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MIC4540419 V 5 A 超薄型 DC/DC 電源モジュール

注意 : この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。最新情報は必ずオリジナルの英語版をご参照願います。

特長

• 入力電圧レンジ : 4.5 ～ 19 V• 出力電流 : 最大 5 A• ピーク効率 : 82%(12 VIN、0.9 VOUT 時 )• ピン設定で選択可能な出力電圧 : 0.7 V、0.8 V、

0.9 V、1.0 V、1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V• 出力電圧精度 : ±1%• 安全なプリバイアス起動をサポート• ピン設定で選択可能な電流制限値• ピン設定で選択可能なスイッチング周波数• 内部ソフトスタート• サーマルシャットダウン機能• Hiccup モードによる短絡保護• 54 ピン 6 mm x 10 mm QFN パッケージで提供• 超薄型 : 高さ 2.0 mm • 接合部動作温度レンジ : -40 ～ +125°C

アプリケーション

• サーバ、データストレージ、ルータ、基地局• FPGA、DSP、低電圧 ASIC 電源

概要

MIC45404 は超薄型の同期降圧型レギュレータモジュールです。高さはわずか 2.0 mm です。本モジュールは DC/DC レギュレータ、ブートストラップコンデンサ、高周波対応入力コンデンサ、インダクタを 1 つのパッケージに収めています。本モジュールのピン配置は、プリント基板 (PCB) のレイアウト工程を簡略化できるように最適化済みです。

高集積ソリューションによりシステム設計を迅速化、開発期間を短縮できます。内蔵 MOSFET とインダクタは低出力電圧で高効率が得られるように最適化済みです。MIC45404 は入力電圧レンジ 4.5 ～ 19 V で最大5 A の電流を供給できます。MIC45404 は、54 ピンの 6 mm x 10 mm x 2.0 mm QFNパッケージで提供しており接合部動作温度は -40 ～+125°C に対応しているため、基板面積と高さに制限があり、かつ空気の流れが制限されているシステムでは優れたソリューションです。

代表的な応用回路

MIC45404 12 V 5 A DC/DCコンバータ

VINOUT

VIN 4.5V to 19V

FREQ

VDDA

VOSET1

PG

GND

GND

VOSET0

COMP

EN/DLY

OUTSNS

MIC45404

VDDA

Power-GoodEnable

VDDA

VDDA

OutputVoltage

Selection

VDDAFrequency

Selection

ILIMVDDA

Current LimitSelection

VOUT

2015 Microchip Technology Inc. DS20005478A_JP- p.1

MIC45404

パッケージタイプ

機能ブロック図

MIC454046 mm x 10 mm QFN*

( 下面 )

8

26

22

24

23

3

373534

25

47

46

7

KEEPOUT

GND

GND

BST

PGV D

DA

LX

OU

TGND

21

KEEPOUT

48

38

4 12

AGND

VOSE

T1

NC

41 43

53

OU

TSN

S

SNS

33

VOSE

T0LX

44 45

V DD

P

313029 3252

3628

20

9

LX LXLX LXLX LXLX LX LX

OUT

OUT

12

OU

T13

OU

T14

OU

T15

OU

T16

OU

T17

OU

T18

OU

T19

GN

DV I

N

V IN

27LXLX

39 40

LX

KEEP

OU

T

BST

42

NC

ILIM

49 FREQ

50

51 GND

COMP

54 OUTSNS

KEEP

OU

T10

OU

T11 6

GN

D_E

XT

5G

ND

_EXT

MIC45404YMP

GND_EP

* 露出サーマルパッド (EP) 付き ( 表 3-1 参照 )

LX

BST

ILIM

FREQ

VDDA

VOSET1

PG

AGND

VOSET0

COMP

EN/DLYOUTSNS

VIN

PGNDVDDP

PWMRegulator

100 nF

47 pF

LX

BST

VOSET1

AGND

VOSET0

GND_EP

OUTSNS

GND

COMP

OUT

ILIM

FREQ

VDDA

PGEN/DLY

VIN

VDDP

GND_EXT

VDDP

LDO

VIN

DS20005478A_JP- p.2 2015 Microchip Technology Inc.

MIC45404

1.0 電気的特性

絶対最大定格 †VIN - AGND................................................................................................................................................... -0.3 ～ +20 VVDDP、VDDA - AGND...................................................................................................................................... -0.3 ～ +6 VVDDP - VDDA............................................................................................................................................... -0.3 ～ +0.3 VVOSETX、FREQ、ILIM、- AGND.................................................................................................................. -0.3 ～ +6 VBST - LX ....................................................................................................................................................... -0.3 ～ +6 VBST - AGND ................................................................................................................................................. -0.3 ～ +26 VEN/DLY - AGND ................................................................................................................. -0.3 V ～ VDDA + 0.3 V、+6 VPG - AGND..................................................................................................................................................... -0.3 ～ +6 VCOMP、OUTSNS - AGND................................................................................................. -0.3 V ～ VDDA + 0.3 V、+6 VAGND - GND ............................................................................................................................................... -0.3 ～ +0.3 V接合部温度 ........................................................................................................................................................... +150°C保管温度 (TS) ............................................................................................................................................ -65 ～ +150°Cピン温度 ( はんだ付け 10 秒 ) ................................................................................................................................ 260°CESD 耐圧 (1)

HBM .......................................................................................................................................................................... 2 kVMM .......................................................................................................................................................................... 150 VCDM...................................................................................................................................................................... 1500 V

Note 1: デバイスは静電気放電に敏感です。注意して取り扱ってください。HBM 試験条件は 1.5 kΩ と 100 pF の直列回路です。

動作定格 (1)

供給電圧 (VIN) ................................................................................................................................................ 4.5 ～ 19 V外部印加アナログ用およびドライバ段用電圧 (VIN = VDDA = VDDP) ............................................................ 4.5 ～ 5.5 Vイネーブル電圧 (EN/DLY)............................................................................................................................. 0 V ～ VDDAパワーグッド (PG) プルアップ電圧 (VPU_PG) ............................................................................................... 0 ～ 5.5 V出力電流 ........................................................................................... 5 A接合部温度 (TJ) ......................................................................................................................................... -40 ～ +125°C

Note 1: 動作レンジから外れた条件でのデバイスの機能は保証されません。

† Notice: ここに記載した「絶対最大定格」を超える条件は、デバイスに恒久的な損傷を生じる可能性があります。これはストレス定格です。本書の動作表に示す条件または上記から外れた条件でのデバイスの運用は想定していません。絶対最大定格条件を超えて長期間曝露させるとデバイスの信頼性に影響する可能性があります。


MIC45404

電気的特性 (1)

電気的仕様 : 特に明記しない場合、VIN = 12 V、CVDDA= 2.2 µF、TA = +25°C でのデータです。太字の値は -40°C ≤ TJ ≤ +125°C である事を示します。

パラメータ記号 Min. Typ. Max. 単位試験条件

VIN 供給電源入力レンジ VIN 4.5 — 19 V

ディセーブル電流 IVINQ — 33 60 µA EN/DLY = 0 V動作電流 IVINOp — 5.35 8.5 mA EN/DLY > 1.28 V、

OUTSNS = 1.15 x VOUT(NOM)、スイッチングなし

VDDA 5 V 供給電源動作電圧 VDDA 4.8 5.1 5.4 V EN/DLY > 0.58 V、

IVDDA = 0 ～ 10 mAドロップアウト動作 3.6 3.75 — V VIN = 4.5 V、EN/DLY > 0.58 V、

IVDDA = 10 mAVDDA 低電圧ロックアウトVDDA UVLO 立ち上がり UVLO_R 3.1 3.5 3.9 V VDDA 立ち上がり、

EN/DLY > 1.28 VVDDA UVLO 立ち下がり UVLO_F 2.87 3.2 3.45 V VDDA 立ち下がり、

EN/DLY > 1.28 VVDDA UVLO ヒステリシス UVLO_H — 300 — mV

EN/DLY 制御LDO イネーブルしきい値 EN_LDO_R — 515 600 mV VDDA LDO をターンオンLDO ディセーブルしきい値 EN_LDO_F 450 485 — mV VDDA LDO をターンオフLDO しきい値ヒステリシス EN_LDO_H — 30 — mV

EN/DLY 立ち上がりしきい値 EN_R 1.14 1.21 1.28 V 電源段動作開始EN/DLY 立ち下がりヒステリシス EN_F — 1.06 — V 電源段動作停止EN/DLY ヒステリシス EN_H — 150 — mV

EN/DLY プルアップ電流 EN_I 1 2 3 µA

スイッチング周波数

プログラマブル周波数 (High Z) fSZ 360 400 440 kHz FREQ = High Z ( 開放 )プログラマブル周波数 0 fS0 500 565 630 kHz FREQ= Low (GND)プログラマブル周波数 1 fS1 700 790 880 kHz FREQ = High (VDDA)過電流保護

HS 電流制限 0 ILIM_HS0 6.0 7.1 8.1 A ILIM = Low (GND)HS 電流制限 1 ILIM_HS1 8.1 9.3 10.3 A ILIM = High (VDDA)HS 電流制限 High Z ILIM_HSZ 9.3 10.5 11.9 A ILIM = High Z ( 開放 )Top FET 電流制限リーディングエッジブランキング時間

LEB — 108 — ns

LS 電流制限 0 ILIM_LS0 3.0 4.6 6.3 A ILIM = Low (GND)LS 電流制限 1 ILIM_LS1 4.0 6.2 7.9 A ILIM = High (VDDA)LS 電流制限 High Z ILIM_LSZ 5.0 6.8 8.6 A ILIM = High Z ( 開放 )Hiccup 動作用の OC イベントカウント

INHICC_DE — 15 — クロックサイクル

Hiccup 過負荷保護開始までのスイッチサイクル数

Note 1: パッケージ製品仕様


MIC45404

Hiccup 待機時間 tHICC_WAIT — 3 xソフトスタート時間

— ソフトスタート実行前の LX端子での High Z ステートの期間

パルス幅変調 (PWM)最小 LXON 時間 TON(MIN) — 26 — ns TA = TJ = +25°C最小 LXOFF 時間 TOFF(MIN) 90 135 190 ns VIN = VDDA = 5 V、OUTSNS = 3 V、

FREQ = 開放 (400 kHz設定 )、VOSET0 = VOSET1 = 0 V (3.3 V設定 )、TA = TJ = +25°C

最小デューティサイクル DMIN — 0 — % OUTSNS> 1.1 x VOUT(NOM)Gm エラーアンプエラーアンプトランスコンダクタンス

GmEA — 1.4 — ms

エラーアンプ DC ゲイン AEA — 50000 — V/V

エラーアンプソース / シンク電流

ISR_SNK -400 — +400 µA TA = TJ = +25°C

COMP 出力振幅 High COMP_H — 2.5 — V

COMP 出力振幅 Low COMP_L — 0.8 — V

COMP- インダクタ電流トランスコンダクタンス

GmPS — 12.5 — A/V VOUT = 1.2 V、IOUT = 4 A

出力電圧 DC 精度レンジ 1 および 2 における出力電圧精度

OutErr12 -1 — 1 % 4.75 V ≤VIN ≤ 19 V、 VOUT = 0.7 ～ 1.8 V、TA = TJ = -40 ～ +125°C、 IOUT = 0 A

レンジ 3 における出力電圧精度 OutErr3 -1.5 — 1.5 % 4.75 V ≤VIN ≤ 19 V、 VOUT = 2.49 ～ 3.3 V、TA = TJ = -40 ～ +125°C、IOUT = 0 A

負荷制御 LoadReg — 0.03 — % IOUT = 0 ～ 5 Aラインレギュレーション LineReg — 0.01 — % 6 V < VIN < 19 V、IOUT = 2 A内部ソフトスタート

参照ソフトスタートスルーレート

SS_SR — 0.42 — V/ms VOUT = 0.7 V、0.8 V、0.9 V、 1.0 V、1.2 V

パワーグッド (PG)PG 低電圧 PG_VOL — 0.17 0.4 V IPG = 4 mAPG リーク電流 PG_ILEAK -1 0.02 1 µA PG = 5 VPG 立ち上がりしきい値 PG_R 90 92 95 % VOUT 立ち上がりPG 立ち下がりしきい値 PG_F 87.5 90 92.5 % VOUT 立ち下がりPG 立ち上がり遅延 PG_R_DLY — 0.45 — ms VOUT 立ち上がりPG 立ち下がり遅延 PG_F_DLY — 80 — µs VOUT 立ち下がり

電気的特性 (1) (続き )電気的仕様 : 特に明記しない場合、VIN = 12 V、CVDDA= 2.2 µF、TA = +25°C でのデータです。太字の値は -40°C ≤ TJ ≤ +125°C である事を示します。




MIC45404

サーマルシャットダウンサーマルシャットダウン TSHDN — 160 — °C

サーマルシャットダウンヒステリシス

TSHDN_HYST — 25 — °C

効率

効率 η — 82 — % VIN = 12 V、VOUT = 0.9 V、 IOUT = 2 A、fS = fSZ = 400 kHz、TA = +25°C

電気的特性 (1) (続き )電気的仕様 : 特に明記しない場合、VIN = 12 V、CVDDA= 2.2 µF、TA = +25°C でのデータです。太字の値は -40°C ≤ TJ ≤ +125°C である事を示します。



温度仕様

電気的仕様 : 特に明記しない場合、VIN = 12 V、CVDDA= 2.2 µF、TA = +25°C でのデータです。太字の値は、-40°C ≤ TJ ≤ +125°C である事を示します。

パラメータ記号 Min. Typ. Max. 単位条件

温度レンジ

動作時接合部周囲温度レンジ TJ -40 — +125 °C

保管温度レンジ TA -65 — +150 °C

最高接合部温度 TJ -40 — +150 °C

パッケージ熱抵抗

熱抵抗、54 ピン、 6 mm x10 mm QFN

qJA — 20 — °C/W MIC45404「評価用ボードユーザガイド」参照


MIC45404

2.0 代表性能曲線

Note: 特に明記しない場合、VIN = 12 V、CVDDA= 2.2 µF、TA = +25°C でのデータです。

図 2-1: 入力電圧に対する動作電流 (IQ)

図 2-2: 入力電圧に対する VDDA 電圧

図 2-3: 入力電圧に対する出力電流制限

図 2-4: 入力電圧に対するイネーブルしきい値

図 2-5: 入力電圧に対するEN/DLYプルアップ電流

図 2-6: 温度に対する動作電流 (IQ)

Note: 以下の図表は限られたサンプル数に基づく統計的な結果であり、情報提供のみを目的としています。ここに記載する性能特性は検査されておらず、保証されません。図表の一部には、仕様動作レンジ外で計測されたデータも含まれます ( 例 : 仕様レンジ外の電源を使用 )。従って、これらのデータは保証範囲外です。

15.0017.0019.0021.0023.0025.0027.0029.0031.0033.0035.00

4 6 8 10 12 14 16 18 20

IQ (m

A)

VIN (V)

f = 565 kHzVOUT = 1.8V


SwitchingIOUT = 0A


4

4.2

4.4

4.6

4.8

5

5.2

4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5 16.5 18.5

V DD

A(V

)

VIN (V)

IoutSet 0IoutSet 0.01IVDDA = 0 mAIVDDA = 10 mA

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

4.5 5 5.5 6 8 10 12 14 16 18 19

I OU

T(A

)

VIN(V)

ILIM = GND

ILIM = VDDA

ILIM = high ZVOUT = 1.2Vf = 400 kHz

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5 16.5 18.5

Enab

le (V

)

VIN (V)

Enable rising

Enable falling

11.21.41.61.8

22.22.42.62.8

3

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Curr

ent (

µA)

VIN (V)

EN/DLY = 0V

15

20

25

30

35

-40 -25 -10 5 20 35 50 65 80 95 110 125

IQ (m

A)

Temperature (°C)

SwitchingVIN = 12VIOUT = 0A





MIC45404


図 2-7: 温度に対する EA 出力電流

図 2-8: 温度に対するEAトランスコンダクタンス

図 2-9: 出力電流に対する効率 (VIN = 12 V)

図 2-10:出力電流に対する効率 (VIN = 5 V)

図 2-11: 出力電流に対する出力電圧 (VOUT = 0.9 V)


-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

EA O

utpu

t Cur

rent

(µA

)

Temperature(°C)

VIN = 12V

Sinking

Sourcing

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

EA T

rans

cond

ucta

nce

(mS)

Temperature (°C)

VIN = 12VVOUT = 1.0V

0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%

100.00%

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (A)

121212121212121212

0.7V0.8V0.9V1.0V1.2V1.5V1.8V2.5V3.3V

0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%

100.00%

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (A)

555555555

0.7V0.8V0.9V1.0V1.2V1.5V1.8V2.5V3.3V

0.8910.8930.8950.8970.8990.9010.9030.9050.9070.909

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)

512VIN = 12VVIN = 5V

0.990

0.995

1.000

1.005

1.010

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)



MIC45404







1.1901.1921.1941.1961.1981.2001.2021.2041.2061.2081.210

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)


1.490

1.495

1.500

1.505

1.510

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)


1.790

1.795

1.800

1.805

1.810

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)


2.480

2.485

2.490

2.495

2.500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUTt (A)


3.2903.2923.2943.2963.2983.3003.3023.3043.3063.3083.310

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

V OU

T(V

)

IOUT (A)



MIC45404


図 2-18:VIN ターンオン

図 2-19:VIN ターンオフ

図 2-20:イネーブルターンオン

図 2-21:イネーブルターンオフ

図 2-22: 出力プリバイアス状態でのイネーブル起動

図 2-23: 出力プリバイアス状態でのイネーブル起動

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VRLOAD = 0.3ΩfSW = 400 kHz

VIN(5 V/div)

VOUT(500 mV/div)

PG(5 V/div

Time (2 ms/div)

VIN(5 V/div)

VOUT(500 mV/div

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VRLOAD = 0.6ΩfSW = 400 kHz

Time (2 ms/div)

EN/DLY(2 V/di

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VROUT = 0.24ΩfSW = 400 kHz

IOUT(2 A/div

Time (1 ms/div)

EN/DLY(2 V/di

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VROUT = 0.24ΩfSW = 400 kHz

IOUT(2 A/div

Time (40 µs/div)

EN/DLY(2 V/di

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VVPRE-BIAS = 0.6V

Time (1 ms/div)

EN/DLY(2 V/di

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VVPRE-BIAS = 1.0V

Time (1 ms/div)


MIC45404


図 2-24:短絡出力時の VIN 起動動作

図 2-25:短絡出力時のイネーブル起動動作

図 2-26:出力電流制限 (ILIM = GND)

図 2-27:出力電流制限 (ILIM = High Z)

図 2-28:短絡時 Hiccup 動作および Hiccup からの復帰動作

図 2-29: サーマルシャットダウンと復帰動作

VIN(5 V/div)

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

IOUT(5 A/div

Time (1 ms/div)

EN/DLY(2 V/di

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

IOUT(5 A/div

Time (1 ms/div)

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VfSW = 400 kHzILIM = 0 V

IOUT(2 A/divTime (1 ms/div)

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VfSW = 400 kHzILIM = high Z

IOUT(2 A/divTime (1 ms/div)

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

IOUT(2 A/div

Time (20 ms/div)

IOUT(2 A/div)

VOUT (500 mV/div)

PG(5 V/div

Time (200 ms/div)


MIC45404


図 2-30:スイッチング波形 (IOUT = 0 A)

図 2-31:スイッチング波形 (IOUT = 5A)

図 2-32:負荷過渡応答

図 2-33:ライン過渡応答

VINAC-Coupled(20 mV/div)

VOUT AC-Coupled(10 mV/div)

SW (5 V/div)

Time (1 µs/div)

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VIOUT = 0 AfSW = 400 kHz

VINAC-Coupled(100 mV/div)


SW (5 V/div)

Time (1 µs/div)

VIN = 12 VVOUT = 1.2 VIOUT = 5 AfSW = 400 kHz

IOUT(2A/div)


PG (5 V/div)

VIN = 12 VVOUT = 1.0 VRLOAD = 1Ω ～ 0.3Ω

Time (100 µs/div)

VIN(2 V/div)


PG(5 V/div)

時間 (1 ms/div)


MIC45404

3.0 ピンの説明表 3-1 にピンの機能を示します。

3.1 出力センシングピン (OUTSNS)これらのピンは降圧型コンバータの出力電圧へ直接接続します。これらは内蔵フィードバック分圧のハイサイド側端末です。

3.2 高精度イネーブル / ターンオン遅延入力ピン (EN/DLY)

EN/DLY ピンはまず 515 mV しきい値と比較され、内蔵 LDO レギュレータが ON になります。次に 1.21 V(typ.) しきい値と比較され、出力電力供給が開始します。150 mV (typ.) のヒステリシス幅により、電力供給開始時のチャタリングを防ぎます。2 µA (typ.) 電流源により EN/DLY ピンをプルアップします。ターンオン遅延は EN/DLY とグランドの間にコンデンサを接続する事で生成し、EN/DLY ピンはオープンドレン出力で駆動します。

3.3 MOSFET ドライバ用内部電源ピン (VDDP)

VDDAピンから供給するMOSFETドライバ用の内部電源電圧です。スイッチングノイズ低減用の RC フィルタを実装するため、VDDP と VDDA ピン間の内部抵抗(10Ω) と内部デカップリングコンデンサをモジュール内部に備えています。

3.4 内蔵レギュレータ出力ピン (VDDA)内蔵リニアレギュレータおよびアナログ制御用内部電源の出力です。1 µF 以上のセラミックコンデンサをこのピンと GND 間に接続します。推奨値は 2.2 µFです。

表 3-1:ピン割り当て表MIC45404 記号ピン機能

1、54 OUTSNS 出力センシングピン2 EN/DLY 精度イネーブル / ターンオン遅延入力ピン 3 VDDP MOSFET ドライバ段電源ピン4 VDDA 内部 LDO 出力とアナログ回路部電源ピン

5、6 GND_EXT グランド拡張ピン7、8 VIN 入力電圧ピン

9、23、24、50、51 GND 電源グランドピン11、12、13、14、15、16、17、

18、19、20、21OUT 出力側接続ピン

10、22、25、40 KEEPOUT 未割り当てピン位置26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39

LX スイッチノードピン

41、42 BST ブートストラップコンデンサピン43 PG パワーグッド出力ピン44 VOSET0 出力電圧選択ピン45 VOSET1

46、47 NC 未接続ピン48 ILIM 電流制限選択ピン49 FREQ スイッチング周波数選択ピン52 AGND アナロググランドピン 53 COMP 補償回路ピン55 GND_EP グランド露出パッド


MIC45404

3.5 グランド拡張ピン (GND_EXT)これらのピンは内蔵 VIN および VDDP デカップリングコンデンサのローサイド側端子を接続するために使います。GND_EXT ピンは幅広の銅パターンで最上位の部品面において GND ネットに直接接続します。

3.6 入力電圧ピン (VIN)降圧型コンバータ電源段および内蔵リニアレギュレータの入力電圧です。これらのピンは内蔵ハイサイド N チャンネル MOSFET のドレイン端子です。できるだけデバイスに近い場所に、VINとGNDの間に10 µF( 最小値 ) セラミックコンデンサを接続します。

3.7 電源グランドピン (GND)GND ピン 23 と 24 の出力コンデンサは、できるだけモジュール近くに接続します。 GND ピン 9 の入力コンデンサは、できるだけモジュール近くに接続します。

3.8 出力側接続ピン (OUT)内蔵インダクタの出力側接続です。このピン群とGND( ピン 23 および 24) 間の出力コンデンサは、できるだけモジュール近くに接続します。

3.9 スイッチノードピン (LX)スイッチノード : 内部電源NチャンネルFETのドレイン ( ローサイド MOSFET) とソース ( ハイサイドMOSFET) に接続されています。内部インダクタのスイッチト側とブートストラップコンデンサは LX に接続します。このピンはフローティングのままにします。

3.10 ブートストラップコンデンサピン(BST)

内蔵ブートストラップコンデンサとハイサイドパワー MOSFET 駆動回路への接続です。このピンはフローティングのままにします。

3.11 パワーグッド出力ピン (PG)出力電圧が公称設定点の 92.5% 以内にある場合、このピンは外付けのプルアップ抵抗を介して論理Lowから論理 High へ移行します。このピンは内部 N チャンネル FET のドレイン接続です。

3.12 出力電圧選択ピン (VOSET0 とVOSET1)

出力電圧プログラミング用の 3 ステートピン (Low、High、High Z) です。VOSET0 と VOSET1 両方で定義できる 9 つの論理値に対応する 9 つの出力電圧を選択します。

3.13 未接続ピン (NC)これらのピンは内部接続されていません。フローティングのままにします。

3.14 電流制限ピン (ILIM)このピンでは電流制限ステート (Low、High、High Z)を選択できます。

3.15 スイッチング周波数ピン (FREQ)このピンでは周波数のステート (Low、High、High Z)を選択できます。

3.16 アナロググランドピン (AGND)このピンは内蔵レギュレータグランドおよび補償回路の戻り端子で『静かな』グランドへの接続を必要としています。

3.17 補償回路ピン (COMP)このピンと AGND 間に補償回路を接続します。

3.18 GND 露出パッドサーマルビアでグランドプレーンに接続します。


MIC45404

4.0 機能ブロックの説明MIC45404 は入力電圧レンジが 4.5 ～ 19 V の、ピンプログラマブルな 5 A 谷電流モード制御電源モジュールです。

MIC45404 の外付け部品点数は最小限で済みます。すなわち、2 つの電源デカップリングコンデンサと補償回路のみです。外部補償の設計における柔軟性が高いため、入力電圧全体および選択可能出力電圧レンジの設計を最適化できます。

4.1 動作原理谷電流モード制御の周波数は固定式で、リーディングエッジ変調式のパルス幅変調 (PWM) 電流モード制御です。ピーク電流モードとは異なり、谷電流モードのクロックはハイサイドスイッチのターンオフをクロックマークとします。この時、MIC45404 のローサイドスイッチ電流レベルとエラーアンプからの参照電流信号と比較します。立ち下がりローサイドスイッチの電流信号が参照電流信号を下回ると、ハイサイドスイッチが入ります。その結果、インダクタ谷電流はエラーアンプ出力レベルに調整されます。

フィードバックループはプログラマブルな内部参照電圧と出力電圧センシング分圧回路を含むため、外付けのフィードバック部品が不要であり、レギュレーション精度に優れています。出力電圧フィードバックは、OUTSNS ピンを出力に直接接続して実現しています。高性能トランスコンダクタンスエラーアンプがCOMPピンで外部補償回路を駆動しています。COMP ピンの電圧は参照電流信号を表します。このピンの電圧を谷電流モードモジュレータに供給します。また、電流ループの安定性を確保するためにスロープ補償も兼ねています。

内蔵インダクタ、パワーMOSFET、内蔵ブートストラップダイオードによりパワートレインが完成します。過電流保護とサーマルシャットダウンにより、フォルトまたは異常動作条件から MIC45404 を保護しています。

4.2 電源電圧 (VIN、VDDA、VDDP) と内蔵 LDO

VIN ピンはパワートレイン入力です。これらのピンは内蔵ハイサイドMOSFETのドレイン接続であり、GNDへパイパスする必要があります。X5R または X7R の10 µF セラミックコンデンサをできるだけモジュール近くに配置します。複数のコンデンサの並列化を推奨します。

アナログ回路には VDDA ピンから、内蔵 LDO によりクリーンな電源 (5.1 V typ.) を供給します。機能ブロック図に示すように、内蔵 LDO には VIN からも電力供給します。内蔵 LDO は EN/DLY ピンでの電圧が約 0.51 Vを超えると有効になり、VIN ピンと VDDA ピンの間で十分な電圧が得られた時点でレギュレーションを始めます。内部低電圧ロックアウト (UVLO) 回路が VDDAのレベルを監視します。VDDA ピンは 2.2 µF の X5R またはX7Rセラミックコンデンサを使ってGNDへバイパスする必要があります。これらのコンデンサはできるだけモジュール近くに配置します。

VDDP はゲートドライバおよびブートストラップ回路の電源電圧です。このピンは、内蔵高周波セラミックコンデンサでGND_EXTへパイパスします。このため、GND_EXT ピンは低インダクタンス経路で GND ネットへルーティングします。VDDA と VDDP の間に 10 Ωの抵抗を内蔵しており、スイッチングノイズ減衰 RCフィルタを最小限の外付け部品点数で実装できます。通常は不要ですが、VDDA と VDDP の間に外付け抵抗を接続すると RC 時定数を大きくできます。入力電圧が 4.5 ～ 5.5 V 以内の場合、VIN、VDDA、VDDPを連結する事で内蔵 LDO をバイパスできます。ただしこの場合も VDDA ピンのローカルデカップリングを推奨します。

4.3 ピンストラッププログラミング(VOSET0、VOSET1、FREQ、ILIM)

MIC45404 は、ピンストラップで出力電圧 (VOSET0、VOSET1)、スイッチング周波数 (FREQ)、電流制限 (ILIM)を設定します。外付け受動部品が不要なため、外付け部品点数が少なくて済みます。各ピンは 3 ステート入力です (LOW 論理レベルの場合は GND へ接続、HIGH論理レベル場合は VDDA へ接続、High Z の場合は未接続 )。各ピンの論理レベルは、VDDA が立ち上がって安定すると内部設定論理で読み出され、この状態が固定されます。この後は VDDA がサイクルするまで、各ピンに対する入力論理レベルが変化しても影響を受けません。各ピンのストラップ設定に対応する値をセクション 5.0「応用に関する情報」に示します。


MIC45404

4.4 イネーブル / 遅延 (EN/DLY)図 4-1 に示すように、EN/DLY ピンは内蔵 LDO のON/OFF と、出力への電力供給の開始 / 停止とを行うデュアルしきい値ピンです。

図 4-1: EN/DLY ピンの機能LDO を有効にするしきい値は 515 mV (typ.)、ヒステリシスは約 30 mV です。LDO を有効にする時点ではまだスイッチングが行われていないため、このヒステリシスで十分です。

電力供給のしきい値は高精度で 1.21 V、±70 mV です。150 mV (typ.) のヒステリシスでスイッチングノイズとスローエッジによるチャタリングを防止します。

プルアップ電流 2 µA ± 1 µA の内蔵電流源を使い、外付けコンデンサを利用して起動遅延を実装できます。この機能を使う場合オープンドレインドライバでMIC45404 のイネーブル制御をします。

4.5 パワーグッド (PG)PG ピンはオープンドレイン出力で、論理 High のアサート用に、5.5 V 以下の電圧源に対して外付けプルアップ抵抗を経由して接続します。PG ピンは、出力電圧 (OUTSNS) が目標調整電圧の 92.5% に達した時に、遅延約 0.45 ms でアサートされます。このピンは、出力電圧が目標調整電圧の 90% より低下すると、遅延約 80 µs でネゲートされます。PG 立ち下がり遅延はスパイクに対するデグリッチタイマとして機能します。PG 出力は、EN/DLY ピンが電力供給イネーブルしきい値 (EN_R/EN_F) より低下すると直ちにネゲートされます。プルアップ抵抗は、PG ピンの電流を 2 mA未満に制限できる事が必要です。

4.6 インダクタ (LX、OUT) およびブートストラップ (BST) ピン

内蔵インダクタは LX と OUT ピンの間に接続されています。ハイサイド MOSFET ドライバ回路は、ローサイドMOSFET ON時間中にVDDPから充電される内蔵コンデンサにより、BSTと LXの間で電力供給されます。ブートストラップダイオードは内蔵されています。

4.7 出力センシング (OUTSNS) および補償 (COMP) ピン

OUTSNS は負荷点 (POL) レギュレーション位置に接続し、寄生抵抗による電圧低下を避けます。OUTSNSピンへのインピーダンスは高い ( 出力電圧によるが数十 kΩ 以上 ) ため、通常は負荷効果は無視できます。スロープ補償ジェネレータも OUTSNS を使います。COMP ピンは外部補償回路へ接続します。COMP はトランスコンダクタンスエラーアンプの出力で駆動します。補償回路の戻りは直接 AGND へ接続します。

4.8 ソフトスタートMIC45404 の内部参照電圧は 0.42 V/ms のレートで上昇します。これは内部参照電圧ソフトスタートのスルーレートであり、出力側で見られる実際のスルーレートは、セクション 5.0「応用に関する情報」に示すように内蔵分圧回路の減衰を考慮する必要があります。

4.9 スイッチング周波数 (FREQ)MIC45404 は 3 つのスイッチング周波数 (400 kHz、565 kHz、790 kHz) をサポートしています。セクション 5.5「選択可能な MIC45404 設定値の組み合わせ」に示すように、選択できる周波数は出力電圧により制限されます。

4.10 プリバイアス出力起動MIC45404 は、出力コンデンサを放電せずにプリバイアス出力へ安全に起動できるように設計されています。

4.11 サーマルシャットダウンMIC45404は過熱動作を防止するサーマルシャットダウン保護を備えています。サーマルシャットダウンしきい値は通常 +160°C( ヒステリシスは +25°C) に設定されています。

EN/DLY Enable PowerComparator

EN_I2 µA

AGNDEN_R1.21V

VIN

EnablePowerDelivery

150 mV

EN_LDO_R515 mV

Enable LDOComparator


MIC45404

4.12 過電流保護 (ILIM) と Hiccup モード

短絡保護

MIC45404 はローサイドとハイサイドの両スイッチに、電流センシングによる瞬時サイクル - バイ - サイクル電流制限を備えています。また、長時間の過負荷または短絡条件に対する Hiccup モードも備えています。ローサイドのサイクル - バイ - サイクル保護は、ローサイド MOSFETON 時間中にインダクタ電流レベルを検出します。ハイサイド MOSFET のターンオンは、ローサイドMOSFETの電流制限が過電流しきい値レベルを上回っている限り抑止されます。インダクタ電流は、このしきい値を下回るまで低下し続けます。しきい値を下回ると、PWM モジュレータからのデューティサイクル要件に応じてハイサイドMOSFETが再び有効になります。

ローサイド電流制限には 3 つのレベルから選択でき(3 A、4 A、5 A の負荷用 )、各種アプリケーション要件に対応できます。ローサイド電流制限は谷電流に対して作用するため、ローサイドのサイクル - バイ - サイクル電流制限が作用する DC 出力電流レベル (IOUT)はΔILPP/2と同じ分だけ電流制限値より高くなります。ここで ΔILPP はピークツーピークインダクタリップル電流です。

ハイサイド電流制限はローサイド電流制限の約 1.4 ～1.5 倍です ( 代表値 )。ハイサイドのサイクル - バイ -サイクル電流制限は、OFF クロッキングイベントを待つ事なく直ちにハイサイドON時間を切り捨てます。

ハイサイドのサイクル-バイ-サイクル電流制限はリーディングエッジブランキング (LEB) タイマ (108 ns、typ.) を備えており、スイッチングノイズをマスクして保護機能の誤トリガを防ぎます。LEB タイマがタイムアウトする前にハイサイドのサイクル - バイ - サイクル電流制限が動作する事はできません。

Hiccup モード保護は継続する短絡条件における電力消費を低減します。クロックサイクルでローサイドのサイクル - バイ - サイクル電流制限イベントが検出されると、4 ビットのアップダウンカウンタをインクリメントします。クロックサイクルでローサイドの電流制限イベントが発生しなかった場合、カウンタをデクリメントします ( カウンタがゼロだった場合はゼロのまま )。カウンタは ‘0000’ と ‘1111’ でラップアラウンドしません。ハイサイドの電流制限イベントはカウンタをインクリメントしません。ローサイドの電流制限イベントのみがカウンタをトリガします。

カウンタが ‘1111’( または 15 イベント ) に達すると、ハイサイドとローサイドの MOSFET は 3 ステートになり、出力への電力供給をソフトスタート時間の 3 倍の期間抑止します。このデジタル内蔵メカニズムは瞬間的な出力の過負荷に対する耐性を提供します。この待機時間経過後、MIC45404 は動作再開を試行し、ソフトスタートシーケンスを始めます。


MIC45404

図 4-2 に Hiccup モードの短絡保護ロジックフローを示します。Hiccup モードの短絡保護は、ソフトスタートのランプを含め常にアクティブです。

図 4-2: Hiccup モードの短絡保護ロジック

START

CLEARLS OC EVENTS

COUNTER

CLOCK PULSE(MARKING HSTURN-OFF,

LS TURN-ON) IDLE LOOPIN NORMALOPERATION

LS OC EVENTDETECTED?

EVENTCOUNTER = 0

DECREMENTEVENT

COUNTER

EVENT COUNTERFULL?

INCREMENTEVENT

COUNTER

INITIATE HICCUPSEQUENCE

STOP SWITCHINGHS AND LS

CYCLE THREE TIMESINTERNAL SOFT START

CAPACITOR

CLEARLS OC EVENTS

COUNTERINITIATE SOFT STARTENABLE SWITCHING

YES

YES

YES

NO

NO

NO


MIC45404

5.0 応用に関する情報

5.1 起動遅延の設定と外部 UVLOEN/DLY ピンを使うと、外部起動遅延機能を設定する事ができます。この場合、図 5-1 に示すように EN/DLYピンのドライバはオープンドレイン / オープンコレクタタイプとします。

図 5-1: プログラマブル起動遅延機能

起動遅延はOFF立ち下がりエッジからイネーブル電力供給信号のアサートまでの遅延時間です。式 5-1 のように求めます。

式 5-1:

また、図 5-2 に示すように EN/DLY ピンを使って外付け抵抗分圧回路により電力供給のUVLOしきい値を設定する事もできます。

FIGURE 5-2:プログラマブル外付け UVLO 機能


EN_I2 µA

AGND

EN_R1.21V

VIN

EnablePowerDelivery

150 mV

EN_LDO_R515 mV


CDLYOff

tSU_DLYEN_R CDLY×

EN_I-----------------------------------=

EN_R = 1.21VEN_I = 2 µACDLY = 遅延プログラミング外付けコンデンサ


R2

R1

EN_I2 µA

AGND

EN_R1.21V

VIN

EnablePowerDelivery

150 mV

EN_LDO_R515 mV



MIC45404

VINUVLOしきい値VIN_RISEは以下によって求めます。

式 5-2:

プルアップ電流 (EN_I)の変動に対してVIN UVLOしきい値が反応しないように、EN_I 電流よりも R1 – R2 分圧器を大幅に高い電流値で動作させる事を推奨します。

対応する VIN UVLO ヒステリシス VIN_HYS は以下のように求めます。

式 5-3:

内蔵 LDO 有効化しきい値も同様に求めます。

5.2 スイッチング周波数の設定表 5-1 に示すように、MIC45404 のスイッチング周波数は FREQ を使って設定します。

スイッチング周波数の設定は任意ではありません。ピークツーピークインダクタリップル要件による出力電圧選択に応じて調整する必要があります。これをセクション 5.5「選択可能な MIC45404 設定値の組み合わせ」に示します。

5.3 出力電圧の設定表 5-2 に示すように、MIC45404 の出力電圧はピン(VOSET0 と VOSET1) で設定します。

出力電圧を正確に調整するには、OUTSNS ピン ( 内部帰還抵抗分圧点上端 ) を、できるだけ調整点上端近くでケルビン接続する必要があります。内部参照電圧と内部帰還抵抗分圧点の下端は両方とも AGND を参照するため、AGND と調整点戻り端子の間の電圧降下を最小限に抑える事が重要です。

5.4 電流制限の設定表 5-3に示すように、MIC45404のローサイドMOSFETの谷モード電流制限は ILIM を使って設定します。

設定した電流制限値は、パルスごとに谷インダクタ電流に対する電流制限しきい値として機能する事に注意します。PWM が次の ON 時間を要求した時にインダクタ電流がしきい値より低下していない場合、ハイサイド MOSFET のターンオンは、谷電流がしきい値未満に回復するまで遅延されるか、またはスキップされます。ハイサイドMOSFETターンオンがスキップされるたびに、4 ビットのアップダウンカウンタがインクリメントされます。カウンタが ‘1111’ に達すると、短絡条件が継続した場合の電力損失を抑えるために Hiccup シーケンスが呼び出されます。

最大電流制限設定値 (6.8 A) は、5 A アプリケーションに十分に対応できるように設定されています。動作接合部温度の値が高出力電源アプリケーションでの最大定格を超える事がないように注意します。

表 5-1:スイッチング周波数の設定FREQ ピン設定周波数

High Z ( 開放 ) 400 kHz0 (GND) 565 kHz1 (VDDA) 790 kHz

VIN_RISE EN_R 1R2R1------+

EN_I R2×–×=

EN_R = 1.21VEN_I = 2 µA

R1 と R2 = 外付け抵抗

VIN_HYS 150 mV 1R2R1------+

×=

表 5-2:出力電圧の設定VOSET1 VOSET0 出力電圧0 (GND) 0 (GND) 3.3 V0 (GND) 1 (VDDA) 2.5 V (2.49 V)1 (VDDA) 0 (GND) 1.8 V1 (VDDA) 1 (VDDA) 1.5 V0 (GND) High Z ( 開放 ) 1.2 V

High Z ( 開放 ) 0 (GND) 1.0V1 (VDDA) High Z ( 開放 ) 0.9 V

High Z ( 開放 ) 1 (VDDA) 0.8 VHigh Z ( 開放 ) High Z ( 開放 ) 0.7 V

表 5-3:電流制限の設定ILIM 谷電流制限 ( 代表値 ) 定格出力電流

0 (GND) 4.6 A 3 A1 (VDDA) 6.2 A 4 A

High Z ( 開放 ) 6.8 A 5 A


MIC45404

5.5 選択可能な MIC45404 設定値の組み

合わせ

MIC45404 で選択可能な設定値は表 5-4 を参照してください。

5.6 出力コンデンサの選択出力コンデンサ CO のサイズと特性は 2 つの主な要件によって決まります。

• 定常リップル• 負荷変動時の最大電圧偏差定常リップルの計算では、ESR と静電容量リップルの両方が総リップル振幅に影響します。MIC45404 は公称値が 1.2 µH の低損失インダクタを使います。ピークツーピークインダクタ電流リップルとピークインダクタ電流は、スイッチング周波数、入力電圧、出力電圧設定、負荷電流から以下のように求めます。

式 5-4:

式 5-5:

静電容量リップル ΔVr,C と ESR リップル ΔVr,ESR は以下のように求めます。

式 5-6:

式 5-7:

次に、総ピークツーピーク出力リップルを以下のように控えめに見積もります。

式 5-8:

出力コンデンサの値と ESR は、ΔVR が仕様レンジ内に収まるように選択する必要があります。コンデンサの許容範囲には、ワーストケースを考慮する必要があります。セラミック出力コンデンサの場合、適用されるDC バイアスにたいする実効容量の低下を考慮します。出力コンデンサの計算におけるワーストケースの負荷変動は、インダクタ電流がピーク値にある時の 100%から 0% への瞬間的な負荷解放です。この場合、インダクタ内に蓄えられた全ての電力が出力コンデンサによって吸収され、コンバータはスイッチングを停止してローサイド FET を ON に維持します。インダクタ電流がゼロに低下すると、ピーク出力電圧オーバーシュート (ΔVO) が発生します。これは式 5-9で求めます。

式 5-9:

式 5-10 は、ΔVO を下回る出力オーバーシュートを制限するために必要な最小出力静電容量値 (CO(MIN)) を求めています。

式 5-10:

ほとんどのアプリケーションでは、出力コンデンサの値に対する最も厳しい要件が、最小静電容量値における負荷変動から規定されます。温度定格が X5R またはX7R の低 ESR セラミックコンデンサを推奨します。負荷の過渡変動が厳しい低出力電圧アプリケーションで最小サイズのソリューションを求める場合、電界コンデンサとセラミック出力コンデンサを組み合わせて使う方法が最も手軽な選択肢でしょう。

表 5-4:選択可能な MIC45404設定値の組み合わせ出力電圧周波数

3.3 V 790 kHz2.5 V (2.49 V)

1.8 V 565 kHz1.5 V1.2 V 400 kHz1.0 V0.9 V0.8 V0.7 V

ΔIL_PP VO

1VOVIN--------–

fS L×------------------

×=

IL,PEAK IOΔIL_PP

2----------------+=

ΔVR,CΔIL_PP

8 f× S CO×---------------------------=

ΔVR,ESR ESR ΔIL_PP×=

ΔVR ΔVR,C ΔVR,ESR+≅

ΔVO V2O

LCO------- IL,PEAK

2×+ VO–=

CO MIN( )L I× 2L,PEAK

ΔVO VO+( )2 V2O–

------------------------------------------------=


MIC45404

5.7 入力コンデンサの選択入力コンデンサのサイズと特性は 2 つの主な要件によって決まります。

• 定常リップル• RMS 電流降圧型コンバータの入力電流は立ち上がり / 立ち下がりが非常に速いパルストレインのため、入力フィルタ用には高周波数特性に優れた低 ESR セラミックコンデンサを推奨します。

理想的な入力フィルタ(フィルタ処理済み降圧電源段への供給は DC 入力電流と見なせる ) を仮定し、かつ入力リップルに対する入力コンデンサの ESR の寄与を無視すると ( 通常セラミックコンデンサでは可能 )、式 5-11に示すように入力ピークツーピークリップル電圧 ΔVr,INを指定して必要な最小静電容量値CIN(MIN)を見積もる事ができます。

式 5-11:

入力コンデンサの RMS 電流 IIN,RMS は式 5-12 により見積もります。

式 5-12:

指定の出力電流 IO のワーストケースの値は D = 0.5 で得られます。

複数の入力コンデンサを使うと、入力リップルの振幅と個々のコンデンサの RMS 電流を低減する事ができます。

5.8 補償回路設計単純な一次近似として、谷電流モード制御の降圧電源段を電圧制御電流源としてモデル化し、出力コンデンサと負荷に電力を供給します。インダクタ電流のステート変数を削除し、COMP からインダクタ電流への電源段伝達関数はトランスコンダクタンス (GmPS) としてモデル化します。図 5-3 に、制御ループの簡易モデルを示します。電源段のトランスコンダクタンスGmPS は電流レベルに対してある程度影響され、またプロセスにも影響されるため、回路設計時は代表値GmPS = 12.5 A/V に対してある程度マージンをとる事を推奨します ( セクション 1.0「電気的特性」参照 )。

図 5-3: 電圧調整ループの簡易微弱信号モデルこの簡易アプローチは安定性、帯域幅等、内部電流ループに関する事を全て無視しています。この近似は、電圧ループ帯域が積極的に高周波まで伸ばされていないほとんどの動作条件では十分に通用します。

図 5-3に示すモデルをベースにすると、制御-出力の伝達関数は以下のようになります。

式 5-13:

MIC45404 モジュールはトランスコンダクタンス(GmEA= 1.4 mA/V) のエラーアンプを使います。周波数補償は COMP から AGND へ接続される Type-II 回路(RC1、CC1、CC2) で実装しています。補償回路の伝達関数は、ゼロ DC 電圧調整エラー用積分器、クロスオーバー周波数付近の総ループゲインの位相マージンを稼ぐゼロ、および出力コンデンサの ESR ゼロをキャンセルするため、またはスイッチング周波数リップルをさらに減衰させるために使用できる追加極で構成されます。両方の場合とも、追加極により調整ループがスイッチング周波数ノイズの影響を受けにくくなります。追加極はコンデンサ CC2 によって生成します ( 内蔵、CC2 値は 47 pF)。式 5-14 に、補償回路の伝達関数HC(S) (OUTSNSからCOMPへ )の詳細を示します。

CIN MIN( )IO D 1 D–( )××

ΔVr,IN f× S----------------------------------------=

D は指定動作条件でのデューティサイクル

IIN、RMS IO D 1 D–( )××=

GmPSGm Error Amplifier

OUTSNS

COMP

R2

R1

REFDAC

VO Range CC2CC1

RC1

CoRL

ESR

VoVIN

Vc

IL

GmEA

GCO S( )VO S( )VC S( )------------- GmPS RL

1s

2π fZ×-----------------+

1s

2π fP×-----------------+

--------------------------------××= =

fZ と fP = 前者は出力コンデンサの ESR がゼロ、後者は負荷側ポールに関連した周波数

fZ1

2π CO ESR××-------------------------------------=

fP1

2π CO ESR RL+( )××-------------------------------------------------------=


MIC45404

式 5-14:

総電圧ループゲイン TV(S) は制御 - 出力と補償回路の伝達関数の積です。

式 5-15:

減衰率の値 R1/(R1 + R2) は出力電圧に依存し、表 5-5に示す通りです。

補償回路の設計手順は以下の通りです。

1. TV(s) ループゲインクロスオーバー周波数 fXO をfS/20 ～ fS/10 のレンジ内で設定します。fXO を小さくすると、位相マージンがより予測可能かつ堅牢となります。fXO を大きくすると、堅牢な位相マージンを得るには、電流ループ帯域幅に関してより考慮する必要が生じます。より保守的なアプローチを強く推奨します。

式 5-16:

2. 総電圧ループの目標クロスオーバー周波数 fXO を達成するための RC1 を選択します。通常、これは電源段伝達関数 GCO(S) が -20 dB/decade で減少するところで生じます。補償回路の伝達関数 HC(S) はいわゆる中帯域ゲイン域に存在し、ここでは CC1 を DCブロッキング短絡と見なし、CC2 は依然としてオープン回路として見なす事ができます。式 5-17 で求めます。

式 5-17:

3. 補償回路のゼロを負荷側ポールに配置するためのコンデンサ CC1 を選択します。負荷側ポールは負荷

の変動とともに変動するため、負荷側ポールを求める際は、式 5-18 と式 5-19 に示すように、アプリケーションの公称出力電流 IO によって決まる値を負荷抵抗 RL として使います。

式 5-18:

式 5-19:

4. 47 pFの内部CC2コンデンサが既に設けられているので、コンデンサ CC2 の合計値を補うために静電容量を追加する必要があるかどうかを調べます。

CC2( 合計値 ) は、補償回路の極を出力コンデンサ周波数の ESR ゼロに配置、かつスイッチングリップル / ノイズをさらに減衰させるように設定されています。

出力容量が電界コンデンサの場合、ESR ゼロは通常ループゲインが平坦となり -20 dB/decade でロールオフしない低い周波数で生じます ( クロスオーバー周波数 fXO 近辺または直後 )。これは補償回路設計の堅牢性を低下させ、スイッチングノイズの影響を受けやすくなります。そこで、出力コンデンサの ESR ゼロをキャンセルし、クロスオーバー周波数を超えてループゲインが良好にロールオフできるように、補償回路の極を使います。

出力コンデンサがセラミックのみの場合、ESR のゼロ周波数が非常に高くなる可能性があります。多くの場合、この周波数はスイッチング周波数より高くなる事さえあります。-20 dB/decadeでのループゲインのロールオフは確実にクロスオーバー周波数を超えますが、この場合でも、クロスオーバー周波数での位相マージンを保持しながらスイッチングノイズをさらに減衰させるために、補償回路の極を使う事を推奨します。

表 5-5:内部帰還抵抗分圧点の減衰値

VO レンジ R1/(R1 + R2)A

(A = 1 + R2/R1)

0.7 V-1.2 V 1 11.5 V-1.8 V 0.5 2

2.5 V(2.49 V)-3.3 V 0.333 3

HC S( )R1

R1 R2+--------------------- GmEA

1S CC1 CC2+( )×--------------------------------------------××–=

1 S RC1 CC1××+( )

1 S RC1CC1 CC2×CC1 CC2+---------------------------××+

--------------------------------------------------------------------×

TV S( ) GCO S( ) HC S( )×=

fS20------ fXO

fS10------≤ ≤

RC1R1 R2+R1

--------------------- 2π CO× fXO×

GmEA GmPS×------------------------------------×=

RLVOIO-------=

CC1CO ESR RL+( )×

RC1------------------------------------------=


MIC45404

例えば、補償回路の極を 5 fXO で設定すると、クロスオーバー周波数での位相損失が約11°に制限されます。これより高い周波数 (N x fXO (N > 5) で設定すると、スイッチング周波数でのノイズ / リップル減衰は弱くなりますが、位相損失はさらに低減します。スイッチング周波数のノイズ /リップルの減衰はN x fXO < fSである限り、ある程度は達成されます。

分極コンデンサの場合、式 5-20 に示すように ESR ゼロ周波数で補償回路の極の配置が達成されます。

式 5-20:

セラミック出力コンデンサの場合、式 5-21 に示すように補償回路の極の配置は N x fXO (N ≥ 5, N x fXO < fS)で達成されます。

式 5-21:

MIC45404 は 47 pF の CC2 コンデンサを内蔵しています。従って、追加する外部静電容量 CC2_EXT は式 5-22で求めます。

式 5-22:

CC2 – 47 pF の結果がゼロまたは負の値となる場合、CC2 に外部静電容量を追加する必要はありません。

5.9 出力電圧ソフトスタートレートMIC45404 は、出力電圧が目標調整電圧までスムーズに上昇するように内部アナログソフトスタートを備えています。セクション 1.0「電気的特性」に示すソフトスタートレートはエラーアンプを参照しているため、モジュールの出力で見られる有効ソフトスタートレートの値は、表 5-5 に記載する内部帰還抵抗分圧点の減衰値に応じてスケーリングする必要があります。有効出力電圧ソフトスタートのスルーレートSS_SROUTを特定の出力電圧設定と参照ソフトスタートスルーレート SS_SR に基づいて求めるには、以下の式を使います。

式 5-23:

A の値については表 5-5 の右列を参照してください。

CC21

RC1CO ESR×------------------------ 1

CC1----------–

-----------------------------------------=

CC21

2π RC1× N× fXO1CC1----------–×

----------------------------------------------------------------=

CC2_EXT max CC2 47 pF, 0 pF–( )=

SS_SROUT A SS_SR×=

A = 増幅


MIC45404

6.0 パッケージ情報


MIC45404


MIC45404

補遺 A: 改訂履歴

リビジョン A (2015 年 12 月 )• 本書は初版です。


MIC45404

NOTES:


MIC45404

製品識別システム

ご注文または製品の価格 / 納期に関しては、弊社または販売代理店までお問い合わせください。

製品番号

デバイス

デバイス :　 MIC45404: 超薄型、同期降圧型レギュレータ　モジュール

リード仕上げ :　 Y = 鉛フリー、産業用温度レンジ

パッケージコード MP = モジュール式パッケージ、厚さ ≥ 2.0 mm

テープ&リールオプション:　

TR = テープ＆リール(1)

例 :　a) MIC45404YMP-TR:　鉛フリー、54ピン

6 x 10 x 2 mm QFNパッケージ、テープ＆リール

Note 1:テープ＆リールの識別情報は、カタログの製品番号説明にのみ記載されています。これ

は製品の注文時に使う識別情報であり、デ

バイスのパッケージには印刷されていませ

ん。テープ & リールが選択できるパッケージの在庫 / 供給状況は、最寄りの Microchip社の営業所までお問い合わせください。

-XX(1)

テープ&リールオプション

X XX

リード仕上げパッケージコード

DS20005478A_JP- p. 30 2015 Microchip Technology Inc.

MIC45404

NOTES:

2015 Microchip Technology Inc. DS20005478A_JP- p. 31

Microchip 社製デバイスのコード保護機能に関して以下の点にご注意ください。

• Microchip社製品は、該当するMicrochip社データシートに記載の仕様を満たしています。

• Microchip社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、Microchip社製品のセキュリティレベルは、現在市場に流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。

• しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。弊社の理解ではこうした手法は、Microchip社データシートにある動作仕様書以外の方法でMicrochip社製品を使用する事になります。このような行為は知的所有権の侵害に該当する可能性が非常に高いと言えます。

• Microchip社は、コードの保全性に懸念を抱くお客様と連携し、対応策に取り組んでいきます。

• Microchip社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企業はありません。コード保護機能とは、Microchip社が製品を「解読不能」として保証するものではありません。

コード保護機能は常に進歩しています。Microchip 社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組んでいます。Microchip 社のコード保護機能の侵害は、デジタルミレニアム著作権法に違反します。そのような行為によってソフトウェアまたはその他の著作物に不正なアクセスを受けた場合、デジタルミレニアム著作権法の定めるところにより損害賠償訴訟を起こす権利があります。

本書に記載されているデバイスアプリケーション等に関する情報は、ユーザの便宜のためにのみ提供されているものであ

り、更新によって無効とされる事があります。お客様のアプ

リケーションが仕様を満たす事を保証する責任は、お客様に

あります。Microchip社は、明示的、暗黙的、書面、口頭、法定のいずれであるかを問わず、本書に記載されている情報に

関して、状態、品質、性能、商品性、特定目的への適合性を

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ず、Microchip社が知的財産権を保有しているライセンスは一切譲渡されません。

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© 2015, Microchip Technology Incorporated, Printed in the U.S.A., All Rights Reserved.

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インド - ニューデリーTel: 91-11-4160-8631Fax: 91-11-4160-8632

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フィリピン - マニラTel: 63-2-634-9065Fax: 63-2-634-9069

シンガポールTel: 65-6334-8870Fax: 65-6334-8850

台湾 - 新竹Tel: 886-3-5778-366Fax: 886-3-5770-955

台湾 - 高雄Tel: 886-7-213-7828

台湾 - 台北Tel: 886-2-2508-8600 Fax: 886-2-2508-0102

タイ - バンコクTel: 66-2-694-1351Fax: 66-2-694-1350

ヨーロッパ

オーストリア - ヴェルスTel: 43-7242-2244-39Fax: 43-7242-2244-393

デンマーク - コペンハーゲンTel: 45-4450-2828 Fax: 45-4485-2829

フランス - パリTel: 33-1-69-53-63-20 Fax: 33-1-69-30-90-79

ドイツ - デュッセルドルフTel: 49-2129-3766400

ドイツ - カールスルーエTel: 49-721-625370

ドイツ - ミュンヘンTel: 49-89-627-144-0 Fax: 49-89-627-144-44

イタリア - ミラノ Tel: 39-0331-742611 Fax: 39-0331-466781

イタリア - ヴェニスTel: 39-049-7625286

オランダ - ドリューネンTel: 31-416-690399 Fax: 31-416-690340

ポーランド - ワルシャワTel: 48-22-3325737

スペイン - マドリッドTel: 34-91-708-08-90Fax: 34-91-708-08-91

スウェーデン - ストックホルムTel: 46-8-5090-4654

イギリス - ウォーキンガムTel: 44-118-921-5800Fax: 44-118-921-5820

各国の営業所とサービス

2015/07/15

http://support.microchip.comhttp://www.microchip.com

MIC45404特長アプリケーション概要代表的な応用回路パッケージタイプ機能ブロック図1.0 電気的特性絶対最大定格†Note 1: デバイスは静電気放電に敏感です。注意して取り扱ってください。HBM試験条件は1.5 kWと100 pFの直列回路です。

動作定格(1)Note 1: 動作レンジから外れた条件でのデバイスの機能は保証されません。

2.0 代表性能曲線図 2-1: 入力電圧に対する動作電流(IQ)図 2-2: 入力電圧に対するVDDA電圧図 2-3: 入力電圧に対する出力電流制限図 2-4: 入力電圧に対するイネーブルしきい値図 2-5: 入力電圧に対するEN/DLYプルアップ電流図 2-6: 温度に対する動作電流(IQ)図 2-7: 温度に対するEA出力電流図 2-8: 温度に対するEAトランスコンダクタンス図 2-9: 出力電流に対する効率(VIN = 12 V)図 2-10: 出力電流に対する効率(VIN = 5 V)図 2-11: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 0.9 V)図 2-12: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 1.0 V)図 2-13: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 1.2 V)図 2-14: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 1.5 V)図 2-15: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 1.8 V)図 2-16: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 2.5 V)図 2-17: 出力電流に対する出力電圧(VOUT = 3.3 V)図 2-18: VIN ターンオン図 2-19: VIN ターンオフ図 2-20: イネーブルターンオン図 2-21: イネーブルターンオフ図 2-22: 出力プリバイアス状態でのイネーブル起動図 2-23: 出力プリバイアス状態でのイネーブル起動図 2-24: 短絡出力時のVIN起動動作図 2-25: 短絡出力時のイネーブル起動動作図 2-26: 出力電流制限(ILIM = GND)図 2-27: 出力電流制限(ILIM = High Z)図 2-28: 短絡時Hiccup動作およびHiccupからの復帰動作図 2-29: サーマルシャットダウンと復帰動作図 2-30: スイッチング波形(IOUT = 0 A)図 2-31: スイッチング波形(IOUT = 5A)図 2-32: 負荷過渡応答図 2-33: ライン過渡応答

3.0 ピンの説明表 3-1: ピン割り当て表3.1 出力センシングピン(OUTSNS)3.2 高精度イネーブル/ターンオン遅延入力ピン(EN/DLY)3.3 MOSFETドライバ用内部電源ピン(VDDP)3.4 内蔵レギュレータ出力ピン(VDDA)3.5 グランド拡張ピン(GND_EXT)3.6 入力電圧ピン(VIN)3.7 電源グランドピン(GND)3.8 出力側接続ピン(OUT)3.9 スイッチノードピン(LX)3.10 ブートストラップコンデンサピン (BST)3.11 パワーグッド出力ピン(PG)3.12 出力電圧選択ピン(VOSET0と VOSET1)3.13 未接続ピン(NC)3.14 電流制限ピン(ILIM)3.15 スイッチング周波数ピン(FREQ)3.16 アナロググランドピン(AGND)3.17 補償回路ピン(COMP)3.18 GND露出パッド

4.0 機能ブロックの説明4.1 動作原理4.2 電源電圧(VIN、VDDA、VDDP) と内蔵LDO4.3 ピンストラッププログラミング (VOSET0、VOSET1、FREQ、ILIM)4.4 イネーブル/遅延(EN/DLY)図 4-1: EN/DLYピンの機能

4.5 パワーグッド(PG)4.6 インダクタ(LX、OUT)およびブートストラップ(BST)ピン4.7 出力センシング(OUTSNS)および補償(COMP)ピン4.8 ソフトスタート4.9 スイッチング周波数(FREQ)4.10 プリバイアス出力起動4.11 サーマルシャットダウン4.12 過電流保護(ILIM)とHiccupモード短絡保護図 4-2: Hiccupモードの短絡保護ロジック

5.0 応用に関する情報5.1 起動遅延の設定と外部UVLO図 5-1: プログラマブル起動遅延機能式 5-1:

FIGURE 5-2: プログラマブル外付けUVLO機能式 5-2:式 5-3:

5.2 スイッチング周波数の設定表 5-1: スイッチング周波数の設定

5.3 出力電圧の設定表 5-2: 出力電圧の設定

5.4 電流制限の設定表 5-3: 電流制限の設定

5.5 選択可能なMIC45404設定値の組み合わせ表 5-4: 選択可能なMIC45404設定値の組み合わせ

5.6 出力コンデンサの選択式 5-4:式 5-5:式 5-6:式 5-7:式 5-8:式 5-9:式 5-10:

5.7 入力コンデンサの選択式 5-11:式 5-12:

5.8 補償回路設計図 5-3: 電圧調整ループの簡易微弱信号モデル式 5-13:式 5-14:式 5-15:表 5-5: 内部帰還抵抗分圧点の減衰値式 5-16:式 5-17:式 5-18:式 5-19:式 5-20:式 5-21:式 5-22:

5.9 出力電圧ソフトスタートレート式 5-23:

6.0 パッケージ情報19 V 5 A超薄型DC/DC電源モジュールリビジョンA (2015年12月)

Notes:Notes:各国の営業所とサービス

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