かんたん設計降圧スイッチングレギュレータパワーMOSFET …1/11 2009.05 - Rev.A© 2009 ROHM Co., Ltd. All rights reserved. 1chip FET 内蔵タイプスイッチングレギュレータシリーズ

1/11 www.rohm.com 2009.05 - Rev.A

© 2009 ROHM Co., Ltd. All rights reserved.

1chip FET 内蔵タイプスイッチングレギュレータシリーズ

かんたん設計降圧スイッチングレギュレータパワーMOSFET 内蔵タイプ

BD9870FPS ●概要

BD9870FPS は 1 チャンネルの降圧型スイッチングレギュレータで Pch のスイッチング MOS FET を内蔵しています。発振周波数 900KHz の PWM 方式で動作し、低周波数動作のスイッチングレギュレータよりも小型のコイルを使用することができます。

●特徴 1) 最大スイッチング電流 1.5A 2) 高効率のための Pch スイッチング MOS FET 内蔵 3) 出力電圧を外付け分割抵抗により設定可能 4) 高い発振周波数 900KHz (固定) 5) ソフトスタート時間 5ms (固定) 6) 過電流保護回路内蔵 (OCP) 7) 温度保護回路内蔵(TSD) 8) スタンバイ端子により出力の ON/OFF 可能 9) 出力 LC フィルタにセラミックコンデンサ対応 10) 小型面実装 TO252S-5 パッケージ

●用途

TV, プリンタ, DVD, プロジェクタ, パチンコ, PC, カーオーディオ, カーナビゲーション, ETC, 通信, AV, OA, 産業機器等あらゆる分野で使用可能です。

●絶対最大定格(Ta＝25℃) 項目記号定格単位

電源電圧(VCC-GND) VCC 36 V STBY-GND 間 VSTBY 36 V OUT-GND 間 VOUT 36 V INV-GND 間 VINV 5 V 最大スイッチング出力電流 Iout 1.5(*1) A 許容損失 Pd 800(*2) mW 動作温度範囲 Topr -40～+85 ℃ 保存温度範囲 Tstg -55～+150 ℃

(*1) Pd,ASO,及び Tjmax=150℃を超えないこと。 (*2) IC 単体。1℃上昇する度に、16mW 減ずる。(25℃以上)

●動作範囲(Ta=-40～+85℃)

項目記号規格値単位最小標準最大

電源電圧 VCC 8.0 - 35.0 V 出力電圧 Vo 1.0 - 0.8× (VCC-Io×Ron) V

No.09027JAT26

BD9870FPS Technical Note



●電気的特性(特に指定のない限り、 Ta=25℃,VCC=12V,Vo=5V,STBY=3V)

項目記号規格値単位条件最小標準最大

出力 MOS ON 抵抗 Ron - 1.0 1.5 Ω 効率 η 80 88 - ％ Io＝0.5A 発振周波数 fosc 810 900 990 kHz ロードレギュレーション ΔVOLOAD - 5 40 mV VCC=20V,Io=0.5～1.5A ラインレギュレーション ΔVOLINE - 5 25 mV VCC=10～30V,Io=1.0A 過電流検出電流 Iocp 1.6 - - A INV 端子スレッショルド電圧 VINV 0.99 1.00 1.01 V INV 端子流入電流 IINV - 1 2 μA VINV=1.0V

STB 端子制御電圧 ON VSTBYON 2.0 - 36 V OFF VSTBYOFF -0.3 - 0.3 V STBY 端子流入電流 Istby 5 15 30 μA STBY=3V 回路電流 Icc - 5 12 mA INV=2V スタンバイ電流 Ist - 0 5 μA STBY＝0V ソフトスタート時間 Tss 1 4 10 ms *耐放射線設計はしておりません。

●ブロック図

SS

VREF

OSC

1

2

DRIVERPWM COMP

CTL

LOGIC

TSD

Error AMP4

INV

OUT

GND

STBY

5

VCC

OCP

STBY

FIN




●パッケージ外形図

●端子説明

Pin No. Pin Name Function 1 VCC 電源電圧端子 2 OUT 内蔵 PMOS FET ドレイン端子

3※ OUT 内蔵 PMOS FET ドレイン端子 FIN GND 接地端子 4 INV 出力電圧帰還端子 5 STBY ON/OFF 制御端子

※通常オープンで使用 ●入出力端子等価回路図

1Pin,FIN (VCC, GND) 2pin (OUT) 4pin (INV) 5pin (STBY)

TO252S-5（Unit：mm）

VCC

GND

OUT

VCC

STBY

VCC

INV

VCC




●ブロック機能説明・ VREF

VCC 端子から入力された電圧から温度補償された定電圧を生成します。・ OSC 内蔵された抵抗とコンデンサにより発振周波数 900KHz の三角波を生成し、PWM コンパレータの入力とします。

・ Error AMP INV 端子が出力電圧の抵抗分割電圧を検知し、基準電圧と比較をおこない差分電圧を増幅し出力します。 (基準電圧は 1.0V±1.0%です。)

・ PWM COMP

PWM COMP はエラーアンプの出力電圧をパルス:幅変調波形に変形し DRIVER へ出力します。・ DRIVER プッシュプルタイプの FET ドライバーが PWM 波形を取り込み、IC に内蔵された Pch MOS FET を直接駆動します。

・ STBY STBY 端子により出力の ON/OFF 制御を行ないます。STBY 電圧が HI で出力が ON です。

・温度保護回路 (TSD)

TSD 回路は IC を熱暴走や熱による損傷から保護します。 TSD 回路はチップ温度を検知し、温度が 175℃に到達すると回路を OFF します。 TSD 検出と解除には 15℃のヒステリシスが設定してあり、温度の変動による誤動作を防いでいます。

・過電流保護回路 (OCP)

OCP 回路は内蔵された Pch MOS FET を流れる電流による VCC – OUT 間の電圧差を検知し、電圧差が OCP 基準値に到達すると OUT を OFF します。OCP は自己復帰型であり、ラッチ型ではありません。

・ソフトスタート回路 (SS)

SS 回路に接続された内蔵コンデンサがソフトスタート時間を設定しています。STBY 端子が HI になり IC が起動すると、コンデンサがチャージされます。ソフトスタート時間は約 5ms の長さで設定されています。

●基板レイアウト注意点

・ノイズや効率低下を防ぐ為、VCC - GND 間のコンデンサやショットキーダイオードは出来る限り IC の近くに設置して下さい。

・出力電圧の安定性の為、INV – GND 間の抵抗や出力 LC フィルタのコンデンサは同一の GND で接続して下さい。・ (引き廻しが長い場合や、パターンが細い場合などはリンギングや、波形割れの原因となります)

4 5

2

FIN

1

INV STBY

R2:1kΩ R1:4kΩ

C3

VCC OUT

GNDC2 C1

5.0V

L1

D1




●アプリケーション部品の選定と設定コイル L1 コイルの直列抵抗成分が大きい場合にはアプリケーション効率が低下する可能性があります。また OCP は 1.6A(min)以上で動作しますので、出力過負荷やショートによる発熱には注意してください。コイルの電流定格は IOUT(MAX)＋⊿IL 以上としてください。 Iout(MAX): maximum load current 定格電流以上の電流を流しますと、コイルは発熱し、磁気飽和を起こし、効率の低下や発振の原因となります。ピーク電流が、コイルの定格電流を越えないよう、十分マージンをもって、選定してください。

.

L1：コイル値, VCC：入力電圧, VOUT：出力電圧, ⊿IL：リップル電流, fosc：発振周波数効率を重視する場合、C10-H5R(mitsumi)を推奨いたします。効率が 1～2%程度改善いたします。

ショットキーダイオード D1 極力順方向電圧 VF の低いショットキーダイオードを選択して下さい。 (順方向電圧の電圧降下による損失を抑え、効率を上げることが出来ます。) ダイオードの選択は順方向の最大電流定格、逆方向電圧定格、ダイオードの許容損失に基づきます。・最大電流定格は最大負荷電流＋+コイルのリップル電流値(⊿IL)以上とします。・逆方向電圧定格は VIN 以上とします。・逆方向電流 IR のできるだけ小さいものを選んでください。

特に高温時、IR が大きくなり、熱暴走を起こすおそれがあります。・ダイオードの許容損失が定格以内であるものを選択します。ダイオードの損失 Pdi は以下の式で表されます。 Pdi=Iout(MAX)×Vf×(1-VOUT/VCC) Iout(MAX): 負荷電流, Vf: 順方向電圧, VOUT:出力電圧, VCC: 入力電圧

出力コンデンサ C1 出力コンデンサの ESR は次式を満たすものを選択します。 ESR≦⊿VL/⊿IL ⊿VL : 許容リップル電圧, ⊿IL :リップル電流また出力容量の許容リップル電流の実効値は次式で計算され、この値に対して十分マージンのあるコンデンサを選択して下さい。 IRMS =⊿IL/2√3 IRMS: 出力容量の許容リップル電流の実効値, ⊿IL : リップル電流セラミックコンデンサは B 特性以上のものを使用してください。それ以外では周囲温度や出力電圧の設定条件によっては IC が正常に動作しない場合があります。また、アルミ電解コンデンサも使用可能となっておりますが、十分に動作確認をした上で、ご使用ください。

入力コンデンサ C2 入力コンデンサは内蔵 Pch MOS FET ON 時にＦＥＴを通してコイルを流れる電流の供給源となっています。よって、できるだけ IC に近づけて接続してください。入力コンデンサの設定にはコンデンサの耐圧，許容リップル電流値に十分マージンをとります。入力コンデンサに流れるリップル電流実効値は以下の式で表され、これより十分大きい許容リップル電流値のコンデンサを選択します。

IRMS : 入力コンデンサの許容リップル電流値

IOUT : 負荷電流, VOUT: 出力電圧, VCC: 入力電圧

コンデンサ C3 C3 はアプリケーション周波数特性の安定性を補うためのものであり、通常は使用致しません。しかし位相余裕が十分でなく、発振する可能性がある場合には、コンデンサを接続することで周波数安定性が改善する可能性があります。

抵抗 R1,R2 出力電圧は外付け抵抗の抵抗分割により設定されます。 VOUT＝1.0V(INV スレッショルド電圧)×(1＋Ｒ1／Ｒ2) 使用する抵抗のオーダーは 10kΩ以下として下さい。

⊿IL. = L1

(VCC－VOUT) VOUT

VCC fosc

1× ×

IRMS＝IOUT×√ (1－VOUT / VCC)×VOUT / VCC




＜推奨部品例 1＞コイル L1＝10μH ：C6-K3LA(mitsumi) ダイオード D1 ：RB050LA-30(ROHM)･･･VCC=30V 以下の場合：RB050LA-40(ROHM)･･･VCC=30V 以上の場合コンデンサ C1＝10μF(25V) ：セラミックコンデンサ GRM31CB31E106KA75L(murata) C2＝4.7μF(50V) ：セラミックコンデンサ GRM32EB31H475KA87L(murata) C3＝OPEN

＜推奨部品例 2＞･･･入出力電圧の Duty 比が 10%以下の場合コイル L1＝10μH ：C6-K3LA(mitsumi) ダイオード D1 ：RB050LA-30(ROHM)･･･VCC=30V以下の場合：RB050LA-40(ROHM)･･･VCC=30V以上の場合コンデンサ C1＝100μF(25V) ：電解コンデンサ UHD1E101MED(nichicon) C2＝4.7μF(50V) ：セラミックコンデンサ GRM32EB31H475KA87L(murata) C3＝OPEN

●測定回路

IINVIcc

Vcc OUT GND INV STB

Vcc

SW4 SW5SW2

1 2 FIN 4 5

A

Vo

f

1kΩA A

V

2kΩVINV

ISTB

VST

SW6

+

+

Io




●参考特性データ(特に指定のない限り、 Ta=25℃,VCC=12V,Vo=5V,STBY=3V)

Fig.5 電源電流-電源電圧特性：無負荷 Fig.6 スタンバイ時電流-周囲温度特性

Fig.7 発振周波数-電源電圧特性 Fig.8 発振周波数-周囲温度特性

Fig.9 ErrorAmp 基準電圧-電源電圧特性

0123456789

10

0 10 20 30 40

Input Voltage[V]

Circ

uit C

urre

nt[m

A]

Io=0mA

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

0 10 20 30 40

Input Voltage[V]

Osc

illat

or F

requ

ency

[kH

z]

0

1

2

3

4

5

6

7

0.0 1.0 2.0 3.0

STBY Input Voltage[V]

Out

put V

olta

ge[V

]

0.950.960.970.980.991.001.011.021.031.041.05

5 10 15 20 25 30 35 40

Input Voltage[V]

Thre

shol

d Vo

ltage

[V]

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

-40 -15 10 35 60 85

Ambient Temperature[℃]

Stan

d-by

Cur

rent

[uA

]

STBY=0V

VCC=8VVCC=12VVCC=24V VCC=35V

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

-40 -15 10 35 60 85

Ambient Temperature[℃]

Osc

illat

or F

requ

ency

[kH

z]

Fig.10 出力電圧-STBY 端子電圧特性




Fig.11 ドレイン・ソース電圧-出力電流特性 Fig.12 電力変換効率-負荷電流特性

Fig.13 出力電圧-電源電圧特性 Fig.14 出力電圧-負荷電流特性

Fig.15 過電流保護特性 Fig.16 出力起動特性

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Output Current[A]

Dra

in-S

ourc

e Vo

ltage

[V]

VCC=35V

VCC=12V

VCC=8V

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40

Input Voltage[V]

Out

put V

olta

ge[V

]

Ro=50Ω

4.954.964.974.984.995.005.015.025.035.045.05

0 500 1000 1500

Load Current[mA]

Out

put V

olta

ge[V

] VCC=35VVCC=12V

VCC=8V

0102030405060708090

100

0 500 1000 1500 2000

Load Current[mA]

Effe

cien

cy[%

]

VCC=12VVCC=24V

VCC=8V

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Load Current[A]

Out

put V

olta

ge[V

] STBY 0→3V1V/div

Vo2V/div

Ta=25℃Ro=5ΩL:C10-H5R(MITSUMI)




●使用上の注意 1. 本製品におきましては品質管理には十分注意を払っておりますが、印加電圧及び動作温度範囲の絶対最大定格をこえた

場合、破壊の可能性があります。破壊した場合、ショートモードもしくはオープンモード等、特定出来ませんので絶対最大定格を超えるような特殊モードが想定される場合、物理的な安全対策を施すよう検討をお願いします。

2. 応用回路に関して応用回路は推奨すべきものと確信しておりますが、ご使用に当たっては更に温度特性などのご確認を十分にお願いします。又、特許権に関しましては当社では十分な確認は出来ておりませんのでご了承下さい。

3. 動作電源電圧範囲について動作電源電圧範囲であれば、動作周囲温度の範囲での回路機能動作が保証されています。特性値に関しましては、電気的特性の規格値は保証出来ませんが、これらの範囲では特性値の急激な変動はありません。

4. 接地について応用回路例に示された接地は、各接地ともに接地ピン GND(FIN)に対して十分太く、最短のパターン引き回しとし、更に電気的に干渉を生じないパターン配置にして下さい。

5. 入力電源について応用回路例に示された入力電源は、入力ピン VCC(1pin)に対して十分短いパターン引き回しとし、更に電気的に干渉を生じないパターン配置にして下さい。

6. 実際の使用状態での許容損失(Pd)を考え、十分マージンを持った熱設計を行って下さい。 7. プリント基板にとりつける際、IC の向きや位置ずれに十分注意して下さい。誤って取り付けた場合、IC が破壊する恐

れがあります。また出力間や出力と電源 GND 間に異物が入るなどしてショートした場合についても破壊の恐れがあります。

8. 強電磁界でのご使用では、誤動作をする可能性がありますのでご注意下さい。 9. スタンバイ状態にする場合は、STBY 端子電圧を 0.3V 以下に、動作状態にする場合は 2.0V 以上に設定してください。

STBY 端子電圧を 0.3V 以上 2.0V 以下に固定しないようにして下さい。誤動作もしくは故障の原因となります。 10. BD9870FPSはモノリシック ICであり、各素子間に素子分離の為のP+アイソレーションと、P基板を有しています。

この P 層と各素子の N 層とで P－N 接合が形成され、各種の寄生素子が構成されています。例えば、下図のように、抵抗とトランジスタが端子と接続されている場合、 ○抵抗では、GND＞(端子Ａ)の時、トランジスタ(NPN)では GND＞(端子Ｂ)の時、P－N 接合が寄生ダイオードとして

動作します。 ○また、トランジスタ(NPN)では、GND＞(端子Ｂ)の時、前述の寄生ダイオードと近接する他の素子の N 層によって寄生の NPN トランジスタが動作します。

IC の構造上、寄生素子は電位関係によって必然的にできます。寄生素子が動作することにより、回路動作の干渉を引き起こし、誤動作、ひいては破壊の原因ともなり得ます。したがって、入出力端子に GND(P 基板)より低い電圧を印加するなど、寄生素子が動作するような使い方をしないよう十分に注意して下さい。

バイポーラ IC の簡易構造例

～～

GND

P 基板

N

P

Ｎ N

P＋ P＋

（端子 A）抵抗

～～

GND

N

P

N N

P＋ P＋

（端子 B）

トランジスタ（NPN）

B

N

E C

GND

～～（端子 A）

GND

寄生素子～～

GND

（端子 B）

B C

E

P 基板寄生素子

寄生素子

寄生素子近接する他の素子




●熱軽減特性

①IC 単体 ②2 層基板(基板裏面銅箔面積 15 mm×15mm) ③2 層基板(基板裏面銅箔面積 70 mm×70mm)

PO

WE

R D

ISS

IPAT

ION

[Pd]

AMBIENT TEMPERATURE [Ta]

0

2

5

3

0 25 50 75 100 125 150(℃)

①0.80W

②1.85W

1

4

85

③3.50W

(W)




●発注形名セレクション

B D 9 8 7 0 F P S - E 2

ローム形名品番

パッケージ FPS = TO252S-5

包装、フォーミング仕様 E2: リール状エンボステーピング

(Unit : mm)

TO252S-5

S

0.08 M

0.08 S

+64 –4

1 2

3

54

0.8

0.71

C0.56.5±0.2

5.1+0.2−0.1

5.5±

0.2

1.5±

0.2

FIN

0.27±0.1

1.0±

0.2

2.5±

0.15

9.5±

0.3

1.2±0.10.27±0.1

0.6±0.2

0.27±0.11.270.

35±0

.1

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本知り資料に掲載されております製品は、「耐放射線設計」はなされておりません。

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ローム製品が故障した際、その影響により人身事故、火災損害等が起こらないようご使用機器でのディレーティング、冗長設計、延焼防止、フェイルセーフ等の安全確保をお願いします。定格を超えたご使用や使用上の注意書が守られていない場合、いかなる責任もロームは負うものではありません。

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