CMOS ICアプリケーションノート

S-19682B/19683Bシリーズの並列動作

Rev.1.0_00© ABLIC Inc., 2021
このアプリケーションノートは、S-19682B/19683Bシリーズ (ハイサイドスイッチ) の並列動作の応用について記載した参考資料です。
製品の詳細、仕様についてはデータシートにてご確認ください。

1

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S-19682B/19683Bシリーズの並列動作
目
1.

並列動作の目的 ........................................................................................................................................... 3
1. 1
1. 2

2.
3.

出力電流の拡張 ................................................................................................................................................. 3
発熱の抑制 ........................................................................................................................................................ 3並列接続の方法 ........................................................................................................................................... 4
並列動作の説明 ........................................................................................................................................... 5
3. 1
3. 2
3. 3
3. 4
3. 52

次

電流バランス (スイッチ動作時)........................................................................................................................ 5
電流バランス (過電流リミット動作時) ............................................................................................................. 7
サーマルシャットダウン回路 ............................................................................................................................ 8電気的特性 ........................................................................................................................................................ 8
接続診断機能 ..................................................................................................................................................... 94.

並列接続時の基板レイアウト ................................................................................................................... 105.

注意事項 .................................................................................................................................................... 116.

関連資料 .................................................................................................................................................... 11CMOS ICアプリケーションノート
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1.

S-19682B/19683Bシリーズの並列動作

並列動作の目的
1. 1

出力電流の拡張

ハイサイドスイッチを単独動作させるとき、リミット電流 (ILIM) によって出力負荷の駆動能力が決まります。
例えば、設定リミット電流 (ILIM(S)) = 600 mAのS-19683Bシリーズを単独動作させると、600 mA typ.の出力電流が得られます。2つ以上のハイサイドスイッチを並列動作させると、ハイサイドスイッチを単独動作させるときよりも、全体としての出力負荷の駆動能力を大きくすることができます。例えば、ILIM(S) = 600 mAのS-19683Bシリーズを2つ並列動作させることで、1200 mA typ.の出力電流が得られます。
ハイサイドスイッチの単独動作では出力電流が不足する場合に、並列動作させることで出力電流を補うことが可能です。そのため、並列動作はより多くの負荷電流が流れるアプリケーションに適しています。

1. 2

発熱の抑制

負荷に流れる電流を複数のハイサイドスイッチに分散して流すことにより、並列動作では内蔵スイッチのオン抵抗による電圧降下を抑えます。
電圧降下を抑えると、ICに発生する電力が小さくなり発熱量が抑えられます。そのため、発熱に伴うICや基板の温度上昇が抑制されます。環境温度が高いアプリケーションにおいて、実装条件により十分な放熱性が得られない場合があります。ICがジャンクション温度の最大値を越えることを防ぐ手段として、並列動作が有効です。
図1にハイサイドスイッチを単独動作させたとき、図2に2つのハイサイドスイッチを並列動作させたときの簡略的な等価回路図を示します。簡略化のため実装基板の配線抵抗を無視し、2つのハイサイドスイッチのオン抵抗は同一 (ともにRON) と仮定しています。
RON
ILOAD

並列動作での全体としてのオン抵抗は 2 となります。単独動作時と比べて、並列動作では半分の負荷電流  2 
ILOAD 2
 × RONとなるので、それぞれのICに発生する電力は1/4になります。並列動作でのが各ICに流れ、電力はP =  2 

電力は単独動作時の1/2となるため、発熱量もほぼ半分となります。
ILOAD/2

ILOAD

VIN

VIN

VOUT
RON

RLOADRON

VOUT

RON

RLOAD

ILOAD

ILOAD
ILOAD/2

図1

図23

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S-19682B/19683Bシリーズの並列動作
2.

並列接続の方法
ハイサイドスイッチを適切に並列動作させるための並列接続の方法を説明します。
図3のように並列接続することで、2つのハイサイドスイッチは並列動作します。さらに3つ以上のハイサイドスイッチを並列動作させるときは、図3と同様に3つめ以降のICの端子を相互に接続して並列接続してください。
IC1
VIN

VOUT

EN

INT

_____

CSO
VSS
入力

CCSO1
CIN

出力
CL

D1

IC2
VOUT

VIN

R INT

______

_____

EN

INT

CSO
VSS
CCSO2

図3
注意 1.
2.

3.

4

2つのICを並列動作させる場合の接続例

各IC間の電流バランスを安定させるため、各ICのCSO端子同士は互いに接続しないでください。また、CSO端
子出力安定用コンデンサは各ICのCSO端子にそれぞれ接続してください。
入力安定用コンデンサ (CIN)、出力安定用コンデンサ (CL)、保護ショットキーバリアダイオード (D1) は図3のようにそれぞれ共有できますが、各ICを互いに近くに配置し、CIN、CL、D1は各ICの接続端子のなるべく直近に配置してください。
上記接続図は、動作を保証するものではありません。実際のアプリケーションで十分な評価をおこなってください。

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3.

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並列動作の説明
3. 1

電流バランス (スイッチ動作時)

並列動作する各ICがスイッチ動作しているときの電流バランスについて説明します。
"1. 並列動作の目的"、図2では実装基板の配線抵抗を無視し、2つのハイサイドスイッチのオン抵抗を同一と仮定しましたが、実際には実装基板の配線抵抗が存在し、個体差によってオン抵抗にばらつきがあります。IC1、IC2の2つのハイサイドスイッチを並列動作させたときの、それらを考慮した等価回路図を図4に示します。

IOUT1

IC1
RI1

VINN1RI2

RON1
RON2

RO1

VOUTN2

RO2IC2

RLOAD

ILOAD

IOUT2実装基板パターンの配線抵抗
図4
VIN端子側の配線は接点N1で合流し、VOUT端子側の配線は接点N2で合流しているので、N1とN2の間の経路のIC1側の合成抵抗値 (R1) およびIC2側の合成抵抗値 (R2) はそれぞれ式 (1) と式 (2) のようになります。
R1 = RI1 + RON1 + RO1 ................................................................. (1)R2 = RI2 + RON2 + RO2 ................................................................. (2)
備考

RON1
RON2
RI1
RI2
RO1
RO2

: IC1のオン抵抗: IC2のオン抵抗: IC1のVIN端子側の配線抵抗: IC2のVIN端子側の配線抵抗: IC1のVOUT端子側の配線抵抗: IC2のVOUT端子側の配線抵抗

このとき、IC1側の出力電流 (IOUT1) とIC2側の出力電流 (IOUT2) の比率は、式 (3) で表されます。

IOUT1
IOUT2 =R2R1
R1 ........................................................................... (3)1+R21+IOUT1IOUT1IOUT2 = 1のとき、各ICの出力電流は一致しています。式 (3) より、R1とR2の差が小さいほどIOUT2が1に近付き、電流バランスが良くなることがわかります。
電流バランスの計算例を以下に示します。
RON1 = 610 mΩ, RON2 = 620 mΩ, RI1 = RI2 = RO1 = RO2 = 2 mΩとしたとき、
R1 = 614 mΩ, R2 = 624 mΩ
IOUT1IOUT2 = 1.0163
このとき、IC2の経路に対するIC1の経路の電流の差の割合は+1.63%となります。

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実際のアプリケーションで電流バランスを計算する場合は、基板パターンから実装基板の配線抵抗を算出してください。また、S-19682B/19683Bシリーズのオン抵抗のばらつきについては、図5を参考にしてください。

Frequency

VIN = 5.0 V, IOUT = 100 mA, Ta = +25 °C,
N = 1964, Mean = 0.609 Ω, σ = 0.003 Ω

700
600
500
400
300
200
10000.58

0.59

0.60

0.61 0.62
RON [Ω]

図5備考

6

N : サンプル数

0.630.64

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3. 2

S-19682B/19683Bシリーズの並列動作

電流バランス (過電流リミット動作時)

並列動作する各ICが過電流リミット動作しているときの電流バランスについて説明します。
IC1、IC2の2つのハイサイドスイッチを並列動作させた場合の、過電流リミット動作時の等価回路図を図6に示します。
IC1
RI1

VIN
N1

RI2

ILIM1
ILIM2

IOUT1
RO1

VOUT
N2RO2

IC2

RLOAD

ILOAD

IOUT2

図6
各ICが過電流リミット動作しているとき、IC1側の出力電流 (IOUT1) はIC1の内部で決まるリミット電流 (ILIM1) となり、IC2側の出力電流 (IOUT2) はIC2の内部で決まるリミット電流 (ILIM2) となります。よって、過電流リミット動作時の電流バランスは式 (4) で表されます。
IOUT1
ILIM1
IOUT2 = ILIM2 ............................................................................... (4)ILIM(S) = 300 mA, VIN = 13.5 V, Ta = +25 °C,
N = 2125, Mean = 296.1 mA, σ = 2.2 mA
450400350
300250200150
100500285 290 295 300 305 310 315
ILIM [mA]
図7

備考

S-19682Bシリーズ

Frequency

Frequency

なお、単独動作か並列動作かに関わらず、各ICのリミット電流はデータシートの " 電気的特性" に記載した値となります。S-19682B/19683Bシリーズのリミット電流のばらつきについては、図7、図8を参考にしてください。
並列動作時の全体のリミット電流は、並列接続されたICそれぞれのリミット電流の総和で決まります。図6においては、ILIM1 + ILIM2となります。
ILIM(S) = 600 mA, VIN = 13.5 V, Ta = +25 °C,
N = 1964, Mean = 602.8 mA, σ = 4.0 mA
450
400
350
300
250200150
100500570 580 590 600 610 620 630
ILIM [mA]
図8S-19683BシリーズN : サンプル数

図7、図8に示したようなばらつきを考慮し、スイッチ動作から過電流リミット動作への切り換わりを説明します。下記は、ILIM1＞ILIM2の場合を例に説明します。
負荷電流 (ILOAD) が増加し、IOUT2がILIM2に達したとき、IC2は先に過電流リミット動作となり、IC1はスイッチ動作のままとなります。このとき、出力電圧 (VOUT) = VIN − R1 × IOUT1となります。負荷電流がさらに増加し、IOUT1がILIM1に達したとき、IC1も過電流リミット動作となります。IC1、IC2の両方が過電流リミット動作になると、VOUT = RLOAD ×(ILIM1 + ILIM2) となります。

7

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S-19682B/19683Bシリーズの並列動作
3. 3

サーマルシャットダウン回路

並列動作時のサーマルシャットダウン回路の動作について説明します。
IC1、IC2の2つのハイサイドスイッチが並列動作しているとき、各ICのサーマルシャットダウン回路はそれぞれ独立して動作します。例えばIC1が発熱して先にサーマルシャットダウン回路が検出状態になると、IC1の出力がオフし、出力オンしているIC2にのみ負荷電流が流れます。そのため、全体としての出力負荷の駆動能力はIC2の1つ分になります。負荷電流がIC2のリミット電流を越えると、過電流リミット動作となります。過電流リミット動作時はVOUTが低下して発熱が大きくなりますので、IC2のサーマルシャットダウン回路も検出状態になりやすくなります。IC1、IC2の両方ともサーマルシャットダウン回路が検出状態になると、IC1、IC2の出力がオフして発熱が制限されます。

3. 4

電気的特性

並列動作しているとき、各ICの電気的特性はデータシートに従った特性となります。S-19683Bシリーズを単独動作させたときの電気的特性、および同じ設定リミット電流 (ILIM(S)) のS-19683Bシリーズをn*1個並列動作させたときの全体としての電気的特性を、表1に示します。
並列動作をご検討の際は、並列動作時の全体としての電気的特性がアプリケーションで許容できるかご確認ください。
表1
項目*2

記号

単独動作動作時消費電流
パワーオフ時消費電流

ISS1ISS2Min.
−−オン抵抗

RON−1.0

出力オフリーク電流
リミット電流
割り込み出力リーク電流
EN端子入力電流 "H"
EN端子入力電流 "L"

ILEAK,VOUTILIM
ILEAK,INTISH
ISL−ILIM(S) × 0.9−−−0.22.0
ILIM(S) × 1.1
1.0
1.00.2*1.
*2.

8______

Max.
95
2.0n : 2以上の整数
各項目の測定条件についてはデータシートを参照してください。

並列動作 (n個)
Min.
Max.
−
95 × n−2.0 × n1.0−n−ILIM(S) × 0.9 × n−−−0.2 × n

2.0 × nILIM(S) × 1.1 × n
1.0 × n1.0 × n0.2 × n単位μA
μA
Ω
μA
mA
μA
μA
μA

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3. 5

S-19682B/19683Bシリーズの並列動作

接続診断機能_____S-19682B/19683BシリーズはCSO端子、INT端子を用いて電流モニタおよび、動作状態の判断が可能です。ここでは、並列動作時の各機能について説明します。
設定リミット電流(ILIM(S)) = 600 mAのS-19683Bシリーズを単独動作させたときと、2つ並列動作させたときのCSO端_____子とINT端子の出力例を図9に示します。
CSO端子電圧 (VCSO) は負荷電流 (ILOAD) に比例しているため、各ICがスイッチ動作しているときは、並列動作でのVCSOは、単独動作でのVCSOの1/2になります。このとき、"3. 1 電流バランス (スイッチ動作時)" で説明した各ICの電流の差がVCSOに含まれます。VCSOがCSO端子電流リミット電圧 (VCSO_lim) に達すると、ICは電流リミット動作状態になります。
"2. 並列接続の方法"、図3のように並列接続した場合、IC1とIC2どちらのVCSOをモニタすることも可能です。両方のVCSOをモニタすることで、並列動作するICそれぞれの電流をモニタすることも可能です。
_____
S-19682B/19683BシリーズのINT端子はNchオープンドレイン出力のため、図3のようにワイヤードオア接続が可能で_____す。並列接続したICが過電流状態、過熱状態、過電圧状態のいずれかになった場合、INT端子 = "L" となります。
S-19683B60A
ILIM(S) = 600 mA
Single operation

S-19683B60A
ILIM(S) = 600 mA
Parallel operation (n = 2)

4.0
3.5
VCSO_OVD*1

VCSO [V]3.0

VCSO_TSD*2
VCSO_lim*3

2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.00200

400 600

800 1000 1200 1400

ILOAD [mA]

600 mA typ.

1200 mA typ.

VI N T______

VINT_H*40.00200

400

600

800 1000 1200 1400

ILOAD [mA]

*1.
*2.
*3.
*4.

CSO端子過電圧検出時出力電圧
CSO端子サーマルシャットダウン検出時出力電圧
CSO端子電流リミット電圧
プルアップ電圧
図9注意

CSO端子を用いて電流モニタする場合、並列接続する各ICのCSO端子同士は互いに接続しないでください。

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S-19682B/19683Bシリーズの並列動作
4.

並列接続時の基板レイアウト
S-19682B/19683Bシリーズを並列接続するときは、特定のICの経路に電流が集中しないように、各IC間の電流バランスを良くする必要があります ("3. 1 電流バランス (スイッチ動作時)" 参照)。
そのため、各ICのVIN端子とVOUT端子がつながる配線の抵抗値が一致するように基板パターンを設計してください。
具体的には、各ICのVIN端子同士とVOUT端子同士はなるべく近くで接続してください。また、配線抵抗の差による電流バランスへの影響を抑えるため、VIN端子とVOUT端子がつながる配線の幅を太くして配線抵抗値を小さくしてください。
並列接続する基板レイアウトにおけるVIN端子、VOUT端子の配線の良い例を図10に示します。良い例では、電流バランスを考慮してIC1側とIC2側の配線抵抗が揃うよう配線されています。また、悪い例を図11に示します。悪い例ではIC1側の配線抵抗が小さく、IC2側の配線抵抗が大きいため、電流バランスが図10より劣ります。
VSS

VSS

CIN
RI1VIN

1 VIN
2 NC*13 EN
4 VSS

IC1VOUT 8
NC 7

VOUT

INT 6
CSO 5*1

RO2
1 VIN
2 NC
3 EN
4 VSS

図1010VIN

RO1

RI2

*1.

CIN

CLIC2

CLRI1RO1
1 VIN
2 NC

*13 EN
4 VSS

RO2
1 VIN
2 NC

INT 6
CSO 53 EN
4 VSS

矢印は電流の向きを示します。

*1

INT 6
CSO 5

RI2

VOUT 8NC 7

良い例

IC1VOUT 8NC 7IC2

図11VOUT 8NC 7
INT 6
CSO 5

悪い例

VOUT

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5.

S-19682B/19683Bシリーズの並列動作

注意事項
・ 本資料に掲載のアプリケーション例は、弊社ICを使用した代表的な応用例を説明したものです。ご使用の際は、十分な評価を行ってください。
・ 本ICは静電気に対する保護回路が内蔵されていますが、保護回路の性能を越える過大静電気がICに印加されないようにしてください。
・ 弊社ICを使用して製品を作る場合には、その製品での当ICの使い方や製品の仕様、出荷先の国などによって当ICを含めた製品が特許に抵触した場合、その責任は負いかねます。

6.

関連資料
S-19682B/19683Bシリーズの詳細については、下記のデータシートを参照してください。
S-19682Bシリーズ
S-19683Bシリーズ

データシート
データシートこのアプリケーションノートおよびデータシートの内容は、予告なく変更することがあります。
詳細は、販売窓口までお問い合わせください。
データシートの最新版は弊社Webサイトにて製品カテゴリと製品名をお選びいただき、PDFファイルをダウンロードしてください。
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エイブリック株式会社Webサイト

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2.4-2019.07

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