19-1075; Rev 0; 6/96 NUAL KIT MA ATION U EET L H A S V E TA WS DA FOLLO 概要 ___________________________________ 特長 ___________________________________ MAX1626/MAX1627は、1mAから2A以上にわたる負 荷電流範囲で高効率を実現したステップダウンDC-DC スイッチングコントローラです。独自の電流制限パル ス周波数変調(PFM)制御方式を採用したこれらの素子 は最大100%のデューティサイクルで動作するため、 ドロップアウト電圧が極めて低くなっています。この 制御方式は最小負荷の制限がないため、軽負荷時の消 費電流は90µA まで低減されています(普通のパルス幅 変調(PWM)コントローラの場合は2mA∼10mA)。 ◆ 低ドロップアウト電圧 これらのステップダウンコントローラは外部Pチャネル MOSFETを駆動するため、12W以上のアプリケーション の設計が柔軟になります。ソフトスタート機能により、 スタートアップ時のサージ電流が低減されています。 スイッチング周波数が最大300kHzと高く、連続コンダク ションモードで動作するため、小型の表面実装インダクタ を使用することができます。出力コンデンサも小さくて済 むため、PCボード面積とシステムコストを節約できます。 ◆ スイッチング周波数：300kHzまで 出力電圧はMAX1626が固定5V及び3.3V、MAX1627は 可変です。入力電圧は最大+16.5Vです。MAX1626/ MAX1627はMAX1649/MAX1651の機能をアップ グレードしたものです。 アプリケーション _______________________ PCMCIA電源 PDA ハンドヘルドコンピュータ ◆ 最大デューティサイクル：100% ◆ ソフトスタートによりスタートアップ電流を制限 ◆ 効率：90%以上(負荷3mA∼2A) ◆ 出力電力：12.5W以上 ◆ 最大自己消費電流：90µA ◆ 最大シャットダウン電流：1µA ◆ 最大入力電圧：16.5V ◆ 出力電圧：5V/3.3V(MAX1626) 可変(MAX1627) ◆ 電流制限制御方式 型番 ___________________________________ TEMP. RANGE PART PIN-PACKAGE MAX1626C/D 0°C to +70°C Dice* MAX1626ESA MAX1627C/D MAX1627ESA -40°C to +85°C 0°C to +70°C -40°C to +85°C 8 SO Dice* 8 SO * Dice are tested at TA = +25°C. ポータブルターミナル 低コストのノート型コンピュータ用電源 5Vから3.3VへのグリーンPCアプリケーション 標準動作回路 ___________________________ 高効率ステップダウンレギュレーション INPUT 3.3V to 16.5V 最小部品点数のDC-DCコンバータ バッテリ駆動アプリケーション ピン配置 _______________________________ V+ TOP VIEW MAX1626 ON/OFF OUT 1 3/5 (FB) 2 SHDN 3 MAX1626 MAX1627 REF 4 8 GND 7 EXT 6 CS 5 V+ SHDN CS EXT 3/5 P OUTPUT 3.3V OUT REF GND SO ( ) ARE FOR MAX1627 ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Supply Voltage, V+ to GND.......................................-0.3V, +17V OUT, FB, 3/5, SHDN, REF, CS, EXT to GND ...-0.3V, (V+ + 0.3V) Maximum Current at REF (IREF) ..........................................15mA Maximum Current at EXT (IEXT) ..........................................50mA Continuous Power Dissipation (TA = +70°C) SO (derate 5.88mW/°C above +70°C) ..........................471mW Operating Temperature Range MAX1626ESA/MAX1627ESA ............................-40°C to +85°C Storage Temperature Range .............................-65°C to +160°C Lead Temperature (soldering, 10sec) .............................+300°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. ELECTRICAL CHARACTERISTICS (V+ = +3V to +16.5V, SHDN = 3/5 = 0V, TA = 0°C to +85°C, unless otherwise noted.) PARAMETER Input Voltage Range Supply Current into V+ SYMBOL CONDITIONS V+ I+ MIN Operating, no load 70 V+ = SHDN = 16.5V (shutdown) VOUT OUT Input Current IOUT V 90 2.7 2.8 4.85 5.00 5.15 Circuit of Figure 1, 3/5 = 0V (Note 1) 3.20 3.30 3.40 MAX1626, 3/5 = V+, output forced to 5V MAX1627, includes hysteresis FB Leakage Current MAX1627 CS Input Current 37 50 1.33 V 35 nA 0 100 10 µA mV V SHDN = 0V or V+ 0.4 V ±1 µA V+ - 0.5 V 3/5 Input Voltage Low 3/5 = 0V or V+ EXT Resistance V+ = 5V Minimum EXT Off Time 0.5 V ±1 µA Ω 10 Output forced to 0V 8 10 12 Output in regulation 1.5 2.0 2.5 EXT Duty-Cycle Limit 100 Line Regulation 6.0V < V+ < 12.0V, ILOAD = 1A Load Regulation ILOAD = 0µA mV/V 15 1.27 µs % 5 30mA < ILOAD < 2.0A, V+ = 8V VREF µA 115 1.6 3/5 Leakage Current V 1.30 85 3/5 Input Voltage High V 24 SHDN Input Voltage Low SHDN Input Current µA 1.27 0 VCS SHDN Input Voltage High Reference Voltage UNITS 16.5 Circuit of Figure 1, 3/5 = V+ (Note 1) FB Threshold Voltage CS Threshold Voltage MAX 1 Undervoltage Lockout Output Voltage TYP 3.0 mV/A 1.30 1.33 V REF Load Regulation 0µA ≤ IREF ≤ 100µA 4 10 mV REF Line Regulation V+ = 3V to 16.5V, ILOAD = 0µA 10 100 µV/V 2 _______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ MAX1626/MAX1627 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (V+ = +3V to +16.5V, SHDN = 3/5 = 0V, TA = -40°C to +85°C, unless otherwise noted.) (Note 2) PARAMETER SYMBOL Input Voltage CONDITIONS MIN V+ Supply Current into V+ TYP 3.0 IOUT Operating, no load MAX UNITS 16.5 V 100 V+ = SHDN = 16.5V (shutdown) µA 2 Undervoltage Lockout 2.9 Output Voltage VOUT OUT Input Current IOUT Circuit of Figure 1, 3/5 = V+ 4.80 5.20 Circuit of Figure 1, 3/5 = 0V 3.16 3.44 MAX1626, 3/5 = V+, output forced to 5V FB Threshold Voltage MAX1627, includes hysteresis FB Leakage Current MAX1627 ILOAD = 0µA V 24 50 1.25 1.35 V 0 50 nA 80 120 mV 1.25 1.35 V CS Threshold Voltage Reference V µA Note 1: V+ must exceed VOUT to maintain regulation. Note 2: Specifications from 0°C to -40°C are guaranteed by design, not production tested. 標準動作特性______________________________________________________________________ (Circuit of Figure 1, TA = +25°C, unless otherwise noted.) 5V SETTING VOUT = +4.8V 0.15 MAX1626-05 D E F 60 50 40 0.10 20 0.05 10 0 0 0.5 1.0 1.5 LOAD (A) 90 2.0 2.5 A B C 80 70 30 0 100 EFFICIENCY (%) 0.25 0.20 C B A 80 3.3V SETTING VOUT = +3.17V 0.30 90 EFFICIENCY (%) DROPOUT VOLTAGE (V) 100 MAX1626-11 0.45 0.40 0.35 EFFICIENCY vs. LOAD CURRENT (VOUT = +5V) EFFICIENCY vs. LOAD CURRENT (VOUT = +3.3V) MAX1626-03 DROPOUT VOLTAGE vs. LOAD CURRENT CIRCUIT OF FIGURE 1 0.1m 1m 10m A: V+ = +4.3V B: V+ = +5V C: V+ = +8V D: V+ = +10V E: V+ = +12V F: V+ = +15V 70 50 40 LOAD CURRENT (A) 1 A: V+ = +6V B: V+ = +8V C: V+ = +10V D: V+ = +12V E: V+ = +15V 30 20 10 0 100m D E 60 10 CIRCUIT OF FIGURE 1 0.1m 1m 10m 100m 1 10 LOAD CURRENT (A) _______________________________________________________________________________________ 3 標準動作特性 （続き） _________________________________________________________________ (Circuit of Figure 1, TA = +25°C, unless otherwise noted.) MAX1626 EXT OFF TIME vs. OUTPUT VOLTAGE 0.4 0.3 B C D 10 6 3/5 = V+ 4 8 6 4 3/5 = GND 2 0.1 0 2 0 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 TEMPERATURE (°C) 0 0 1 2 3 4 5 tRISE AND tFALL (ns) 35 tRISE, V+ = +5V 30 25 20 tRISE, tFALL, V+ = +15V 15 10 5 MAX1626-10 350 CEXT = 1nF 3/5 = 0V OUT = 50kHz, 0.3Vp-p, 3.3VDC 300 250 tRISE, V+ = +15V 200 tFALL, V+ = +5V 150 tRISE, V+ = +5V 50 tFALL, V+ = +15V 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 2000 MAX1626 V+ QUIESCENT CURRENT vs. TEMPERATURE CS TRIP LEVEL vs. TEMPERATURE IQ (µA) V+ = +10V 66 62 60 OUT = 0V 110 CS TRIP LEVEL (mV) V+ = +16V 68 64 115 MAX1626-01 70 4000 CAPACITANCE (pF) TEMPERATURE (°C) 72 0.6 V+ = +4V 105 100 95 90 3/5 = 0V OUT FORCED TO 3.4V -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 TEMPERATURE (°C) 0.8 1.0 FB PIN VOLTAGE (V) 100 -60 -40 -20 0 0.4 400 tRISE AND tFALL (ns) tFALL, V+ = +5V 40 0.2 EXT RISE AND FALL TIMES vs. CAPACITANCE MAX1626-09 50 45 0 OUTPUT VOLTAGE (V) EXT RISE AND FALL TIMES vs. TEMPERATURE 4 V+ = +5V 10 8 E 0.2 12 MAX1626-02 V+ = +5V MAX1626-12 0.5 12 EXT OFF TIME (µs) 0.6 A APPLICATION CIRCUIT SHUTDOWN CURRENT: A: V+ = +15V B: V+ = +10V C: V+ = +4V MAX1626 SHUTDOWN CURRENT: D: V+ = +16V E: V+ = +4V EXT OFF TIME (µs) 0.7 MAX1626-04 0.8 MAX1627 EXT OFF TIME vs. FB PIN VOLTAGE MAX1626-03 MAX1626 SHUTDOWN CURRENT vs. TEMPERATURE SHUTDOWN CURRENT (µA) MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ 85 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 TEMPERATURE (°C) _______________________________________________________________________________________ 1.2 1.4 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ MAX1626/MAX1627 標準動作特性 （続き） _________________________________________________________________ (Circuit of Figure 1, TA = +25°C, unless otherwise noted.) REFERENCE OUTPUT VOLTAGE vs. TEMPERATURE MAX1626-14 1.305 MAX1626-13 REFERENCE OUTPUT VOLTAGE (V) 1.310 MAX1626 SHUTDOWN RESPONSE TIME AND SUPPLY CURRENT A IREF = 0µA IREF = 10µA 1.300 1.295 B IREF = 50µA 1.290 IREF = 100µA 1.285 C 1.280 20 40 60 80 100 120 140 500µs/div TEMPERATURE (°C) V+ = 8V, VOUT = 5V, LOAD = 1A A: OUT, 2V/div B: SUPPLY CURRENT, 1A/div C: SHDN, 5V/div LINE-TRANSIENT RESPONSE FROM 100% DUTY CYCLE MAX1626 LINE-TRANSIENT RESPONSE MAX1626-15 MAX1626-16 MAX1626 LOAD-TRANSIENT RESPONSE A MAX1626-17 -60 -40 -20 0 A A B B B 100µs/div V+ = 8V, VOUT = 3.3V, LOAD = 30mA to 2A A: OUT, 50mV/div, 3.3V DC OFFSET B: LOAD CURRENT, 1A/div 5ms/div VOUT = 5V, LOAD = 1A, CIN = 33µF A: OUT, 100mV/div, 5V DC OFFSET B: V+ 6V to 12V, 2V/div 5ms/div VOUT = 3.3V, LOAD = 1A, CIN = 47µF A: OUT, 100mV/div, 3.3V DC OFFSET B: V+ 3.3V to 15V, 5V/div _______________________________________________________________________________________ 5 MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ 端子説明 __________________________________________________________________________ 端子 名称 機 能 1 OUT 固定5V又は3.3V出力動作用の検出入力。OUTは内部分圧器に接続されています (MAX1626)。電流は供給しません。可変出力動作時にはOUTは無接続のままにして ください(MAX1627)。 — 2 FB 可変出力動作用のフィードバック入力。出力とGNDの間の外部分圧器に接続してくだ さい(「出力電圧の設定」の項を参照)。 2 — 3/5 3.3V又は5Vの選択。このピンがローのとき出力電圧は3.3Vに設定され、ハイのとき は5Vに設定されます。 3 3 SHDN アクティブハイシャットダウン入力。SHDNがハイになると素子はシャットダウンし ます。シャットダウンモードではリファレンス、出力及び外部MOSFETはターンオフ します。通常動作ではGNDに接続してください。 4 4 REF 1.3Vリファレンス出力。100µAの電流ソース能力があります。0.1µFでバイパスしてください。 5 5 V+ 正電源入力。0.47µFでバイパスしてください。 6 6 CS 電流検出入力。V+とCSの間に電流検出抵抗を接続してください。抵抗の両端の電圧 が電流制限検出レベル(約100mV)に等しくなると外部MOSFETがターンオフします。 7 7 EXT 外部PチャネルMOSFETのゲートドライブ。EXTはV+とGNDの間でスイングします。 8 8 GND グランド MAX1626 MAX1627 1 EXT INPUT C2 68µF LOW-ESR TANTALUM C3 68µF LOW-ESR TANTALUM REF 1.5V C5 0.47µF MAX1626 MAX1627 REF ERROR COMPARATOR OUT MINIMUM ON-TIME ONE-SHOT TRIG R2 Q V+ 3/5 CS SHDN REF C4 0.1µF R1 U1 LOGIC-LEVEL MOSFET EXT GND (FB) Q TRIG MINIMUM OFF-TIME ONE-SHOT RSENSE 0.04Ω MAX1626 P OUT D1 L1 22µH, 3A 3/5 OUTPUT S Q R C1 220µF LOW-ESR TANTALUM CURRENT-SENSE COMPARATOR L1: SUMIDA CDRH125-220 D1: NIHON NSQ03A03 U1: MORTOLA MMSF3PO2HD 図1. MAX1626の標準動作回路 6 R3 SHDN V+ CS ( ) MAX1627 ONLY MAX1626 ONLY 図2. 簡略ファンクションダイアグラム _______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ MAX1626/MAX1627は、主にポータブルコンピュータ 及びバッテリ駆動機器用に設計されたステップダウン DC-DCコントローラです。外部MOSFETと電流検出抵 抗の使用により設計が柔軟になり、高性能なPチャネル MOSFETとの組合わせで高効率が得られます。独自の 電流制限パルス周波数幅変調(PFM)制御方式により、数 百倍にわたる負荷範囲内で優れた効率を達成しており、 しかも無負荷時の消費電流は僅か90µAです。このよう にMAX1626/MAX1627はダイナミックレンジが広い ため、個々の回路ブロックがエネルギーを節約しようと してオン/オフするような負荷電流の変動が大きいバッ テリ駆動アプリケーションに最適です。100%のデュー ティサイクルまで動作可能なため、ドロップアウト電圧 が最小限となり、バッテリ寿命が延長できます。スイッ チング周波数が高く、回路トポロジーがシンプルなため、 PCボード面積と部品コストを最小限に抑えることができ ます。図1にMAX1626の標準動作回路を示します。 PFM制御方式 MAX1626/MAX1627は、マキシム社独自の第三世代の電 流制限PFM制御方式を採用しています。改良点としては 電流検出スレッショルドの低減及びデューティサイクル 100%までの動作等が挙げられます。これらのデバイスは レギュレーションを維持するのに必要なパルスしか発生し ないため、負荷と共に増加する可変スイッチング周波数と なっています。これにより、一定周波数パルス幅変調 (PWM)コントローラにみられる不必要なMOSFETの スイッチングに起因する電流損失を防いでいます。 出力電圧が低くなりすぎると、エラーコンパレータが フリップフロップを設定し、これにより外部Pチャネル MOSFETがターンオンしてスイッチングサイクルが始 まります(図1及び図2)。図3に示すように、インダクタを 流れる電流は直線的に増加して、磁場の中にエネルギーを 蓄積すると同時に電荷を出力コンデンサに注ぎ込んで負 荷電流を供給します。MOSFETがターンオフすると磁場は 崩壊し、ダイオードD1がターンオンし、インダクタを流 れる電流は今度は減少しながら蓄積されたエネルギーを出 力コンデンサと負荷に移行させます。出力コンデンサはイ ンダクタ電流が大きいときにエネルギーを蓄積し、インダ クタ電流が小さいときにエネルギーを放出します。 MAX1626/MAX1627は、各パルスを制御するために 独自のフィードバック及び制御システムを採用していま す。出力電圧が低すぎるとエラーコンパレータがフリッ プフロップを設定し、そのフリップフロップが今度は外 部PチャネルMOSFETをオンにします。電流検出スレッ ショルドを超えるか、あるいは出力電圧が安定化状態に なるとMOSFETはオフします。電流制限に達した場合 を除き、単安定マルチバイプレータが最小オン時間2µs を強制します。フリップフロップはMOSFETがオフに したときにリセットします。そうでなければMOSFET はオン状態に留まり、最大100%のデューティサイクル が可能です。この機能はドロップアウトを最小限に留め ることを保証します。いったんMOSFETがオフになる と、最小オフ時間コンパレータがMOSFETをオフ状態 に維持します。最小オフ時間は出力が安定化範囲を大き く外れた場合を除き、通常2µsです。出力が30%以上 低いと最小オフ時間が増加してソフトスタートを可能に します。エラーコンパレータは、ノイズ耐性をよくする ために0.5%のヒステリシスを持っています。 MAX1626では3/5ピンで出力電圧を選択します(図2)。 MAX1627ではF Bの外部フィードバック抵抗で出力を 調整します。 動作モード 出力電流が小さい場合や中程度までの場合、MAX1626/ MAX1627は断続コンダクションモードで動作します。 インダクタを流れる電流はゼロから始まり、電流検出抵抗 で設定されるピーク電流制限に達するまで上昇し、それか ら各サイクル中にゼロまで減少していきます(図3)。効率 は依然として優れていますが、出力リップルが増加し、 スイッチ波形にリンギングが生じます。このリンギングは コミュテーションダイオード(図1のD1)がオフになったと きのコアの残存エネルギーに起因するものであり、イン ダクタと浮遊容量の共振周波数で起こります。これは 正常な現象であり、動作上の問題にはなりません。 大きな出力電流を供給するときにはMAX1626/MAX1627 は連続コンダクションモードで動作します(図4)。この モードではインダクタには常に電流が流れ、ゼロになること はありません。制御回路はスイッチのデューティサイクルを 調整することで、電流検出抵抗によって設定されたピーク スイッチング電流を超えることなくレギュレーションを維持 します。これは出力リップルを小さくし、効率を高めます。 100%デューティサイクル及びドロップアウト MAX1626/MAX1627は最大デューティサイクル100% まで動作します。すなわち、電源電圧が出力電圧に近付 いたときにMOSFETを連続的にオンにしてバッテリの使 用寿命を延ばすことができます。この結果、デューティ サイクルが100%未満の従来のスイッチングレギ ュレータ には不可能な条件でも、負荷に電流を供給することができ ます。ドロップアウト電圧は、出力がレギュレーションか ら外れるところまで入力が低くなったときの入出力間電 圧差として定義されます。ドロップアウトはMOSFETの ドレイン・ソース間のオン抵抗、電流検出抵抗及びインダ クタの直列抵抗に依存し、負荷電流に比例します。 ドロップアウト電圧 = [ IOUT x RDS(ON) + RSENSE + RINDUCTOR ] _______________________________________________________________________________________ 7 MAX1626/MAX1627 詳細 ___________________________________ MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ A A B B C 0A C 0A 10µs/div 10µs/div CIRCUIT OF FIGURE 1, V+ = 8V, VOUT = 5V, LOAD = 100mA A: MOSFET DRAIN, 5V/div B: OUT, 50mV/div, 5V DC OFFSET C: INDUCTOR CURRENT, 1A/div CIRCUIT OF FIGURE 1, V+ = 8V, VOUT = 5V, LOAD = 1.5A A: MOSFET DRAIN, 5V/div B: OUT, 50mV/div, 5V DC OFFSET C: INDUCTOR CURRENT, 1A/div 図3. 断続コンダクションモード(軽負荷時の電流波形) 図4. 連続コンダクションモード(重負荷時の電流波形) EXT駆動電圧範囲 通常動作では0.1µFでリファレンスをバイパスしてくだ さい。バイパスコンデンサはREFから5mm以内に取り 付け、GNDトレースに直接接続してください(図7)。 E X TはV+からGNDまでスイングし、外部P チャネル パワーMOSFETにゲートドライブを提供します。電源電 圧が高いとMOSFETへのゲートドライブが増加し、オン 抵抗(RDS(ON))が減少します。「外部スイッチングトラン ジスタ」 の項を参照してください。 自己消費電流 標準的な自己消費電流は70µAです。しかし、実際のアプ リケーションではMOSFETのスイッチング電流、OUTピン の電流又は外部フィードバック抵抗(使用している場合)、 及びダイオードとコンデンサ両方のリーク電流が加わり ます。例えば、図1の回路でV+が7V、V OUTが5Vとする と、回路全体の標準的な無負荷時の消費電流は84µAです。 高温動作用の回路を設計する場合は、逆漏れ電流の小さ いショットキーダイオードを使用してください。 シャットダウンモード SHDNがハイのとき、デバイスはシャットダウンモード に入ります。このモードではフィードバックと制御回路、 リファレンス及び内部バイアス回路がターンオフしま す。EXTはハイになって外部MOSFETをターンオフしま す。シャットダウン時には消費電流が1µA以下にまで低 減します。SHDNはロジックレベル入力です。通常動作 ではSHDNをGNDに接続してください。 リファレンス 1.3VリファレンスはA/Dコンバータ等の外部負荷の駆動 に適しています。100µAまでの負荷電流ソースとなって いる場合の最大負荷レギュレーションは10mVです。 シャットダウン中はリファレンスはターンオフされます。 8 ソフトスタート ソフトスタートは電源へのストレスと過渡的な電圧低下 を軽減します。出力電圧がグランドに近い場合は、ピー クスイッチング電流を制限するために最小オフ時間は延 長されます。こうすることで低出力電圧に起因する負の インダクタ電流スロープの減少が補償されます。 設計情報 _______________________________ 出力電圧の設定 MAX1626の出力電圧は3/5ピンを用いたロジック制御 によって3.3V又は5Vに設定できます。3/5ピンの電圧が 0.5V以下のときは3.3V出力が保証され、(V+ - 0.5V)V 以上のときは5V出力が保証されます。電圧検出ピン (OUT)はMAX1626の出力に接続されていなければなり ません。 MAX1627の出力電圧は2つの抵抗R2及びR3を用いて 設定されます(図5)。これらの抵抗は出力とGNDの間で 分圧器を形成します。R2は次式によって与えられます。 V R2 = R3 x OUT − 1 VREF ここでV REF = 1.3Vです。F Bでの入力バイアス電流の 最大値は50nAであるため、R3に大きな値(10kΩ∼ 200kΩ)を用いても精度は殆ど損なわれません。誤差 を1%にするためには、R2を流れる電流がFBの入力バイ アス電流の少なくとも100倍である必要があります。 _______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ FROM OUTPUT R2 CR2 TO FB 電流検出抵抗の選択 電流検出コンパレータはピークスイッチング電流を V CS/RSENSEに制限します。ここでRSENSEは電流検出抵 抗の値、V CS は電流検出スレッショルドです。V CS は 85mV∼115mVの範囲内で通常100mVです。ピーク スイッチング電流を最小限に留めることで効率を上げ、 外付部品のサイズとコストを低減することができます。 しかし、取り出し得る出力電流はピークスイッチング 電流の関数であるため、ピーク電流制限をあまり低く 設定することはできません。 ピーク電流制限は最大負荷電流の1.3倍に設定してくだ さい。これには電流検出抵抗を以下のように設定する ことで達成します。 RCS = VCS(MIN) R3 図5. MAX1627を用いた可変出力動作 インダクタの選択 インダクタを選択する際に重要なパラメータは、インダ クタンス値と電流定格です。MAX1626/MAX1627は 広範囲のインダクタンス値で動作します。多くのアプリ ケーションでは、10µH∼68µHの値が最もコントローラ の高スイッチング周波数の優位性を引き出します。 最小インダクタンス値は次式から計算してください。 1.3 x IOUT(MAX) 図6aと図6bの電流検出抵抗のグラフを用いて5V及び3.3V 出力用の電流検出抵抗を選択してください。電流検出抵抗 の電力定格は次式よりも20%大きくしてください。 RPOWER RATING (W) = V2CS(MAX) RCS 標準的な巻線抵抗はインダクタンスが高く、性能に悪影 響を与えるため、推奨されていません。表面実装(チッ プ)抵抗はインダクタンスが極めて小さく、電流検出抵 抗に適しています。パワーメタルストリップ抵抗は電力 消費が1/2Wのものと1Wのものがあり、許容誤差は1%、 インダクタンスは5nH以下です。抵抗値は10mΩ∼ 500mΩのものが用意されています。 L(MIN) = - VOUT ) x 2µs VCS(MIN) RCS ここで2µsは最小オン時間です。インダクタンス値とし てはL(MIN)の2倍∼6倍が推奨されます。 インダクタの値が大きいと、MAX1626/MAX1627は フル負荷よりずっと小さな負荷で連続コンダクション動 作を開始します( 「詳細」 の項を参照)。インダクタ値を小 さくすればサイズとコストは低減できますが、電流検出 コンパレータに伝播遅延が生じるため、ピーク電流のオー バシュートが大きくなります。ピーク電流のオーバ シュートは効率を低下させるだけでなく、外付部品の 電流定格を超過させてしまう恐れがあります。 3.5 3.5 VOUT = 5V VOUT = 3.3V RSENSE = 0.03Ω MAXIMUM OUTPUT CURRENT (A) MAXIMUM OUTPUT CURRENT (A) (V+(MAX) 3.0 2.5 RSENSE = 0.04Ω 2.0 RSENSE = 0.05Ω 1.5 1.0 RSENSE = 0.1Ω 0.5 RSENSE = 0.03Ω 3.0 RSENSE = 0.04Ω 2.5 RSENSE = 0.05Ω 2.0 1.5 RSENSE = 0.1Ω 1.0 0.5 0 0 4.5 5.0 5.5 6.0 10 12 14 16 INPUT VOLTAGE (V) 図6a. MAX1626の5V動作時の電流検出抵抗グラフ 3.0 3.5 4.0 4.5 10 12 14 16 INPUT VOLTAGE (V) 図6b. MAX1626の3.3V動作時の電流検出抵抗グラフ _______________________________________________________________________________________ 9 MAX1626/MAX1627 コンデンサCR2 の役目はMAX1627を補償してスイッ チングを均一にすることです。多くのアプリケーション では0pF∼330pFの値が適切です。詳細については 「安定 性とMAX1627のフィードバック補償」 の項を参照してく ださい。 MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ 過熱とコアの飽和を防ぐために、インダクタの飽和及 び加熱電流定格はピークスイッチング電流よりも大き くしなければなりません。インダクタの磁束密度がコ アのサポートできる最大レベルに達すると飽和状態に なり、インダクタンスが低下し始めます。加熱電流定 格とは、インダクタを過熱せずに流せる最大DC電流の ことです。ピークスイッチング電流は電流検出抵抗に よって設定された電流と電流検出コンパレータの伝播 遅延中のオーバシュートの和です。 (V + − VOUT ) × 1µs V IPEAK = CS + RCS L 1µsは電流検出コンパレータの伝播遅延のワーストケー スの値です。 コアには、フェライト、Kool MuTM、METGLASTM又は相 当品を用いたインダクタが推奨されます。高スイッチング 周波数に対しては鉄粉コアは推奨されません。効率を最 適化するために、インダクタの巻線抵抗は電流検出抵抗 と同程度にしてください。必要であれば、放射ノイズ を抑えるためにトロイド、ポットコア又はシールド付 コアのインダクタを使用してください。表1に様々なアプ リケーション用のインダクタタイプ及びメーカが記載さ れています。 KOOL MuはMagnetics社の商標です。 METGLASはAllied Signal社の商標です。 表1. 外部スイッチングトランジスタ MAX1626/MAX1627はP チャネルエンハンスメント モードMOSFETを駆動します。EXT出力はGNDからV+ の電圧までスイングします。入力電圧が8V未満である 場合は、MOSFETが完全にオンになるようにロジック レベル又は低スレッショルドMOSFETを使用してくだ さい。表1及び表2にスイッチングトランジスタの推奨 メーカが記載されています。 P チャネルMOSFETを選択する際に重要な4つのパラ メータは、ドレイン・ソース間のブレークダウン電圧、 電流定格、総ゲートチャージ(Q g )及びRDS(ON) です。 ドレイン・ソース間のブレークダウン電圧は少なくとも V+よりも数V高くしてください。最大連続ドレイン電流 定格がピーク電流制限よりも高いMOSFETを選択してく ださい。 ID(MAX) ≥ ILIM (MAX) = VCS(MAX) RSENSE ドレイン電圧の立上がり/立ち下がり時間を短くし、リニア 領域での遷移中の電力損失を低減するために、Qgの仕様は 100nCよりも小さくしてください。Qg はMOSFETの ゲートを充電する際に関係する全ての容量を意味します。 「標準動作特性」 に示すように、EXTピンの立上がり/立ち下 がり時間は容量性負荷によって変化します。MOSFETが オンである間の電力損失を低減するために、RDS(ON)は 実用上可能な限り小さくしてください。つまり、電流検出 抵抗以下になるようにしてください。 部品選択表 PRODUCTION METHOD INDUCTORS Sumida CDRH125-470 (1.8A) CDRH125-220 (2.2A) CAPACITORS DIODES CURRENT-SENSE RESISTORS MOSFETS Siliconix Little Foot series AVX TPS series Motorola MBRS340T3 Dale WSL series Coilcraft DO3316-473 (1.6A) DO3340-473 (3.8A) Sprague 595D series Nihon NSQ series IRC LRC series Motorola medium-power surface-mount products Miniature Through-Hole Sumida RCH875-470M (1.3A) Sanyo OS-CON series low-ESR organic semiconductor IRC OAR series Motorola Low-Cost Through-Hole Coilcraft PCH-45-473 (3.4A) Surface Mount Nichicon PL series Motorola low-ESR electrolytics 1N5817 to 1N5823 United Chemi-Con Motorola TMOS power MOSFETs LXF series 10 ______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ COMPANY PHONE FAX AVX USA Coilcraft Coiltronics Dale International Rectifier IRC Motorola Nichicon USA USA USA (803) 946-0690 or (800) 282-4975 (847) 639-6400 (516) 241-7876 (605) 668-4131 USA (310) 322-3331 (310) 322-3332 USA USA USA Japan USA Japan USA Japan (512) 992-3377 (602) 994-6430 (847) 843-2798 81-7-5256-4158 (805) 867-2698 81-3-3494-7414 (619) 661-1055 81-7-2070-1174 Siliconix USA Sprague Sumida USA USA Japan (512) 992-7900 (602) 303-5454 (847) 843-7500 81-7-5231-8461 (805) 867-2555 81-3-3494-7411 (619) 661-6835 81-7-2070-6306 (408) 988-8000 or (800) 554-5565 (603) 224-1961 (847) 956-0666 81-3-3607-5111 USA (714) 255-9500 Nihon Sanyo United Chemi-Con (803) 626-3123 (847) 639-1469 (516) 241-9339 (605) 665-1627 (408) 970-3950 (603) 224-1430 (847) 956-0702 81-3-3607-5144 (714) 255-9400 ダイオードの選択 MAX1626/MAX1627はスイッチング周波数が高いため、 高速整流器を必要とします。1N5817∼1N5822ファミリ あるいは表面実装の相当品等のショットキーダイオード が推奨されます。逆回復時間が約50ns以上の超高速整流 器(例えばMURシリーズ)を使用することもできます。 ダイオードのピーク電流定格がRSENSEによって設定され ているピーク電流制限を超えていることと、ブレーク ダウン電圧がV+を超えていることを確認してください。 ショットキーダイオードは順方向電圧が低いため、重負 荷の場合、特に低電圧アプリケーションで好適です。 一部のショットキーダイオードは漏れ電流が大きいため に高温アプリケーションには不適切です。こうした場合 には超高速整流器が推奨されます。ただし、逆電圧定格 の高いショットキーダイオードであれば、しばしば十分 な性能を発揮します。 コンデンサの選択 入出力ピーク電流をまかない、電圧リップルが許容範 囲内に収まるようにフィルタコンデンサを選択してくだ さい。コンデンサの等価直列抵抗(ESR)は出力リップル に大きく寄与するため、低ESRコンデンサが推奨されま す。最も適しているのが三洋のOS-CONコンデンサで、 その次に適しているのが低ESRのタンタルコンデンサ です。低ESRのアルミニウム電解コンデンサであれば 電圧リップルはESR及びコンデンサ容量による分の和 です。 VRIPPLE ≈ VRIPPLE,ESR + VRIPPLE,C 選択基準をシンプルにするために、リップルの2/3は ESRに起因し、1/3はコンデンサ容量に起因するものと 仮定します。ESRによる電圧リップルは近似的に次式 で与えられます。 VRIPPLE,ESR ≈ (RESR )(IPEAK ) 与えられた電圧リップルでの入出力コンデンサ容量は 次式から計算してください。 CIN = 1 LI2 2 ∆L VRIPPLE,CINVIN COUT = 1 LI2 2 ∆L VIN VRIPPLE,COUT VOUT VIN − VOUT ここでI ΔLはインダクタ電流の変化です(中程度の負荷 では約0.5IPEAK)。 これらの式から得られた結果はコンデンサの初期選択に 用いてください。ここで得られたコンデンサ容量を基に プロトタイプ又は評価キットを作り、そのテスト結果に よって最終的な値を設定してください。タンタルコンデン サを使用する場合は、ハンダ付作業を行う際、過熱しす ぎるとコンデンサが損傷してESRが増加するため、注意 してください。また、タンタルコンデンサのサージ電流 定格がスタートアップ・インラッシュ及びピークスイッ チング電流以上であることを確認してください。 エラーコンパレータのヒステリシス(出力電圧の0.5%) よりも出力リップルを小さくするのは実用的ではありま せん。これは、出力電圧がヒステリシススレッショルド をよぎるまで、必要に応じてMAX1626/MAX1627は スイッチングを行うからです。出力コンデンサは動作電 圧定格が出力電圧よりも高いものを選んでください 入力フィルタコンデンサは電源からのピーク電流を低減 し、回路のスイッチング動作に起因するV+及びCSのノ イズと電圧リップルを減少させます。低ESRコンデンサ を使用してください。コストを削減するためには、容量 の小さい低ESRコンデンサを2つ並列に接続してくださ い。入力コンデンサは動作電圧定格が最大入力電圧より も高いものを選んでください。 図7に示すように、V+とGNDのすぐ近くに表面実装セラ ミックコンデンサを取り付けてください。このコンデン サはMAX1626/MAX1627をバイパスし、電源のスパイ クやリンギングが電流フィードバック信号を妨害して ______________________________________________________________________________________ 11 MAX1626/MAX1627 何とか使用できますが、標準的なアルミニウム電解コン デンサは使用しないでください。 表2. 部品メーカ MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ ジッタを起こすのを防ぎます。容量は0.47µFが推奨さ れます。高電力のアプリケーションでは必要に応じて 大きめの値を採用してください。 REFは0.1µFでバイパスしてください。このコンデンサ はICの5mm以内で、REFの隣りに取り付け、トレース は直接GNDに接続してください(図7)。 レイアウト上の考慮 高周波スイッチングレギュレータはPCボードレイアウト に敏感です。レイアウトが悪いとスイッチングノイズが 電流及び電圧フィードバック信号に乗り、ジッタ、不安 定性及び性能の悪化につながります。電流検出抵抗はコン トローラICの5mm以内に、直接V+とCSの間に取り付け てください。電圧フィードバック抵抗(MAX1627)は出 力の近くではなく、FBピンの隣り(5mm以内)に取り付け てください。0.47µFの入力コンデンサ及び0.1µFの リファレンスバイパスコンデンサはV+とREFから5mm 以内に取り付け、直接GNDに接続してください。図7に これらの部品の推奨レイアウト及び配線を示します。 「標準動作回路」 (図1)でハイライトされている高電力ト レースはできるだけ短く、そして広くしてください。 電源電流ループ(C2、C3、RSENSE、U1、L1及びC1で 形成)及びコミュテーション電流ループ(D1、L1及び C1)は、放射ノイズを抑えるためにできるだけ小さくし てください。コミュテーションダイオード(D1)のアノー ド及び入力と出力フィルタコンデンサのグランドピンは 近くにまとめ、共通のスターグランドポイントに接続し てください。高電流によって出力フィルタコンデンサの グランドピン、コントローラIC及びリファレンスバイパ スコンデンサの間に大きな電圧勾配が生じないように、 部品の配置とグランド経路を工夫してください。PCボー ドの部品面側とハンダ面側の余分の銅箔をエッチングせ ずに残して、それを疑似グランドプレーンとして使用し てください。2層PCボードの例についてはMAX1626評 価キットのマニュアルを参照してください。 安定性及びMAX1627のフィードバック補償 適切なPCボードレイアウトを実施し、推奨されている 外付部品を用いることで安定動作を実現してください。 単安定マルチバイブレータのシーケンスPFM DC-DCコン バータでは、不安定性は「モーターボート的不安定性」 として現れます。これは通常はPCボードの設計が悪い か又は外付部品の選択が悪いために、電流もしくは電圧 フィードバック信号、グランド又はリファレンスに過剰な ノイズが生じることに起因します。モーターボート的不安 定性は、グループとしてまとまったスイッチングパルスが 大きなギャップを伴って現れ、低周波数の出力リップルが 過剰になるのが特徴です。断続電流モードから連続電流 モードへの遷移中に、グループとしてまとまったスイッ チングパルスがある程度現れるのは正常です。この場 合、パルスグループ同士の間には小さなギャップがあり、 12 yyyyy ,,,,, ,,,,, yyyyy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,, yy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,, yy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,, yy ,,,,, yyyyy ,,,, yyyy ,,,,, yyyyy MAX1626 4x SCALE R SENSE C REF C V+ BYPASS 図7. 電流検出抵抗、0.1µFリファレンス及び0.47µF 入力バイパスコンデンサの推奨配置及び配線 出力リップルの大きさは無負荷条件でのリップル以下 です。 MAX1627の場合、不安定動作はFBに過剰な浮遊容量が あると生じることもあります。これを補償するには、上側 のフィードバック抵抗(図5のR2)の両端に0pF∼330pFの フィードフォワードコンデンサを付加してください。 MAX1626/MAX1627対 MAX1649/MAX1651対MAX649/MAX651 MAX1626/MAX1627は、MAX649/MAX651ステップ ダウンコントローラをアップグレードした第三世代の優れ たコントローラです。効率の向上、電流検出スレッショル ドの低減(100mV)、ソフトスタート及び100%のデュー ティサイクルによる超低ドロップアウト等が特長です。 MAX649/MAX651は2ステップ(210mV/110mV)の電流 検 出 ス レ ッ シ ョ ル ド を 備 え て い ま す 。 MAX1649/ MAX1651は第二世代のアップグレード版で、96.5% の最大デューティサイクルがドロップアウト性能を向 上させ、また、電流検出スレッショルドを110mVに低 減させることで、特に低入力電圧での効率を高めてい ま す 。 MAX1649/MAX1651 は 、 フ ラ イ バ ッ ク や SEPIC回路のように100%のデューティサイクルが望ま しくない特殊なアプリケーションに適しています。 MAX1626のピン配置はMAX649やMAX1649ファミリ と似ているため、PCボードレイアウトさえ適切であれ ば固定出力モードアプリケーションで(外付部品定数を 多少変更して)MAX1626を代替部品として使用するこ とができます。可変モードでMAX649又はMAX1649 ファミリが用いられている場合もMAX1627を代替部品 として使用することができますが、この場合はフィード バック抵抗の値を変更する必要があります。これは、 MAX1627のリファレンス電圧が低い(1.3V又は1.5V)た めです。MAX649又はMAX651の代替部品として使用 する場合は電流検出抵抗値を50%小さくしてください。 ______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ INPUT C2 68µF LOW-ESR TANTALUM C3 68µF LOW-ESR TANTALUM C2 68µF LOW-ESR TANTALUM C5 0.47µF C3 0.47µF V+ V+ RSENSE 0.15Ω MAX1627 N.C. OUT CS SHDN P REF C4 0.1µF D1 R2 CR2 SHDN ADJUSTABLE OUTPUT FB R3 図8. L1 22µH, 3A C1 220µF LOW-ESR TANTALUM RSENSE 0.15Ω MAX1626 CS U1 LOGIC-LEVEL MOSFET EXT GND 3/5 REF U1 LOGIC-LEVEL MOSFET P EXT GND アプリケーション _______________________ MAX1626/MAX1627の標準動作回路(図1及び図8)は 出力電圧5Vで2Aを出力するように設計されています。 以下の回路例は他のアプリケーションの参考として利 用してください。 C4 0.1µF C1 100µF LOW-ESR TANTALUM D1 L1: SUMIDA CDR1053-680 D1: MOTOROLA MBRS130T3 U1: MOTOROLA MMSF3P02HD 図9. 0.5Aのステップダウンコンバータ INPUT 3V TO 6V C5 100µF C4 100µF C6 0.1µF C8 1.0µF C9 1.0µF RCS1, RCS2 0.025Ω MAX1627 N.C. OUT SHDN REF C10 0.1µF GND CS P EXT FB Q1 LOGIC-LEVEL MOSFET L1 2.7µH >8A OUTPUT 2.5V, 6A D1 高電流ステップダウンコンバータ 図10の回路は5V又は3.3V入力から2.5V、6Aを出力しま す。高電流の設計は難しく、放射ノイズ、スイッチング トランジェント及びPCボードトレースの電圧勾配を考慮 したボードレイアウトが重要になります。図11は推奨PC ボードデザインです。外部MOSFETはできるだけRDS(ON) の小さなものを選んでください。ゲートチャージ係数は MAX1626/MAX1627の駆動能力以下に保ってください (「標準動作特性」 の 「Ext立上がり及び立下がり時間対容 量」 のグラフを参照してください)。これを怠った場合、 MOSFETの立上がり/立下がり時間が増加して効率が低下 します。特に低出力電圧での高効率が必要な場合は、同 期整流のステップダウンコントローラであるMAX796フ ァミリを推奨します。 C7 0.1µF V+ マイクロパワーステップダウンコンバータ 低電力のバッテリ駆動アプリケーションを設計するとき は、ゲート容量の小さな外部MOSFETを使用し(スイッ チング損失を抑えるため)、ピーク電流制限を低くして I 2R損失を抑えてください。図9の回路は0.5A用に最適 化されています。 OUTPUT OUT L1: SUMIDA CDRH125-220 D1: NIHON NSQ03A03 U1: MOTOROLA MMSF3P02HD MAX1627の標準動作回路 L1 68µH, 0.7A R3 21.5k, 1% R2 20k, 1% CR2 220pF 図10. C1 C2 C3 220µF 220µF 220µF C1–C3: SANYO OS-CON 220µF, 6.3V C4, C5: SANYO OS-CON 100µF, 20V RCS1, RCS2: 0.025Ω DALE WSL-2512 Q1: MOTOROLA MTB50PO3HDL D1: NIEC C10T04Q L1: SUMIDA CDRH127-2R7NC 6Aのステップダウンコンバータ ______________________________________________________________________________________ 13 MAX1626/MAX1627 INPUT MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ VIA VIAS VIA COMPONENT PLACEMENT GUIDE—COMPONENT SIDE COPPER ROUTING—FRONT SIDE COPPER ROUTING—BACK SIDE 図11. 14 6A ステップダウンコンバータ用の推奨PCボード ______________________________________________________________________________________ 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ OUT GND MAX1626/MAX1627 チップ構造図 ___________________________ GND EXT 3/5 (FB) 0.105" (2.63mm) CS SHDN VCC REF 0.081" (2.06mm) ( ) ARE FOR MAX1627 TRANSISTOR COUNT: 375 SUBSTRATE CONNECTED TO V+ ______________________________________________________________________________________ 15 MAX1626/MAX1627 5V/3.3V/可変出力、100%デューティサイクル 高効率ステップダウンDC-DCコントローラ パッケージ ________________________________________________________________________ DIM D 0°-8° A 0.101mm 0.004in. e B A1 E 16 C H L Narrow SO SMALL-OUTLINE PACKAGE (0.150 in.) A A1 B C E e H L INCHES MAX MIN 0.069 0.053 0.010 0.004 0.019 0.014 0.010 0.007 0.157 0.150 0.050 0.244 0.228 0.050 0.016 DIM PINS D D D 8 14 16 MILLIMETERS MIN MAX 1.35 1.75 0.10 0.25 0.35 0.49 0.19 0.25 3.80 4.00 1.27 5.80 6.20 0.40 1.27 INCHES MILLIMETERS MIN MAX MIN MAX 0.189 0.197 4.80 5.00 0.337 0.344 8.55 8.75 0.386 0.394 9.80 10.00 ______________________________________________________________________________________ 21-0041A
* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project
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