AL1015 AKM | Alldatasheet
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[AL1015] Rev.1.0 - 1 - 2010/10 概要 特長 絶対最大定格 回路構成 端子説明 効率＿Ｖｏｕｔ＝３．３[V] Current-Mode PWM Step-Down DC-DC Convertor Controller AL1015 AL1015は過渡負荷応答特性に優れた電流モード制御 の高耐圧PWM制御ステップダウンＤＣ－ＤＣコンバータ です。外付けP-MOSを駆動することにより出力電流3[A] までの電源を少ない部品点数で構成することができま す。入力電圧範囲が4.5～22[V]と広くACアダプターや Liイオンなどのマルチセルバッテリーから5.0 [V]、3.3 [V]、2.5 [V]などを生成するのに最適です。出力電圧範 囲は 1.24[V]～Vinで内部基準電圧精度は±2[%]で す。100[%]デューティーサイクルはロードロップアウト電 圧の動作を可能にします。保護機能として自動復帰型 過電流保護機能、低電圧保護機能、過電圧保護機能 を内蔵しています。AL1015は高さ1.1mmMAXのSSOP-8 パッケージで供給されます。 ・入力電圧範囲：4.5～22[V] ・出力電圧範囲： 1.24V～Vin（外部抵抗により可変） ・駆動周波数 220[kHz] ・低電圧保護、過電圧保護機能搭載 ・自動復帰型過電流保護機能搭載 ・内部基準電圧精度：±2[%] (Ta=25[℃]) ・最大デューティー100[%] ・ソフトスタート機能搭載 ・ＳＳＯＰ-8パッケージ 項目 定格 単位 Vin, EXT-GND間電圧 -0.3～25 V Vin-CS間電圧 Vin±0.3 V V5/PWON, Vref/SS, CC, F B - G N D 間 電 圧 -0.3～6 V 動作温度範囲 -30～85 ℃ 保存温度範囲 -40～150 ℃ 接合部温度 125 ℃ 許容損失 (Ta=25℃) 560 mW CS CC GND FB EXT VIN Vin Vout Vref/SS V5/PWON No. 端子名 機能
1 VIN 主電源端子
2 V5/PWON 内部電源電圧端子
3 Vref/SS 基準電圧/ソフトスタート端子
4 CC フィードバックアンプ出力端子
5 FB フィードバック端子
6 GND グランド端子
7 EXT 外付けＰＭＯＳドライブ端子
8 CS ＰＭＯＳ側カレントセンス端子
00 .511 .52 Vin= 6.0[V] Vin= 8.0[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] η[%] Iout[A]
[AL1015] Rev.1.0 - 2 - 2010/10 パッケージ外形図 電気的特性 項目 記号 測定条件 MIN. TYP. MAX. 単位 電源電圧範囲 Vin 4.5 22 V 基準電圧 Vref 1.216 1.24 1.264 V 内部電源 V5 4.35 4.60 V 動作時消費電流 ISUPPLY 900 uA スタンバイ電流 Istandby UVLO状態 250 uA シャットダウン電流 Ishutdown V5-GNDショート 20 uA ラインレギュレーション※1 ⊿ V LINE 0.05 %/V ロードレギュレーション※1 ⊿ V LOAD 1 % 過電流制限検出電圧 V OCL 70 135 mV 発振周波数 fosc 176 220 264 kHz 最大デューティ幅 MAXDuty 100 % Trise V in =13V, CLOAD=1300pF 80 ns 外付けPMOS ドライブ能力 ※2 Tfall V in =13V, CLOAD=1300pF 90 ns 電源電圧監視 VD 3.8 4.0 4.2 V 電源電圧監視ヒステリシス V D hys 0.15 0.2 0.25 V ソフトスタート動作終了時間 T SSEND Css=0.1μF, Iout=0A 40 ms *１. 弊社推奨回路を用いた場合の参考値 *2. 設計保証値 [mm] (特記なき場合Ta=25℃)
[AL1015] Rev.1.0 - 3 - 2010/10 端子機能 内部ブロック図 １番端子＿ＶＩＮ： 主電源電圧入力端子です。このＶＩＮ端子とＧＮＤ間に0.01[μ Ｆ]以上のバイパスコンデンサを接続してください。 2番端子＿Ｖ５／ＰＷＯＮ： 内部電源として使用する４．５[Ｖ]シリーズレギュレータ出力端子 です。内部電源安定化のため、このＶ５／ＰＷＯＮ端子とＧＮＤ 間に0.1[μＦ]のコンデンサを接続してください。主電源電圧が５ [Ｖ]以下の場合はＶＩＮ端子と接続します。 3番端子＿Ｖｒｅｆ／ＳＳ： 基準電圧出力及びソフトスタート端子です。このＶｒｅｆ／ＳＳ端 子とＧＮＤ間に0.1[μＦ]のコンデンサを接続してください。起動 時にソフトスタート用のコンデンサとして動作します。 4番端子＿ＣＣ： 出力電圧フィードバックアンプの出力端子です。このＣＣ端子と Ｖｒｅｆ／ＳＳ端子間に抵抗とコンデンサを並列接続し、アンプの 位相補償を行います。 5番端子＿ＦＢ： 出力電圧フィードバックアンプの入力端子です。この端子電 圧とＶｒｅｆ／ＳＳ端子の電圧が等しくなるように電圧を制御し 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。 6番端子＿GND： グランド端子です。出力コンデンサのＧＮＤと接続してくださ 7番端子＿EXT： ハイサイドパワーMOSFETドライブ端子です。ハイサイドパワ ーMOSFET（Pch）のゲートに接続します。このEXT端子の電 圧は主電源電圧まで振幅します。 8番端子＿CＳ： 電流検出コンパレータの入力端子です。カレントセンス抵抗 のMOSFET側に接続してください。 CC FB FBamp Selcomp Vref Vref GND VIN - UVLOcomp Vref Vref Vref Control Logic EXT Vref/SS CS Vcnt. CNT.comp Level V5_READY Iss V5/PWON shift Reset OSC Reset- - - OVPcomp FB Vref×1.05 Vref_READY Reset iRAMP Set Vref/SS VIN CS OCLcomp SS_END Vref UVLO_READY SS_END FB
[AL1015] Rev.1.0 - 4 - 2010/10 標準動作回路 標準動作回路部品表 CS CC GND FB EXT VIN Vin Vout Vref/SS V5/PWON C1-1 C1-2 記号 名称 値 品番 C1-1 入力コンデンサ 0.1uF セラミック C1-2 入力コンデンサ 100uF アルミ電解 SANYO 25MV100CA C2 出力コンデンサ 220uF POS －CAP SANYO 6TPD220M C3 内部電源用コンデンサ 0.1uF セラミック C4 基準電圧用コンデンサ 0.01uF セラミック C5 位相補償用コンデンサ 27pF セラミック R1 電流センス抵抗 39m Ω PANASONIC ERJL14K39M R2 フィードバック抵抗 12kΩ R3 フィードバック抵抗 11kΩ R4 位相補償用抵抗 33kΩ L1 パワーインダクター 18uH SAGAMI 7B12H-180 Q1 ハイサイドP-MOSFET 5A クラス FAIRCHILD FDC658 D1 回生用ショットキーダイオード 5Aクラス TOSHIBA CMS05 Vin=4.5～18 [V]，Vout=2.5V，Iout=2A設定
[AL1015] Rev.1.0 - 5 - 2010/10 標準動作回路部品表（補足） 記号 名称 値 品番 C1-1 入力コンデンサ 0.1uF セラミック C1-2 入力コンデンサ 100uF アルミ電解 SANYO 25MV100CA C2 出力コンデンサ 220uF POS －CAP SANYO 6TPD220M C3 内部電源用コンデンサ 0.1uF セラミック C4 基準電圧用コンデンサ 0.01uF セラミック C5 位相補償用コンデンサ 27pF セラミック R1 電流センス抵抗 39m Ω PANASONIC ERJL14K39M R2 フィードバック抵抗 20kΩ R3 フィードバック抵抗 12kΩ R4 位相補償用抵抗 33kΩ L1 パワーインダクター 18uH SAGAMI 7B12H-180 Q1 ハイサイドP-MOSFET 5A クラス FAIRCHILD FDC658 D1 回生用ショットキーダイオード 5Aクラス TOSHIBA CMS05 Vin=6.0～18[V]，Vout=3.3V，Iout=2A設定 記号 名称 値 品番 C1-1 入力コンデンサ 0.1uF セラミック C1-2 入力コンデンサ 100uF アルミ電解 SANYO 25MV100CA C2 出力コンデンサ 220uF POS －CAP SANYO 6TPD220M C3 内部電源用コンデンサ 0.1uF セラミック C4 基準電圧用コンデンサ 0.01uF セラミック C5 位相補償用コンデンサ 27pF セラミック R1 電流センス抵抗 39m Ω 松下 ERJL14K39M R2 フィードバック抵抗 16kΩ R3 フィードバック抵抗 5.1kΩ R4 位相補償用抵抗 33kΩ L1 パワーインダクター 15uH SAGAMI 7B12H-150 Q1 ハイサイドP-MOSFET 5A クラス FAIRCHILD FDC654 D1 回生用ショットキーダイオード 5Aクラス TOSHIBA CMS05 Vin=8.0～18[V]，Vout=5.0V，Iout=2A設定
[AL1015] Rev.1.0 - 6 - 2010/10 基本動作説明 同期モード・非同期モード設定周波数動作時出力波形 非同期モード無負荷時出力波形 AL1015は電流モード制御方式を採用しています。カレントセ ンス抵抗R1は必ず必要となりますのでご注意ください。 スイッチング動作： AL1015は電流モードＰＷＭ制御方式で220[kHz]の周波数に て動作します。ＦＢ端子とＶｒｅｆ/ＳＳ端子間の電位差をフィー ドバックアンプにて増幅し、インダクタ電流の目標値を設定し ます。ＭＯＳＦＥＴのオンサイクルはインダクタ電流が目標値 に達するまで継続されます。このオンサイクルの時には、ＶＩＮ 端子－ＣＳ端子間に接続されたＲ1にてインダクタ電流を検知 しています。オンサイクルのインダクタ電流が目標値に達する とＭＯＳ－ＦＥＴがオフとなり、インダクタに蓄えられたエネル ギーでショットキーバリアダイオードに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に対して低下してい ればオンサイクルへ移行し、220[kHz]の連続した周波数を保 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、220[kHz]が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。 シャットダウン動作： 主電源電圧(VIN)が入力され、Ｖ５／ＰＷＯＮ端子をＧＮＤへ短 絡させるとAL1015はシャットダウン状態となります。このとき内部 電源下で動作する全ての回路への電流供給を停止させていま す。シャットダウン状態での消費電流は約20[μA]です。Ｖ５／Ｐ ＷＯＮ端子をＧＮＤレベルから開放するとスタートアップ動作へ 移行します。 電源電圧監視回路（ＵＶＬＯ）： 主電源電圧(VIN)が4.2[V]に達するまでAL1015はスタンバイ状 態となっています。このとき内部電源回路（4.5Vシリーズレギュレ ータ）から全ての回路に向けてリセットを掛けています。主電源 電圧が4.2[V]を越えるとリセットを解除します。起動後の主電源 電圧低下は4.0[V]で検出されます。この場合の復帰も起動時と 同様に4.2[V]で規定電圧に達していると判定します。 内部電源（Ｖ５）： 主電源電圧(VIN)が入力されると内部電源回路（4.5Vシリーズレ ギュレータ）と基準電圧（Ｖｒｅｆ）が起動します。このＶ５／ＰＷＯＮ 端子をＧＮＤレベルへ接続するとＶ５が起動せず、シャットダウン 状態となっています。ＧＮＤレベルから開放することで外部コン デンサへの充電が開始されます。Ｖ５／ＰＷＯＮ端子－ＧＮＤ間 にＭＯＳスイッチを挿入することでパワーオン・オフ機能として使 用することができます。内部電源起動後は上記電源電圧監視回 路の判定がイネーブルであれば全回路のリセット信号を解除し ます。主電源電圧が5[V]以下となる用途では本端子をＶＩＮ端子 へ接続してください。 ソフトスタート： スタートアップ時の出力電圧オーバーシュート発生を防ぐため、 電流制限と電圧制限により緩やかに出力電圧を上昇させます。 内部電源からのリセット信号が解除されると外部に接続されたコ ンデンサに定電流で充電し、基準電圧（1.24[V]）に達するとソフ トスタートが終了します。この間、外部コンデンサの電圧に比例 させ、電流制限値(カレントセンス抵抗両端の電圧)を0[mV]から 100[mV]へリニアに変化させます。出力電圧が起動する時間は 出力コンデンサの容量や負荷状態によって異なります。シャット ダウン状態からソフトスタート動作が終了するまでの時間は最大 で40[ms]となります。 ソフトスタートに使用する外部コンデンサ の値は0.1[μF]が 標準です。 過電圧保護（ＯＶＰ）： ＦＢ端子電圧が1.3[V] を越えると過電圧検知コンパレータが 外 部のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦさせます。この状態は出力電圧が再び 1.3[V]を下回るまで保持し続けます。 自動復帰型過電流保護（OCL）： ＶＩＮ端子－ＣＳ端子間電圧が120[mV]を越えると出力電圧を低 下させ出力電流を制限します。この時の出力電圧-出力電流特 性はフの字を描くような形で推移します。再び出力電流が低下 すると、出力電圧を上昇させて自動復帰します。復帰時の出力 電圧-出力電流特性は制限時と同様の軌跡となります。 定常負荷時出力電圧波形
[AL1015] Rev.1.0 - 7 - 2010/10 アプリケーション ／ 基板レイアウト カレントセンス抵抗： 定格電流を得るためにはカレントセンス抵抗を次式の値とする のが適切です。 インダクタンス： 外部インダクタンスはリップル電流の最大が定格電流の30[%] となるように選択します。主電源電圧（Vin)はご使用になる入 力範囲中の最大値となります。これらを含め、外部インダクタン スの値は次式で求めることができます。 入力コンデンサ： 入力コンデンサの容量は、電源から入力コンデンサまでのイン ピーダンスによって異なります。ワーストケースでの許容電流 は定格電流の1/2が必要となります。 出力コンデンサ： 回路制御系の安定化のため、出力コンデンサの容量とESRは 次式を満たす必要があります。 位相補償： CC端子－Vref／SS端子間に接続します位相補償用抵抗・コ ンデンサの標準値は以下の値となります。変更される場合は 弊社までご連絡ください。 R4＝33[kΩ], C5=27[pF] 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 GND間）の値は次式で求めることができます。 R2及びR3の値が大きくなるとスイッチングノードのノイズで動 作が不安定になることがありますので注意が必要です。 ◆アプリケーション 3 . 1 Imax ] mV [ 100R1 ] F [ 4R1 Vout VrefCout μ Vref VoutESR R3 R21 Vref Vout ＝ GND配線： GNDはできるだけ大きなプレーンとなるようにして、出力コン デンサと入力コンデンサのGND近傍へ接続してください。 スイッチングノード配線： P-MOSFETのドレイン端子－インダクタンス－ショットキーバリ アダイオードのカソード端子間のスイッチングノードのライン は太く、短く配線してください。AL1015の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はAL1015のＶＩＮ端子－ＣＳ端子間に近 接させて配置してください。このときラインインピーダンスが入 らないように抵抗器両端の電位で電流検知をさせる必要があ ります。ＶＩＮ端子－ＣＳ端子への配線距離も最短となるように 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の＋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AL1015に近接 させてください。GND側はショットキーバリアダイオードの回生 電流パスから離す必要があります。 Ｖ５／ＰＷＯＮ及びＶｒｅｆ／ＳＳ端子用コンデンサ： Ｖ５／ＰＷＯＮ端子－ＧＮＤ間とＶｒｅｆ／ＳＳ端子－ＧＮＤ間の コンデンサは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間のバイパスコンデンサにつきましても各 端子に近接させて配置・配線してください。 ◆基板レイアウトについての注意事項 0.3220kHzVin Imax Vout - Vin VoutL
[AL1015] Rev.1.0 - 8 - 2010/10 特性例 Efficiency 2.5[V] Output 100 0 0.5 1 1.5 2 Vin= 4.5[V] Vin= 6.0[V] Vin= 8.0[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] η[%] Iout[A] Efficiency 3.3[V] Output 100 00 . 511 . 52 Vin= 6.0[V] Vin= 8.0[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] η[%] Iout[A] Efficiency 5.0[V] Output 100 00 . 511 . 52 Vin= 7.5[V] Vin= 8.5[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] η[%] Iout[A] Vref Output Voltage v.s. Ta 1.2 1.22 1.24 1.26 1.28 1.3 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 Vin=4.5[V] Vin=8.0[V] Vin=13[V] Vin=15[V] Vin=18[V] Vin=22[V] Vref[V] Ta[℃] 定常負荷時出力電圧波形 軽負荷時出力電圧波形
[AL1015] Rev.1.0 - 9 - 2010/10 Load Regulation 2.5[V] Output 2.5 2.55 2.6 00 .511 .52 Vin= 4.5[V] Vin= 6.0[V] Vin= 8.0[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] Vout[V] Iout[A] Load Regulation 3.3[V] Output 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 00 .511 .52 Vin= 6.0[V] Vin= 8.0[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] Vout[V] Iout[A] Load Regulation 5.0[V] Output 4.9 4.95 5.05 5.1 5.15 5.2 0 0.5 1 1.5 2 Vin= 7.5[V] Vin= 8.5[V] Vin=10.0[V] Vin=12.0[V] Vin=13.5[V] Vin=15.0[V] Vin=18.0[V] Vout[V] Iout[A] Line Regulation 2.5[V] Output 2.5 2.55 2.6 6 8 10 12 14 16 18 Iout=0.00[A] Iout=0.10[A] Iout=0.30[A] Iout=0.50[A] Iout=1.00[A] Iout=1.45[A] Iout=1.80[A] Iout=2.00[A] Vout[V] Vin[V] Line Regulation 3.3[V] Output 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 6 8 10 12 14 16 18 Iout=0.00[A] Iout=0.10[A] Iout=0.30[A] Iout=0.50[A] Iout=1.00[A] Iout=1.45[A] Iout=1.80[A] Iout=2.00[A] Vout[V] Vin[V] Line Regulation 5.0[V] Output 4.9 4.95 5.05 5.1 5.15 5.2 8 1 01 21 41 61 8 Iout=0.00[A] Iout=0.10[A] Iout=0.30[A] Iout=0.50[A] Iout=1.00[A] Iout=1.45[A] Iout=1.80[A] Iout=2.00[A] Vout[V] Vin[V]
[AL1015] Rev.1.0 - 10 - 2010/10 AL1015 基板レイアウト ■ 両面 部品面シルク 半田面シルク 部品面パターン 半田面パターン
[AL1015] Rev.1.0 - 11 - 2010/10 ■ 片面 部品面シルク 部品面パターン 重要な注意事項
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