Iout=1A
1.6
Iout=100mA
1.5
0
1
2
3
4
Vin (V)
5
6
7
13 - 9
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
• Vin=5.0V, Vout=1.2V
• Vin=5.0V, Vout=1.2V, R1=5K, R2=10K, Top=25�
Vout-Iout
Efficiency-Iout
Vin=5V, Vout=1.2V
1.5
1.45
90.0
1.4
80.0
Efficiency (%)
1.35
Vout (V)
Vin=5V, Vout=1.2V
100.0
1.3
1.25
1.2
1.15
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
1.1
20.0
1.05
10.0
1
0.1
10
1
1000
100
Iout (mA)
0.0
0.1
10000
1
10
100
Iout (mA)
1000
10000
Vout-Vin
Vin=5V, Vout=1.2V
1.4
Vout (V)
1.3
Iout=10mA
1.2
1.1
Iout=1A
1
0.9
Iout=100mA
0
1
2
3
4
Vin (V)
5
6
7
13 - 10
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
• Vin=5V, Vout=3.3V
• Vin=5.0V, Vout=3.3V, R1=47K, R2=15K, Top=25�
Vout-Iout
3.5
3.45
90.0
3.4
80.0
3.35
70.0
3.3
3.25
3.2
3.15
60.0
50.0
40.0
30.0
3.1
20.0
3.05
10.0
3
0.1
10
1
1000
100
Iout (mA)
Vout-Vin
Vout (V)
0.0
0.1
10000
1
10
100
Iout (mA)
1000
10000
Vout=3.3V
3.5
3.4
Vin=5V, Vout=3.3V
100.0
Efficiency (%)
Vout (V)
Efficiency-Iout
Vin=5V, Vout=3.3V
Iout=10mA
3.3
3.2
Iout=100mA
3.1
3
0
1
2
Iout=1A
3
4
Vin (V)
5
6
7
13 - 11
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■ダイナミック負荷波形
■Vin,Vout 波形
Dynamic
Dynamic
load
load
waveform
waveform
Steady
Steady
state
state
waveform
waveform
Iout=1A,
Iout=1A,
Vout=3.3V
Vout=3.3V
Vout
Vout
(AC)
(AC)
100mV/Div
100mV/Div
Vin=5V,Vout=3.3V,
Vin=5V,Vout=3.3V,
Iout=1A
Iout=1A
Dynamic load waveform
VinVin
(AC)
(AC)
100mV/Div
100mV/Div
Iout=1A, Vout=3.3V
Steady state waveform
Vin=5V,Vout=3.3V, Iout=1A
Vin (AC)
100mV/Div
Vout (AC)
100mV/Div
Vout
Vout
(AC)
(AC)
10mV/Div
10mV/Div
IoutIout
'0.5A/Div
'0.5A/Div
Iout
'0.5A/Div
Vout (AC)
10mV/Div
Time
Time
(500µs/Div)
(500µs/Div)
Time
Time
(1.0µs/Div)
(1.0µs/Div)
Time (500µs/Div)
Time (1.0µs/Div)
on/off
on/off
from
from
ENEN
■EN 電源 ONPower
/Power
OFF
Vin=5V,
Vin=5V,
Vout=3.3V,
Vout=3.3V,
Iout=40mA
Iout=40mA
VenVen
2V/Div
2V/Div
Power
Power
on/off
on/off
from
from
ENEN
Vin=5V,
Vin=5V,
Vout=3.3V,
Vout=3.3V,
Iout=1A
Iout=1A
Power on/off from EN
VenVen
2V/Div
2V/Div
Vin=5V, Vout=3.3V, Iout=40mA
Ven
2V/Div
Vout
Vout
2V/Div
2V/Div
Ven
2V/Div
Vout
Vout
2V/Div
2V/Div
Vout
IoutIout
2V/Div
20mA/Div
20mA/Div
Vout
Iout
Iout
2V/Div
1A/Div
1A/Div
Iout
20mA/Div
Time
Time
(1ms/Div)
(1ms/Div)
Iout
1A/Div
Time (1ms/Div)
Power on/off from EN
Vin=5V, Vout=3.3V, Iout=1A
Time
Time
(1ms/Div)
(1ms/Div)
Time (1ms/Div)
13 - 12
Rev.1.2
ELM605DA 2A 同期整流 降圧 DC/DC コンバータ
■スイッチング温度特性
■Vfb-Top
■Vfb-Top
■Vfb-Top
フィードバック電圧 - 温度
0.82
0.82
0.82
■Fosc-Top
■Fosc-Top
■Fosc-Top 動作周波数 - 温度
Vfb-Top
Vfb-Top
Vfb-Top
Vin=5V, Vout=3.3V
1050.0
1050.0
1050.0
Vin=5V,
Vin=5V,
Vout=3.3V
Vout=3.3V
Fosc (KHz)
Fosc (KHz)
Fosc (KHz)
Vfb (V)
Vfb (V)
Vfb (V)
950.0
950.0
950.0
0.80.80.8
900.0
900.0
900.0
0.79
0.79
0.79
850.0
850.0
850.0
800.0
800.0
800.0-20 0 20 40 60 80 100 120
-40
120120
-40-40-20-20 0 0 20 2040 4060 6080 80100100
0.78
0.78
0.78-20 0 20 40 60 80 100 120
-40
-40-40-20-20 0 0 20 2040 4060 6080 80100100
120120
Top
(°C)
Top
Top
(°C)
(°C)
Top
(°C)
Top
Top
(°C)
(°C)
240
240240
Vin=5V,
Vin=5V,
Vout=3.3V
Vout=3.3V
1000.0
1000.0
1000.0
0.81
0.81
0.81
■Iq-Top
■Iq-Top
■Iq-Top
Fosc-Top
Fosc-Top
Fosc-Top
Vin=5V, Vout=3.3V
静止電流 - 温度
Iq-Top
Iq-Top
Iq-Top
Vin=5V
Vin=5V
Vin=5V
230
230230
Iq (�A)
Iq (�A)
Iq (�A)
220
220220
210
210210
200
200200
190
190
120
-20-20-20
-40190
0 0 20
8080100
6060 60
4040 40
120120
-40-40
0 20 20
80100100
Top
(°C)
Top
Top
(°C)
(°C)
13 - 13
Rev.1.2