ELM614BA 2A 18V 500kHz 高効率 同期整流 PWM 降圧 DC/DC コンバータ
http://www.elm-tech.com■概要

ELM614BA は、 2 個の N チャネルドライバ MOSFET を内蔵したブ－トストラップ方式の同期整流降圧 DC/DCコンバ－タ IC です。 入力電圧範囲は 4.5V から 18V で、 出力電圧は 0.8V から 15V まで設定可能です。 出力電流は最大 2A です。 電流モード動作によって高速な過渡応答特性とループの安定性を実現しています。
PWM 周波数は 500kHz 固定で、 また軽負荷時に PFM 制御に自動的に切り替わることで、 重負荷から軽負荷までのあらゆる負荷に対して高効率を維持します。
過電流保護と過熱保護の 2 つの保護機能が内蔵されています。
小型サイズの SOT-26 パッケージと最小限の外付け部品により、 実装面積を最少にすることが可能です。

■特長

■用途

• 内蔵ソフトスタート• 分散型電源システム• 過電流保護• ネットワーク機器• 過熱保護• FPGA, DSP, ASIC 用電源• 入力電圧範囲: 4.5V ～ 18V• コンピュータ

• 出力電圧設定範囲: 0.8V ～ 15V• 家電機器• 最大出力電流: 2A• 内蔵 MOSFET スイッチ: 140mΩ/90mΩ

• シャットダウン電流: Typ 3μA

• 高効率: Max 95%• 固定周波数: Typ 500kHz• 制御方式: PWM/PFM 自動切替制御• パッケージ: SOT-26■絶対最大定格値
項目
電源電圧
SW 端子印加電圧
BOOT 端子印加電圧
その他の端子印加電圧
許容損失
接合温度
動作温度
保存温度

記号
Vin
Vsw
Vboot
VallPdTj
TopTstg

規格値-0.3 ～+19.0-0.3 ～ Vin+0.3
Vsw-0.3 ～ Vsw+6.0-0.3 ～ +6.0
1200 (*)+150-40 ～ +85-65 ～ +150単位VVVVmW℃℃℃* ガラスエポキシ両面基板 (EIJ/JEDEC 標準サイズ : 76.2mm × 114.3mm × 1.6mm), 銅箔の厚さ 70μm、 銅箔面積率表面 20%, 裏面 100% に実装した場合。

■セレクションガイド
ELM614BA-S
記号abc

パッケージ
製品バージョン
テーピング方向

B: SOT-26
A
S: パッケージ ファイル参照

ELM614 B A - S↑↑ ↑a b c( 注) テーピング方向は一種類のみ

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ELM614BA 2A 18V 500kHz 高効率 同期整流 PWM 降圧 DC/DC コンバータ
http://www.elm-tech.com■端子配列図SOT-26(TOP VIEW)
端子番号123456

端子記号
GND
SW
VIN
FB
EN
BOOT

ピン説明
グランド端子パワースイッチ端子
電源入力端子帰還電圧入力端子イネーブル端子
ハイサイドゲート駆動ブートストラップ入力端子■標準回路図 (出力電圧調節可能)��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

注 ： C7 はオプション。

■ブロック図�������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������

��1�����
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http://www.elm-tech.com■電気的特性

特に指定なき場合、 Vin=+12V、 Top=25℃
項目記号条件Min.
Typ.
Max. 単位電源電圧
Vin4.518.0V
出力電圧
0.815.0VVout
シャットダウン電流
Is
Ven=0V
36μA
電源電流
Ven=2.0V
0.7mAIin
フィードバック電圧
4.5V ≦ Vin ≦ 18.0V
0.784 0.800 0.816
VVfb
エラーアンプ電圧利得 *
Aea
1000
V/V
ハイサイドスイッチオン抵抗 *Rds(on)H140mΩ
ローサイドスイッチオン抵抗 *Rds(on)L90mΩ
Ven=0V, Vsw=0V
ハイサイドスイッチリーク電流
Ileak
10μA
Top=+125℃
ハイサイドスイッチ制限電流
Iuswl
最少デューティ比3.03.6A
ローサイドスイッチ制限電流
Ilswl
ドレイン→ソース0A
発振周波数
Fosc1400500600kHz
短絡時発振周波数
Fosc2 Vfb=0V
100125150kHz
最大デューティ比Dmax Vfb=0.5V
90%
最少オン時間 *to_min120
ns
PFM 切替負荷電流 *Iload_pfm Vout=3.3V, 標準回路実装時
40mA
EN 立下り閾値電圧
VenL
Ven 立下り
0.56
1.12VEN 立上り閾値電圧
VenH
Ven 立上り1.22
1.83V
低入力電圧ロックアウト閾値
Vuvlo Vin 立上り
3.5V
低入力電圧ロックアウトヒステリシス Vuvlo_hys
240mV
ソフトスタート時間
tss
1ms
サーマルシャットダウン
150℃
Tsd* 設計保証、 テストされていません。

■マーキングSOT-26
マーク

内容a～e

組み立てロット番号 ：0 ～ 9 と A ～ Z 繰り返し

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http://www.elm-tech.com■動作説明ELM614BA は同期整流型電流モード制御の降圧 DCDC コンバータです。 入力電圧 4.5V ～ 18V から最低電圧 0.8V まで降圧可能です。 かつ電流は最大 2A まで供給可能です。
ELM614BA は電流モードで出力電圧を制御します。 出力電圧は抵抗分割による電圧値を FB 端子で測定し、内部エラーアンプを使って増幅します。
コンバータは内蔵 N チャンネル MOSFET を使って入力電圧を降圧し出力電圧をレギュレートします。 ハイサイド
MOSFET は入力電圧よりも高いゲート電圧を必要とするため、 ハイサイドゲートを駆動するためのブーストコンデンサを SW 端子と BOOT 端子間に接続する必要があります。 ブーストコンデンサは、 SW 端子が Low のとき、 内部5V 電源から充電されます。
1) 端子についてBOOT 端子 : 電源側 MOS スイッチゲート駆動用ブートストラップ端子。
BOOT 端子は、 電源側の N チャンネル MOS スイッチのゲート駆動電源電圧を供給します。 SW 端子と BOOT 端子間に 0.1μF 以上のコンデンサを接続します。
VIN 端子 : 電源入力端子。
電源端子から ELM614BA に電源が供給されます。 4.5V から 18V を入力できます。 VIN 端子と GND 端子間にはスイッチノイズを吸収するために適切な大きさのコンデンサを接続します。
SW 端子 : パワースイッチ端子。
パワースイッチ端子はインダクタ電流をスイッチすることで電力を出力に供給します。 LC フィルタを出力負荷と SW端子間に接続します。 ハイサイドスイッチの駆動のため、 SW 端子と BOOT 端子間にコンデンサが必要です。
GND 端子 : グランド端子。
FB 端子 : 制御電圧帰還端子。
FB 端子により出力電圧を検出して定電圧制御を行います。 FB 端子は出力とグランド間の分圧抵抗ネットワークを介して接続されます。 FB 端子が 0.8V になるように制御されます。
EN 端子 : イネーブル入力端子。
ELM614BA をオン / オフさせるデジタル入力端子です。 ハイイネーブル動作、 つまり High 入力で動作し、 Low入力でスタンバイ状態となります。 電源入力に接続する場合は、 100kΩの抵抗でプルアップして下さい。
*) 100kΩの抵抗でプルアップした場合、 EN 端子の電圧は、 内蔵するツェナーダイオードにより 5.7V でクランプされます。
2) 出力電圧の設定
出力電圧は外部分圧抵抗により設定されます。 フィードバック抵抗 R1 によって、 内蔵の位相補償コンデンサと共に帰還ループの帯域幅が決まります ( 標準回路図およびブロック図参照 )。 従って R1 の値は、 出来る限り表1BOM の推奨値かまたはそれに近い値を選定することをお勧めします。 R1 を先に決めた場合、 R2 は下式で求められます :R2 = R1 / (Vout / 0.8V – 1)������

����

図 1 ： 抵抗の接続
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表 1 に、 各種出力電圧に対する分割抵抗の推奨値を示します。
Vout (V)
1.05
1.20
1.80
2.50
3.30
5.00

R1 (KΩ)103.8 (1%)
100.0 (1%)
85.0 (1%)
67.5 (1%)
47.5 (1%)
83.1 (1%)

R2 (KΩ)332.1 (1%)
200.1 (1%)
68.0 (1%)
31.8 (1%)
15.2 (1%)
15.8 (1%)

表 1: 各種出力電圧に対する推奨抵抗値3) インダクタ
インダクタは入力電源からスイッチで駆動されたときに定電流源として負荷を駆動します。 大きな値のインダクタはリップル電流が小さいので、 結果として出力リップル電圧が小さくなります。 しかし大きな値のインダクタは、 サイズが大きく直列抵抗が高く飽和電流値も小さくなります。 使用するインダクタの値を決める良い方法は、 ピークツー
ピークリップル電流が最大スイッチ電流の約 30％になるようインダクタを設定することです。 最大インダクタ電流はELM614BA の最大スイッチ電流より小さくなければなりません。 インダクタの値は次の式で計算できます :L = [ Vout / (fs × ΔIL) ] × (1 − Vout / Vin)
ここで、 Vout は出力電圧、 Vin は入力電圧、 fs はスイッチ周波数、 ΔIL はインダクタのピークツーピークのリップル電流です。 インダクタのピーク電流時に磁気飽和しないインダクタを選択する必要があります。 インダクタのピー
ク電流は以下の式で計算できます :Ilp = Iload + [ Vout / (2 × fs × L) ] × (1 − Vout / Vin)
ここで Iload は負荷電流です。
どのような形状のインダクタを選択するかは、 価格、 大きさ、 EMI 規格などを考慮して決定します。
4) オプションのショットキーダイオード
電源側 MOS スイッチとグランド側 MOS スイッチのオンからオフへの過渡状態において、 グランド側 MOS スイッチの寄生ダイオードがインダクタ電流により導通します。 この寄生ダイオードの順方向電圧は高いので、 電力損失が発生します。 追加のショットキーダイオードを SW 端子と GND 端子間に並列に接続することで、 このショットキーダイオードの低い順方向電圧でインダクタ電流をバイパスし、変換効率を向上することができます。表 2 に推奨するショットキーダイオードの例を挙げます ：品番
電圧、 電流B13030V, 1A
SK1330V, 1A
MBRS13030V, 1A
表 2 : 推奨ダイオードメーカ
Diodes Inc.
Diodes Inc.
International Rectifier5) 入力コンデンサ
降圧 DC/DC コンバータの入力電流は断続的に流れます。 DC 入力電圧を安定化するために、 AC 電流を供給するコンデンサが DC/DC コンバータの入力端子に必要です。 性能を確保するためには低 ESR のコンデンサが必要です。 セラミックコンデンサが推奨されます。 タンタルコンデンサまたは低 ESR の電解コンデンサも使用できます。
セラミックコンデンサを使用する場合は誘電体特性に注意が必要です。 温度特性、 電圧特性を確認してください。
X5R、 X7R などを推奨します。

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入力コンデンサは入力スイッチ電流を吸収するので、 適切なリップル電流耐量が必要です。 入力電流の RMS Ic1
値は以下の式で計算されます ：Ic1 = Iload × [ (Vout / Vin) × (1 − Vout / Vin) ]1/2

最悪条件は Vin = 2Vout の場合で、 Ic1 = Iload/2 です。 単純に言うと最大負荷電流の半分の RMS リップル電流が許容できるコンデンサを選択する必要があります。 入力コンデンサはアルミ電解コンデンサ、 タンタルコンデンサ、 セラミックコンデンサが使用できます。 アルミ電解コンデンサとタンタルコンデンサを使う場合は、 高周波特性の良い 0.1μF のセラミックコンデンサを IC に出来るだけ近くに並列接続してください。 セラミックコンデンサを使う
場合は、 入力端子のリップル電圧を抑えられるように十分な容量を確保してください。 低 ESR コンデンサにおける入力リップルの値ΔVin は以下の式で計算されます ：ΔVin = [ Iload / (C1 × fs) ] × (Vout / Vin) × (1 − Vout / Vin)
ここで C1 は入力コンデンサの容量値です。
6) 出力コンデンサ
出力コンデンサは DC 出力電圧を確保するために使われます。 セラミックコンデンサ、 タンタルコンデンサ、 低ESR アルミ電解コンデンサが推奨されます。 低 ESR コンデンサは出力リップル電圧を低くすることができます。 出力リップル電圧ΔVout は以下の式で表されます :ΔVout = [ Vout / (fs × L) ] × (1 − Vout / Vin) × [ Resr + 1 / (8 × fs × C2) ]ここで C2 は出力コンデンサの容量値、 Resr は出力コンデンサの等価直列抵抗値です。
セラミックコンデンサの場合は、 スイッチング周波数における高周波インピーダンスの容量値によりほぼ決まります。
すなわち出力電圧リップルは容量値で決まります。 出力電圧リップル値は以下の式になります ：2

ΔVout = [ Vout / (8 × fs × L × C2) ] × (1 − Vout / Vin)
タンタルコンデンサ、 アルミ電解コンデンサの場合は ESR が主にスイッチング周波数付近におけるインピーダンスを決定します。 以下の式で表せます :ΔVout = [ Vout / (fs × L) ] × (1 − Vout / Vin) × Resr
出力コンデンサの容量値は DCDC コンバータの安定性にも影響します。 ELM614BA は広範囲の容量値と ESRに対して安定動作するように設計されています。
7) 外部ブートストラップダイオード
外部ブートストラップダイオードを追加すると DCDC コンバータの効率が改善する場合があります :• Vout = 5V また 3.3V; かつ• デューティ比が高い : D = Vout / Vin > 65%の条件では、 下図 2 のように外部ブートストラップダイオードを追加すると効率が改善する場合があります。
����������������������������������������������������������������

図 2 ： DCDC コンバータの出力端子から BS ピンに接続。

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推奨ダイオードは 100V、 1A クラスのシリコンダイオード ( 例 IN4148) です。 ブーストコンデンサは 0.1μF から1μF です。
Vin が 6V より小さい時、 効率を上げるために外部にショットキーダイオードを追加することができます。 図 3 のように Vin 端子と BOOT 端子の間に接続します。
������������������������������������������������

図 3 ： Vin ≦ 6V 時の効率向上のためのショットキダイオードを追加。
8) PCB レイアウト時の注意点
安定動作をさせるためには PCB レイアウトは重要です。 以下のガイドラインを参考にしてください :1) スイッチ電流の流れる経路はできるだけ短く、 入力コンデンサ、 電源ピングランドピン、 SW ピンを接続する配線
ループの面積は最小にしてください。
2) セラミックのバイパスコンデンサは VIN ピンのできるだけ近くに配置してください。
3) 帰還ループの配線は最短で直結してください。 帰還抵抗素子は IC チップのできるだけ近くに配置してください。
4) SW 端子の配線はノイズを拾いやすい FB 端子などへのアナログ配線から離してください。
5) VIN 端子、 SW 端子、 そして特に GND 端子はできるだけ広い銅パターンに接続するようにしてください。 これにより動作時のチップの温度を下げ長期的な信頼性を向上できます。
9) 部品表標準回路図を参照してください。
Item Reference
Part1
C110μF2C5100nF
3C70.1μF
4R4100K
表 3: ELM614BA 部品設定値 1。

LR1
Vout = 5.0V
6.8 μH
83.1K
Vout = 3.3V
4.7 μH
47.5K
Vout = 2.5V
3.3 μH
67.5K
Vout = 1.8V
2.2 μH
85.0K
Vout = 1.2V
2.2 μH
100.0K
表 4: ELM614BA 部品設定値 2。

R215.8K
15.2K
31.8K
68.0K
200.1K

C210 μF × 2
10 μF × 210 μF × 210 μF × 210 μF × 2

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特に指定なき場合、 Vin=12V, Vout=3.3V, L=4.7μH, C1=10μF, C2=10μF × 2, Top=+25°C
Start Up (12V ⇒ 3.3V, Load=2A)

Shut Down (12V ⇒ 3.3V, Load=2A)

Output Rippie (12V ⇒ 3.3V, Load=2A)

Output Rippie (12V ⇒ 3.3V, Load=1A)

Output Rippie (12V ⇒ 3.3V, Load=0A)

Dynamic Load (Iload=0.2A_2A, Vout=3.3V)

Short Circuit Protection

Efficiency

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