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MCP16311/230 V 入力、1 A 出力、高効率

同期スイッチ内蔵降圧型レギュレータ

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 :• 最大 95% の効率• 入力電圧レンジ : 4.4 ～ 30 V• 出力電流 : 1 A• 出力電圧レンジ : 2.0 ～ 24 V• ローサイドおよびハイサイドのNチャンネルスイッチ内蔵 :- 170 m、ローサイド- 300 m、ハイサイド

• 安定した参照電圧 : 0.8 V• 自動パルス周波数変調 / パルス幅変調 (PFM/PWM)動作 (MCP16311):- PFM 動作無効化 (MCP16312)- PWM 動作 : 500 kHz

• 低デバイスシャットダウン電流 : 3 µA (typ.)• 低デバイス静止電流 :

- 44 µA( スイッチングなし、PFM モード )• 内部補償• 内部ソフトスタート : 300 µs (EN を Low から High)• ピーク電流モード制御• サイクルごとのピーク電流制限• 低電圧ロックアウト (UVLO):

- 4.1 V (typ.) で起動- 3.6 V (typ.) で停止

• 過熱保護• サーマルシャットダウン :

- +150 ℃- +25 ℃ヒステリシス

アプリケーション :• PIC®/dsPIC®マイクロコントローラ用バイアス電源• 産業用 24 V 入力 DC/DC 変換• 汎用 DC/DC 変換• ローカル負荷点 (POL) 制御• 車載バッテリ制御• セットトップボックス• ケーブルモデム• AC アダプタ制御• ラップトップコンピュータ• ネットワークシステム• AC/DC デジタル制御バイアス• 分散型電源

概要 :MCP16311/2 はコンパクト、高効率、周波数固定の同期降圧型 DC/DC コンバータです。パッケージは 8 ピン MSOP または 2 x 3 TDFN で最高 30 V の入力電圧源で動作します。ハイサイドおよびローサイドスイッチ、固定周波数のピーク電流モード制御、内部補償、ピーク電流制限、過熱保護等の回路を内蔵しています。MCP16311/2 は、高速の過渡応答と正確なレギュレーションでローカル DC/DC 変換のためのあらゆるアクティブ機能を提供します。

電流制限された低抵抗で高速のローサイドおよびハイ

サイドスイッチと、これに対応した駆動回路を内蔵する事で、高効率のコンバータを実現しています。MCP16311は、PWM/PFM モードで動作します。負荷が軽いまたは降圧比が大きい場合、PFM モードに切り換えます。これによって、全負荷レンジでより高い効率が得られ

ます。MCP16312 は、PWM モードでのみ動作します。ノイズに敏感なアプリケーションに推奨します。

MCP16311/2 は、出力電圧を 2 ～ 12 V にレギュレートしながら、最大 1 A の連続電流を供給できます。内蔵された高性能のピーク電流モードアーキテクチャは、電源システムで頻繁に見られる入力電圧のステップ状の変化や、出力電流の過渡条件下でも、出力電圧を厳密に制御します。

EN入力を使ってデバイスのON/OFFを切り換えます。OFFの時の入力消費電流はわずか数マイクロアンペアです。

出力電圧は、外付けの抵抗分圧器で設定します。MCP16311/2 は、小型の MSOP-8 および 2 x 3 TDFN表面実装パッケージで提供しています。

パッケージタイプ

ENVCC

VIN

BOOSTSW

1234

8765 PGND

VFBEP9

AGND

5

123

AGND

SWENVIN

VFB

MCP16311/2MSOP

8 76

BOOST

4 PGND

VCC

MCP16311/22x3 TDFN*

* 露出サーマルパッド (EP) を含む ( 表 3-1 参照 )

2014 Microchip Technology Inc. DS20005255A_JP - p.1

MCP16311/2

代表的な応用回路

0102030405060708090

100

1 10 100 1000

Effic

ienc

y(%

)

IOUT (mA)

PWM ONLYPWM/PFM

VIN = 12V

OUT= 5VV

OUT = 3.3VV

VIN

GND

VFB

SWVIN

4.5V to 30V

VOUT3.3V @ 1A

COUT2 x 10 µFCIN

2 x 10 µF

L115 µHBOOST

31.2 k

10 k

EN

CBOOST100 nF

VCCCVCC1 µF

VIN

GND

VFB

SWVin

6V to 30V

VOUT5V, @ 1A

COUT2 x 10 µFCIN

2 x 10 µF

L122 µHBOOST

52.3 k

10 k

EN

CBOOST100 nF

VCCCVCC1 µF

DS20005255A_JP - p.2 2014 Microchip Technology Inc.

MCP16311/2

1.0 電気的特性

絶対最大定格 †VIN、SW............................................................... -0.5 ～ 32 VBOOST - GND 間電圧.......................................... -0.5 ～ 38 VBOOST - SW 間電圧........................................... -0.5 ～ 6.0 VVFB 電圧 .............................................................. -0.5 ～ 6.0 VEN 電圧 ................................................ -0.5 V ～ (VIN + 0.3 V)出力短絡電流 .................................................................. 連続消費電力................................................................... 内部制限保管温度...........................................................-65 ～ +150 ℃通電中の周囲温度 ............................................-40 ～ +125 ℃動作時接合部温度 ............................................-40 ～ +150 ℃全ピンの ESD 保護 :

HBM.....................................................................1 kVMM.....................................................................200 V

† Notice: 左記の「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招く可能性があります。これはストレス定格です。本仕様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。長期間にわたる最大定格条件での動作や保管は、デバイスの信頼性に影響する可能性があります。

DC 特性電気的特性 : 特に明記がない限り、TA = +25 ℃、VIN = VEN = 7 V、VBOOST - VSW = 5.0 V、VOUT = 5.0 V、IOUT = 100 mA、L = 22 µH、COUT = CIN = 2 x 10 µF X7R セラミックコンデンサとします。太字で示された値は、TA = -40 ～ +125 ℃のレンジに適用されます。

パラメータ記号 Min. Typ. Max. 単位条件

VIN 電源電圧入力電圧 VIN 4.4 - 30 V Note 1

静止電流 IQ - 44 60 µA スイッチングなし、VFB = 0.9 V

静止電流 - PFM モード IQ_PFM - 85 - µA スイッチングありIOUT = 0 (MCP16311)

静止電流 - PWM モード IQ_PWM - 3.8 8 mA スイッチングありIOUT = 0 (MCP16312)

静止電流 - シャットダウン IQ_SHDN - 3 9 µA VOUT = EN = 0 V

VIN 低電圧ロックアウト低電圧ロックアウト起動 UVLOSTRT - 4.1 4.4 V VIN 立ち上がり低電圧ロックアウト停止 UVLOSTOP 3.18 3.6 - V VIN 立ち下がり低電圧ロックアウトヒステリシス

UVLOHYS 0.2 0.5 1 V

出力特性

帰還電圧 VFB 0.784 0.800 0.816 V IOUT = 5 mA

出力電圧調整レンジ VOUT 2.0 - 24 V Note 2、Note 3帰還電圧ラインレギュレーション

VFB/VFB)/VIN -0.15 0.01 0.15 %/V VIN = 7 ～ 30 V、IOUT = 50 mA

帰還電圧負荷制御

VFB/VFB - 0.25 - % IOUT = 5 mA ～ 1 A、MCP16312

Note 1: 入力電圧は ( 出力電圧 + ヘッドルーム電圧 ) より高い必要があります。負荷電流が大きいほどレギュレーションには高い入力電圧が必要です。代表的な入力対出力動作電圧レンジについては特性グラフを参照してください。

2: VIN < VOUT の場合、VOUT のレギュレーションは停止します。12 V を超える出力電圧では最大電流が 1 A未満に制限されます。

3: 特性評価で得られた値であり、量産検査は実施していません。4: 設計で保証された値です。


MCP16311/2

帰還入力バイアス電流 IFB - 10 250 nA

出力電流 IOUT 1 - - A Notes 1 ～ 3、図 2-7スイッチング特性

スイッチング周波数 fSW 425 500 575 kHz

最大デューティサイクル DCMAX 85 94 - % Note 3

最小デューティサイクル DCMIN - 2 - % Note 4

降圧 NMOS スイッチON 抵抗

RDS(ONB) - 0.3 - VBOOST - VSW = 5 V、Note 3

降圧 NMOS スイッチ電流制限

I(MAX) - 1.8 - A VBOOST - VSW = 5 V、Note 3

同期 NMOS スイッチON 抵抗

RDS(ONS) - 0.17 - Note 3

EN 入力特性EN 入力論理 High VIH 1.85 - - V

EN 入力論理 Low VIL - - 0.4 V

EN 入力リーク電流 IENLK - 0.1 1 µA VEN = 5 V

ソフトスタート時間 tSS - 300 - µs EN の Low から High の遷移後、VOUT の 90% に達する時間

温度特性

サーマルシャットダウンダイ温度

TSD - 150 - ℃ Note 3

ダイ温度ヒステリシス TSDHYS - 25 - ℃ Note 3

温度特性

電気的仕様 :

パラメータ記号 Min Typ Max 単位条件

温度レンジ

動作時接合部温度レンジ TJ -40 - +125 ℃ 定常状態保管温度レンジ TA -65 - +150 ℃最高接合部温度 TJ - - +150 ℃ 過渡状態パッケージ熱抵抗

熱抵抗、8L-MSOP JA - 211 - ℃ /W EIA/JESD51-3 規格熱抵抗、8L-2x3 TDFN JA - 52.5 - ℃ /W EIA/JESD51-3 規格

DC 特性 ( 続き )電気的特性 : 特に明記がない限り、TA = +25 ℃、VIN = VEN = 7 V、VBOOST - VSW = 5.0 V、VOUT = 5.0 V、IOUT = 100 mA、L = 22 µH、COUT = CIN = 2 x 10 µF X7R セラミックコンデンサとします。太字で示された値は、TA = -40 ～ +125 ℃のレンジに適用されます。

パラメータ記号 Min. Typ. Max. 単位条件

Note 1: 入力電圧は ( 出力電圧 + ヘッドルーム電圧 ) より高い必要があります。負荷電流が大きいほどレギュレーションには高い入力電圧が必要です。代表的な入力対出力動作電圧レンジについては特性グラフを参照してください。

2: VIN < VOUT の場合、VOUT のレギュレーションは停止します。12 V を超える出力電圧では最大電流が 1 A未満に制限されます。

3: 特性評価で得られた値であり、量産検査は実施していません。4: 設計で保証された値です。


MCP16311/2

2.0 代表性能曲線

Note: 特に明記のない限り、VIN = EN = 7 V、COUT = CIN = 2 x 10 µF、L = 22 µH、VOUT = 5.0 V、ILOAD = 100 mA、TA = +25 ℃、8L-MSOP パッケージの場合の値です。

図 2-1: IOUT に対する効率 (VOUT = 3.3 V)



図 2-4: VIN に対する効率 (VOUT = 3.3 V)



Note: 下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、情報の提供のみを目的とします。ここに記載した性能特性は検証されておらず保証されません。下図表の一部には、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 )。したがって、これらのデータは保証範囲外です。

0102030405060708090

100

1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

VIN = 6VVIN = 12V

VIN = 24V

VIN = 30V

PWM/PFM PWM ONLY

0102030405060708090

100

1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

VIN = 12V

VIN = 24V

VIN = 30V

PWM/PFM PWM ONLY

0102030405060708090

100

1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

VIN = 15V

VIN = 24V

VIN = 30V

PWM/PFM PWM ONLY

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30

Effic

ienc

y (%

)

VIN (V)

IOUT = 10 mA IOUT = 200 mA

IOUT = 800 mA

PWM/PFM option

0

20

40

60

80

100

6 10 14 18 22 26 30

Effic

ienc

y (%

)

VIN (V)

IOUT = 10 mA IOUT = 200 mA

IOUT = 800 mA

PWM/PFM option

0

20

40

60

80

100

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Effic

ienc

y (%

)

VIN (V)

IOUT = 10 mA

IOUT = 200 mAIOUT = 800 mA

PWM/PFM option


MCP16311/2


図 2-7: VIN に対する最大 IOUT

図 2-8: 温度に対する VFB(VOUT = 3.3 V)

図 2-9: 温度に対するスイッチの RDSON

図 2-10: 温度に対する低電圧ロックアウト

図 2-11: 温度に対するイネーブルしきい値電圧

図 2-12: 温度に対する VOUT

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 5 10 15 20 25 30

I OU

T(m

A)

VIN (V)

VOUT = 3.3VVOUT = 5V

VOUT = 12V

0.79

0.792

0.794

0.796

0.798

0.8

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

Feed

back

Vol

tage

(V)

Temperature (°C)

VIN =7VVOUT = 3.3VIOUT = 100 mA

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

0.40.45

0.5

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

Switc

h R

DSO

N(

)

Temperature (°C)

Low Side

High Side

VIN = 12VVOUT = 5VIOUT = 500 mA

3

3.4

3.8

4.2

4.6

5

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

Inpu

t Vol

tage

(V)

Temperature (°C)

UVLO START

UVLO STOP

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

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

Enab

leVo

ltage

(V)

Temperature (°C)

HIGH

LOW

VIN = 12VVOUT = 3.3VIOUT = 200 mA

4.97

4.98

4.99

5

5.01

5.02

5.03

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

Out

put V

olta

ge (V

)

Temperature (°C)

VIN = 12VVOUT = 5VIOUT = 100 mA


MCP16311/2


図 2-13: 温度に対する入力静止電流

図 2-14: 入力電圧に対する入力静止電流

図 2-15: 入力電圧に対する PFM 無負荷時入力電流 (MCP16311)

図 2-16: VIN に対する PWM 無負荷時入力電流 (MCP16312)

図 2-17: VIN に対する PFM/PWM IOUTしきい値

図 2-18: 入力電圧に対するスキッピング /PWM IOUT しきい値

0

20

40

60

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

Qui

esce

nt C

urre

nt (μ

A)

Temperature (°C)

Non-Swithcing

Shutdown

VIN = 12VVOUT = 5V

0

10

20

30

40

50

5 10 15 20 25 30

Qui

esce

nt C

urre

nt (μ

A)

Input Voltage (°C)

Non-Switching

Shutdown

VOUT = 3.3V

40

60

80

100

120

5 10 15 20 25 30

No

Load

Inpu

t Cur

rent

(μA

)

Input Voltage (V)

VOUT = 3.3V

1

1.2

1.4

1.6

1.8

5 10 15 20 25 30

Inpu

t Cur

rent

(mA

)

VIN (V)

VOUT = 3.3V

0

25

50

75

100

125

150

5 10 15 20 25 30

Out

put C

urre

nt (m

A)

VIN (V)

VOUT = 3.3V

VOUT = 5V

VOUT = 12V

0

10

20

30

40

50

5 10 15 20 25 30

Out

put C

urre

nt (m

A)

VIN (V)

VOUT = 5V

VOUT = 3.3V

VOUT = 12V


MCP16311/2


図 2-19: 出力電流に対する最小入力電圧 (typ.)

図 2-20: 温度に対するスイッチング周波数

図 2-21: イネーブルから起動までの波形

図 2-22: VIN 立ち上がりから起動までの波形

図 2-23: 短絡時の応答

図 2-24: 負荷過渡応答

3.5

4

4.5

0 200 400 600 800 1000

V IN

(V)

Output Current (mA)

To Start

To Stop

VOUT = 3.3V

450

475

500

525

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

Switc

hing

Fre

quen

cy (k

Hz)

Temperature (°C)

VIN = 12VVOUT = 3.3VIOUT = 200 mA

VOUT2 V/div

EN2 V/div

80 µs/div

VOUT2 V/div

VIN5 V/div

200 µs/div

VOUT2 V/div

IOUT2 A/div

10 µs/div

IL500 mA/div

VOUT100 mV/div

IOUT500 mA/div

200 µs/div

AC Coupled

Load Step from100 mA to 800 mA


MCP16311/2


図 2-25: ライン過渡応答

図 2-26: PFM 軽負荷時のスイッチング波形

図 2-27: PWM 軽負荷時のスイッチング波形

図 2-28: 高負荷時のスイッチング波形

図 2-29: 5 mA から 100 mA への負荷ステップ時の PFM から PWM への遷移

VOUT50 mV/div

VIN5 V/div

400 µs/div

AC Coupled

VIN Step from 7V to 12V

VOUT100 mV/div

IL200 mA/div

20 µs/div

VIN

SW10 V/div

IOU

AC Coupled

= 24V= 25 mA

VOUT10 mV/div

IL100 mA/div

1 µs/div

VINSW10 V/div

AC Coupled

= 15 mA= 24V

IOUT

VOUT50 mV/div

IL200 mA/div

2 µs/div

VIN

SW10 V/div

VOUTIOUT = 800 mA

AC Coupled

= 12V = 5V

VOUT100 mV/div

Load Current50 mA/div

400 µs/div

VIN

SW5 V/div

VOUT

AC Coupled

= 5V= 12V


MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

3.0 ピンの説明表 3-1 にピンの機能を示します。

3.1 帰還電圧ピン (VFB)VFB ピンは、抵抗分圧器で出力電圧をレギュレートするために使います。VFB の電圧は、出力電圧がレギュレートされた状態で 0.800 V (typ.) です。

3.2 内部バイアスピン (VCC)VCC内部バイアスは入力電圧VINから生成します。VCCは 5.0 V (typ.) に設定されます。VCC は上側および下側のゲート駆動回路に安定した低バイアス電圧を供給するために使われます。この出力は、1 F の X7R コンデンサでAGNDにデカップリングする必要があります。このコンデンサは、VCC と AGND ピンのできるだけ近くで接続します。

3.3 イネーブルピン (EN)ENピンはデバイスを有効 /無効化する論理レベルの入力です。無効時に静止電流を低減します。論理 High(> 1.3 V) でレギュレータ出力が有効になります。論理Low (< 1 V) でレギュレータが確実に無効になります。

3.4 電源入力電圧ピン (VIN)VIN には入力電圧源を接続します。入力電圧源は、そのインピーダンスと出力電流に応じて 4.7 ～ 20 µF のコンデンサでGNDにデカップリングしてください。入力コンデンサは、スイッチノードへの電流を供給すると共に、デバイス内部電源として安定した電圧源を提供します。このコンデンサは、VIN ピンと GND ピンのできるだけ近くで接続します。負荷が軽いアプリケーションには 2.2 µF の X7R または X5R セラミックコンデンサを使えます。

3.5 アナロググランドピン (AGND)このグランドはアナログ参照電圧、制御ループ、その他、内部回路のほとんどが使います。

3.6 電源グランドピン (PGND)ローサイド同期スイッチに使う、独立したグランド接続です。入力コンデンサと出力コンデンサのリターン配線と GND ピンからの配線パターンはなるべく短くしてシステムのノイズを最小限に抑えます。電源グランドとアナロググランドは 1 点で接続してください。

3.7 スイッチノードピン (SW)スイッチノードピンは、内部ではローサイドおよびハイサイドスイッチに接続され、外部ではインダクタとブーストコンデンサから構成されるSWノードに接続されます。SW ノードは内蔵スイッチが ON になる事で急激に立ち上がる場合があります。

3.8 ブーストピン (BOOST)内蔵NチャンネルハイサイドMOSFETのON/OFFに使うフローティング電源のハイサイドは、ブーストピンに接続されています。

3.9 露出サーマルパッドピン (EP)EP と PGND および AGND ピンは内部で電気的に接続されています。

表 3-1: ピン割り当て表MCP16311/2 2 x 3 TDFN

MCP16311/2 MSOP 記号説明

1 1 VFB 出力電圧の帰還ピン : VFBに外付けの抵抗分圧器を接続する事で出力電圧を設定します。

2 2 VCC 内部レギュレータ出力ピン : ゲート駆動に大きなピーク電流を供給するために、このピンにはバイパスコンデンサが必要です。

3 3 EN イネーブルピン: このピンを論理Highにする事で動作が有効になります。このピンをフローティングにしないでください。

4 4 VIN 電源および内部バイアス用の入力電源電圧ピン5 5 PGND 電源グランドピン6 6 SW 出力スイッチノードピン : インダクタとブートストラップコンデンサ

に接続します。

7 7 BOOST ハイサイド NMOS スイッチの制御に使うドライバに電圧を供給するブースト電圧ピン : BOOST ピンと SW ピンの間にはブートストラップコンデンサを接続します。

8 8 AGND 信号グランドピン9 - EP 露出サーマルパッド


MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

4.0 詳細な説明

4.1 デバイス概要MCP16311/2 は、高入力電圧の降圧型レギュレータです。2.0～ 12 Vのレギュレートされた出力電圧で 1 A (typ.)の電流を供給できます。デバイス内部では、トリミングされたオシレータが 500 kHz の固定周波数を供給し、ピーク電流モード制御アーキテクチャでデューティサイクルを変化させて出力電圧をレギュレートします。内蔵ハイサイドNチャンネルMOSFETのON/OFF には、チップ内部のフローティングドライバを使います。このドライバには、外付けのブーストコンデンサから電力を供給します。このコンデンサは、ローサイド N チャンネル MOSFET が ON になった時に充電されます。

4.1.1 PWM/PFM モードオプション広範囲の負荷電流に対して高い効率が得られるように、MCP16311 は最適の動作スイッチングモード(PFM または PWM) を選択します。負荷電流が小さい場合、PFM モードへの切り換えにより静止電流が低減されます。スリープ期間 ( スイッチングサイクルの 2パケット間 )、電源ラインから MCP16311 に流れる電流は 44 µA (typ.) です。スイッチングパルスのパケットは全動作サイクル中のわずかな割合しか占めないため、電源ラインから流れる平均電流は小さくなります。

ただし PWM/PFM モードには、出力リップル電圧が大きく、PFM モードの周波数が変化するという短所があります。PFM モードのしきい値は入力電圧、出力電圧、負荷の関数です ( 図 2-17 参照 )。

4.1.2 PWM モードのみのオプションMCP16312 では PFM モードが無効化されており、全負荷レンジにわたり PWM モードでのみ動作します。通常動作時、MCP16312 は 500 kHz 固定のスイッチング周波数で動作を継続するため、出力リップル電圧はPFM モードよりも低い状態に維持されます。負荷が軽くなると、MCP16312はパルススキップを開始します。図 2-18 に、PWM 動作のみのモードでパルススキップを開始するしきい値を入力電圧と負荷電流の関係として示します。

MCP16312 は出力電圧リップルがきわめて小さいため、ノイズに敏感なアプリケーションに推奨します。

4.1.3 内部参照電圧 (VFB)コンバータ出力電圧は、外付けの抵抗分圧器と高精度内部参照電圧 0.8 V で設定します。抵抗分圧器のレンジは、制御系のゲインに影響を与えずに変更できます。値の大きな抵抗を使うと消費電流を低減できますが、ノイズの影響を受けやすくなります。推奨抵抗値は、代表的なアプリケーションを参照してください。

4.1.4 内部バイアスレギュレータ (VCC)内蔵の低ドロップアウト電圧レギュレータ (LDO) を使って、全ての内部回路に 5.0 V を供給しています。LDO は入力電圧 (VIN) をレギュレートし、ドライバと内部バイアス回路を維持する十分な電流 (最大50 mA)を供給できます。VCC ピンは 1 µF のコンデンサでグランドにデカップリングする必要があります。サーマルシャットダウンが発生すると LDO もシャットダウンします。VCC ピンは、しきい値を 150 mA に設定した短絡保護機能を備えています。

PFMモードスイッチングのスリープ期間、VCC レギュレータは無用の電力消費を避けるために低静止電流モードに移行します。

VCC ピンでは、いかなる外部負荷も駆動しないでください。

4.1.5 内部補償エラーアンプやインダクタの電流スロープ補償回路等、デバイスの動作レンジ全域での安定動作に必要な制御系の構成要素は、全て内蔵しています。適切な値のスロープ補償を加えるために、インダクタの値は出力電圧によって異なります ( 表 5-1 参照 )。

4.1.6 外付け部品以下の外付け部品を使います。

• 入力コンデンサ• 出力フィルタ ( インダクタとコンデンサ )• ブーストコンデンサ• 抵抗分圧器

外付けのインダクタ、出力コンデンサ、入力コンデンサは出力電圧と最大出力電流に応じて選定します。

4.1.7 イネーブル入力イネーブル入力 (EN) は、デバイスの無効化に使います。無効化すると、入力から消費される電流が最小限に抑えられます。デバイスが有効化された時の出力電圧の立ち上がり速度は、チップ内部のソフトスタート回路が制御します。これにより、大きな突入電流と出力電圧のオーバーシュートを防ぎます。

プルアップおよびプルダウン抵抗は内蔵していません。コンバータを有効にするには、EN ピンをプルアップします。コンバータを無効にするには、EN ピンを Lowにプルダウンします。

表 4-1: 製品番号の選択製品番号 PWM/PFM PWM

MCP16311 X -MCP16312 - X


MCP16311/2

4.1.8 ソフトスタートデバイス起動時に出力電圧のオーバーシュートと突入電流を最小限に抑えるため、内部参照電圧の立ち上がり速度を制御します。

4.1.9 低電圧ロックアウト内蔵低電圧ロックアウト (UVLO) 回路は、正常な動作に必要な入力電圧が得られるまでコンバータの起動を抑止します。コンバータは 4.1 V (typ.) で起動し、その後は最低 3.6 V (typ.) まで動作します。入力電圧源への負荷接続で生じる起動時の断続的な動作 / 停止を防ぐために、ヒステリシスを持たせています。

4.1.10 過熱保護過熱保護回路は、コンバータを OFF にする事でシリコンダイ温度が +150 ℃を超えないようにします。温度が +125 ℃まで低下すると通常のスイッチングを再開します。

図 4-1: MCP16311/2 のブロック図

COUT

CBOOST

Slope Comp

PWMLatch+

-

OvertempUVLO R

CompAmp+-

CCOMP

RCOMP

HSDrive

CS

VREG

BGREF

SSVREF

OTEMP500 kHz OSC

S

VOUT

VOUT

RSENSE

VIN

EN

RTOP

RBOT

BOOST

SW

PGND

FB

VREF

SHDN all blocks+-

CIN

+

+LSDrive

VCC

CVCC

VCC

VCC

PFM

PFMCTR

VREF

AGND


MCP16311/2

4.2 機能ブロックの詳細

4.2.1 降圧型 ( バック ) コンバータMCP16311/2 は、4.4 ～ 30 V のレンジの入力電圧を2.0 ～ 24 V に降圧する (VIN > VOUT)、同期降圧型コンバータ ( バックコンバータ ) です。

内蔵ハイサイドスイッチでデューティサイクルを制御する事で、入力電圧をチョッピング / 変調します。内蔵ローサイドスイッチは、ハイサイドスイッチがOFF の時に電流を還流させるために使います。低抵抗のスイッチ、低 ESR( 等価直列抵抗 )、インダクタとコンデンサを使う事で高効率を達成しています。ハイサイドスイッチが ON になると、インダクタに DC 電圧が印加され (VIN - VOUT)、インダクタ電流が線形にランプアップします。ハイサイドスイッチが OFF になり、ローサイドスイッチが ON になると、インダクタの印加電圧は -VOUT になり、インダクタ電流は線形にランプダウンします。貫通電流を確実に防ぐため、ハイサイドスイッチのターンオフとローサイドスイッチのターンオンの間、ローサイドスイッチのターンオフとハイサイドスイッチのターンオンの間に、両方のスイッチがOFFになるデッドタイムを実装しています。

定常時の連続インダクタ電流動作では、インダクタ電流のランプ勾配は正負両方向で等しい必要があります。定常動作中は、インダクタ電流が連続している、つまり常にゼロより大きい場合、出力電圧を一定にレギュレートするためのスイッチのデューティサイクルを VOUT/VIN の比に等しくする必要があります。不連続インダクタ電流動作の場合、電圧レギュレーションを保つための定常状態のデューティサイクルはVOUT/VIN より小さい値です。インダクタ電流がゼロに達すると、ローサイドスイッチが OFF になって電流を逆方向に流さないため、高効率を維持します。チョッピングされた入力電圧の平均つまりSW ノードの電圧は出力電圧に等しく、インダクタ電流の平均は出力電流に等しくなります。

図 4-2: 同期降圧型コンバータ

SW

IL

VIN

IOUT

VOUT

Continuous Inductor Current Mode

S1 ON S2 ON

SW

IL

VIN

IOUT

Discontinuous Inductor Current Mode

S1 ON S2ON

BothOFF

VIN

L

IL

COUT

VOUT

S2

S1


MCP16311/2

4.2.2 ピーク電流モード制御MCP16311/2 はピーク電流モード制御アーキテクチャを採用しています。これにより電圧ループ補償に必要な部品点数とサイズを最小限に抑え、優れたACレギュレーションを実現しています。ピーク電流モード制御は、インダクタ電流のごく一部を複製し、この複製した電流検出信号を内蔵エラーアンプの電圧出力と比較します。実際には、スイッチが ON の間インダクタ電流と内蔵スイッチ電流は等しくなります。このピーク電流検出機能をシステム制御に組み込む事で、降圧パワートレイン系を 2 次関数ではなく 1 次関数で近似できます。これによってシステムが簡略化し、動特性が改善します。

デューティサイクルが 50% を超えるパルス幅変調(PWM) では、制御系がバイモーダル動作する可能性があります。この場合、固定パルス幅ではなく、幅の広いパルスの後ろに短いパルスが続く波形が繰り返されます。このような動作モードを防ぐため、内蔵補償回路によるランプ電圧を電流検出信号に重畳させています。

4.2.3 パルス幅変調内蔵オシレータは周期的にスイッチング期間を開始します。MCP16311/2 の場合、2 µs ごと、つまり 500 kHzで開始します。ハイサイドの内蔵 N チャンネルMOSFET が ON になると、検出電流とスロープ補償のランプ電流の合計が内蔵エラーアンプの出力を超えるまで、インダクタ電流がランプアップします。超えると、ハイサイドスイッチが OFF になり、ローサイドスイッチが ON になります。エラーアンプの出力はスルーアップまたはスルーダウンして、出力 LC フィルタに供給されるインダクタのピーク電流を増減させます。レギュレートされた出力電圧が目標値より低い場合、反転エラーアンプ出力が立ち上がります。これによってインダクタ電流が増加し、出力電圧の誤差を補正します。この固定周波数のデューティサイクルは、検出されたインダクタのピーク電流に内部スロープ補償を加えた値がエラーアンプの出力電圧を超えた時点で停止します。ハイサイドの内蔵スイッチを OFFにして PWM ラッチをセットし、次のサイクル開始まで再度 ON にならないようにします。

MCP16312は軽負荷時もPWMモードでのみ動作します。PWM モードでのみ動作する事で、出力リップルを低く抑え、周波数を一定に維持できます ( 図 2-28)。動作モードを PWM モードに固定すると、軽負荷動作時の効率が PFM モード (MCP16311) に比べて低くなります。

境界伝導しきい値近くで動作させると SW ノードにジッタが発生する場合があり、これが出力電圧に反映されます。出力の低周波成分はきわめて小さいものの、この成分は完全に除去する事を推奨します。それには、SW ノードと GND 間に RC スナバを適用します。

スナバの標準的な値は、680 pF、430です。このようなスナバを使うと SW ノードのジッタは完全に除去されますが、コンバータの総効率はわずかに劣化します。

4.2.4 PFM モード動作MCP16311 には通常の PWM モードと PFM モードの動作を自動的に切り換える機能があり、全負荷レンジで高い効率を維持します。PFM モードの出力リップルには入力電圧と出力電流によって変化する可変周波数成分が含まれます。無負荷時の出力から流れる静止電流はごくわずかです。

デバイスが PFM モードスイッチングの開始を判断するために 2 つのコンパレータがあります。そのうち一方は、出力電圧を監視し、参照電圧は 10 mV のヒステリシスを備えた 810 mV です。負荷電流が小さい場合、出力が上昇してコンパレータをトリガします。これによってドライバの論理制御その他の回路 ( 内部レギュレータ VCC を含む ) がスリープに移行し、スイッチングサイクルの OFF 期間の消費電力が最小限に抑えられます。出力電圧が公称値未満に低下すると、PFM 動作によるスイッチングを 1 回から数回行い、出力を再び安定化します ( 図 2-26)。2 つ目のコンパレータはPFMモードの最小デューティサイクルを固定します。PFM モードの最小デューティサイクルは、検出されるピーク電流と入力電圧で決まります。その結果、PFM/PWM モードの切り換えしきい値は、負荷電流と入力電圧の値に依存します ( 図 2-17)。出力負荷電流が上側しきい値を超えると、MCP16311 はスムーズにPFM モードから PWM モードに移行します。


MCP16311/2

4.2.5 ハイサイド駆動 MCP16311/2 は、高効率の降圧型電力変換を実現するために、ハイサイドの N チャンネル MOSFET を内蔵しています。P チャンネル MOSFET ではなく N チャンネルを使うのは、ON 抵抗とサイズが小さいためです。デバイスが完全にONになるように、NチャンネルMOSFETゲートはソース電圧より高い電圧で駆動される必要があります。その結果、入力電圧より高いゲート駆動電圧でハイサイドの N チャンネルが ON になります。ハイサイドの N チャンネル MOSFET のソースは、インダクタとブーストコンデンサつまりスイッチノードに接続します。ハイサイドのスイッチがOFFになり、ローサイドのスイッチが ON になると、インダクタ電流はローサイドのスイッチを流れ、ブースト電圧源からブーストコンデンサを再充電する経路を提供します。ブーストコンデンサの電圧は内部レギュレータ(VCC)から供給します。内蔵のブーストブロッキングダイオードは、内蔵スイッチの ON 期間にブーストコンデンサからレギュレータに電流が逆流するのを防止します。ブースト電圧が大幅に低下すると、ブーストコンデンサを充電するために 90 ns の期間、ローサイドが Lowに設定されます。


MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

5.0 アプリケーション情報

5.1 代表的なアプリケーションMCP16311/2 同期降圧型コンバータは、最大 30 V に達する広い入力レンジで動作します。代表的なアプリケーションは、PIC® マイクロコントローラのバイアスつまり VDD 電圧の生成、AC/DC コンバータ用デジタル制御システムのバイアス電源、産業用 12 V 入力等です。

5.2 可変出力電圧の計算MCP16311/2 可変電圧用の抵抗分圧器の値の計算には式 5-1 を使います。RTOP は VOUT に接続し、RBOT はAGND に接続して、両方を VFB 入力ピンに接続します。

式 5-1: 抵抗分圧器の計算

例 5-1: 3.3 V 抵抗分圧器

例 5-2: 5.0 V 抵抗分圧器

例 5-3: 12.0 V 抵抗分圧器

エラーアンプは、ループの安定性を確保できるよう内部補償されています。外付けの抵抗分圧器、インダクタンス、出力静電容量はどれも制御系に影響を与えるため、注意深く選択し、安定性を評価する必要があります。静止電流とノイズ耐性のトレードオフから、下側抵抗には 10 kを推奨します。

5.3 一般的な設計式連続インダクタ電流モードで動作させる降圧型コンバータのデューティサイクルは、式 5-2 で見積もる事ができます。この式は、2 つの内蔵 N チャンネルMOSFET の順方向電圧降下を考慮しています。負荷電流が増加するにつれ、両方の内蔵スイッチの電圧降下が大きくなるため、出力電圧レギュレーションを維持するには、PWM デューティサイクルを大きくする必要があります。スイッチによる電圧降下は、スイッチ電流にスイッチ抵抗つまり RDSON を掛ける事で見積もれます。

式 5-2: 連続インダクタ電流のデューティサイクル

PWM デューティサイクルのバイモーダル動作を防止するため、MCP16311/2 はスロープ補償回路を内蔵しています。チップ内部で、インダクタ電流の立ち下がりスロープの半分を、内部電流検出信号と合計します。適切なスロープ補償量が得られるように、VOUT に基づいて K = 0.22 V/µH となるようにインダクタンスを変え、インダクタの立ち下がりスロープ電流を一定に保つ事を推奨します。

式 5-3:

VOUT = 3.3 V の場合のインダクタンスは 15 µH を推奨します。

VOUT = 3.3 VVFB = 0.8 V

RBOT = 10 kRTOP = 31.25 k( 標準値 = 31.2 k)VOUT = 3.296 V( 標準値を使用 )

VOUT = 5.0 VVFB = 0.8 V

RBOT = 10 kRTOP = 52.5 k( 標準値 = 52.3 k)VOUT = 4.984 V( 標準値を使用 )

VOUT = 12.0 VVFB = 0.8 V

RBOT = 10 kRTOP = 140 k( 標準値 = 140 k)

RTOP RBOTVOUTVFB------------- 1– =

表 5-1: インダクタの推奨値VOUT K LSTANDARD2.0 V 0.20 10 µH3.3 V 0.22 15 µH5.0 V 0.23 22 µH12 V 0.21 56 µH15 V 0.22 68 µH

DVOUT ILSW RDSONL +VIN IHSW RDSONH –-------------------------------------------------------------=

K VOUT L=


MCP16311/2

5.4 入力コンデンサの選択降圧型コンバータの入力コンデンサは、入力電圧のパルス動作またはチョッピングで生じる大きな入力リップル電流をフィルタ処理する必要があります。MCP16311/2 の入力電圧ピンは、パワートレインの電源電圧と内部バイアスの供給源として使います。低ESR(等価直列抵抗 )のコンデンサを推奨します (セラミックが望ましい )。必要な静電容量は、最大負荷電流とソースインピーダンスで決まります。コンデンサで留意すべきパラメータは電圧定格、ESR、温度定格の 3 つです。温度レンジが広いアプリケーションにはX7R 積層誘電体コンデンサを推奨します。温度レンジが狭い場合は、X5R 積層誘電体コンデンサでもかまいません。通常ほとんどのアプリケーションの入力容量は 10 ～ 20 µF で十分です。負荷電流が 100 ～ 200 mAのアプリケーションの場合、入力電圧源とその電源インピーダンスによっては 4.7 ～ 2.2 µF の X7R コンデンサを使えます。入力電圧が大きく変動するアプリケーションでは、より大きな値のコンデンサを推奨します。入力コンデンサの電圧定格は、VIN に余裕を加えた値にします。

表5-2に、入力コンデンサの推奨値のレンジを示します。

5.5 出力コンデンサの選択出力コンデンサは、負荷が急激に過渡変動した場合にも安定した出力電圧を確保し、出力電圧のリップルを抑えます。入力コンデンサと同様、X5R および X7Rセラミックコンデンサはこの用途にも適しています。標準的なアプリケーションの場合、出力容量には最低10 µF のセラミックコンデンサ、最高 100 µF の電解コンデンサを使えます。標準的なアプリケーションの場合、20 µFの出力容量を使うと出力リップルは10 mVになります。

出力コンデンサの静電容量と等価直列抵抗の値は、出力リップル電圧とシステム安定性に大きな影響を与えます。出力静電容量のレンジは、MCP16311/2 の内部補償回路のために制限されます。出力コンデンサの推奨レンジについては、表 5-2 を参照してください。

出力コンデンサの電圧定格は、VOUT に余裕を加えた値にします。

5.6 インダクタの選択MCP16311/2 は、小型の表面実装インダクタの使用を前提に設計されています。インダクタ選択に先立ち、いくつかの仕様を検討する必要があります。システム性能を最適化するため、低DCRインダクタを使います。

システム性能を最適化するため、インダクタのリップル電流が出力電圧レンジ全体で概ね一定となるように、インダクタンスの値を決めます ( 表 5-1)。

式 5-4: インダクタのリップル電流

例 5-4:

式 5-5: インダクタのピーク電流

この例では、電流飽和定格が最小 960 mA のインダクタを推奨します。低 DCR のインダクタを使うとシステム効率が向上します。最適設計を得るにはサイズ、コスト、効率のトレードオフを検討する必要があります。

表 5-2: コンデンサ静電容量レンジパラメータ Min. Max.

CIN 2.2 µF なしCOUT 20 µF なし

VIN = 12 VVOUT = 3.3 VIOUT = 800 mA

表 5-3: MCP16311/2 (VOUT = 3.3 V) の推奨インダクタ

製品番号

値(µ

H)

DC

R (

)

I SAT

(A)

寸法WxLxH (mm)

CoilcraftXAL4040 15 0.109 2.8 4.0x4.0x2.1LPS6235 15 0.125 2.00 6.0x6.0x3.5MSS6132 15 0.135 1.56 6.1x6.1x3.2XAL6060 15 0.057 1.78 6.36x6.5x6.1MSS7341 15 0.057 1.78 7.3x7.3x4.1

ILV IN V O U T–

L---------------------------- tO N=

ILPKIL2-------- IOUT+=

インダクタのリップル電流 = 319 mA

インダクタのピーク電流 = 960 mA


MCP16311/2

5.7 ブーストコンデンサブーストコンデンサは入力電圧よりも高い電圧で内蔵ハイサイド駆動回路に電流を供給します。ブーストコンデンサにはハイサイドスイッチを完全に ON/OFF 駆動するために十分なエネルギを蓄える必要があります。アプリケーションに関わらず 100 nF の X5R またはX7R コンデンサを推奨します。ブーストコンデンサの最大電圧は 5 V です。

5.8 Vcc コンデンサVCC内部バイアスは5 Vにレギュレートされます。VCCピンの電流は 50 mA に制限され、150 mA 負荷の短絡条件に対して保護されています。VCC レギュレータは電源スイッチ用の内部ドライバに給電しているため、あらゆる負荷およびライン過渡現象に対して安定を保つ必要があります。安定性を確保するため、VCC コンデンサには拡張温度レンジでは 1 µF 以上の X7R セラミックコンデンサ、限定温度レンジでは X5R コンデンサが必要です。

5.9 MCP16312 - LED 低電流ドライバMCP16312 は LED 単体または LED ストリングの駆動に使えます。MCP16312 を定電圧源から定電流源に変えるプロセスは簡単です。電流はローサイドで検出 /帰還します。そのために LED ストリングに直列に抵抗を追加します。

MCP16312 を LED ドライバとして使う場合、この検出抵抗の選定には注意が必要です。帰還電圧が 0.8 Vと高いため、検出抵抗では著しい損失が発生します。このため許容消費電力の大きい、より大型のパッケージを選択する必要があります。

このような回路を構成する際はインダクタの値も重要です。インダクタの値は式 5-3 またはガイドラインとして表 5-1 に従う必要があります。これらの判定方法

では、出力電圧を LED の順方向電圧と検出抵抗のヘッドルーム 0.8 V の合計として近似させます。代表的な応用回路を図 5-3 に示します。

検出抵抗の値と損失は、次式から判断します。

式 5-6:

例 5-5:

5.10 温度の計算MCP16311/2 は MSOP-8 および DFN-8 パッケージで提供しています。接合部温度は、消費電力とパッケージの熱抵抗 (θJA) から推定します。MCP16311/2 の連続最大接合部温度定格は +125 ℃です。

降圧型スイッチングレギュレータの内部消費電力を簡単に推定するには、効率の計測値を基に経験的計算を用います。効率の計測値を基に、式 5-7 で内部消費電力を推定します。この消費電力は全ての内部および外付け部品の損失を含みます。内部損失を簡単に見積もるには、式 5-7 の PDIS の計算値からインダクタのDCR 損失見積もり分を差し引きます。

式 5-7: 総消費電力の推定

Wurth Elektronik®

74408943150 15 0.118 1.7 4.8x4.8x3.8744062150 15 0.085 1.1 6.8x6.8x2.3744778115 15 0.1 1.75 7.3x7.3x3.27447779115 15 0.07 2.2 7.3x7.3x4.5Coiltronics®

SD25 15 0.095 1.08 5.2x5.2x2.5SD6030 14.1 0.103 1.1 6.0x6.0x3.0TDK - EPC®

B82462G4153M 15 0.097 1.05 6.0x6.0x3.0B82462A4153K 15 0.21 1.5 6.0x6.0x3.0

表 5-3: MCP16311/2 (VOUT = 3.3 V) の推奨インダクタ ( 続き )

製品番号

値(µ

H)

DC

R (

)

I SAT

(A)

寸法WxLxH (mm)

ILED = 400 mAVFB = 0.8 VVF = 1 x 3.2 V ( 白色 LED を 1 つ使用 )RB = 2

PLOSSES = 0.32 W ( 検出抵抗器の損失 )L = 22 µH

RBVFBILED-----------=

PLOSSES VFB ILED=

VFB = 帰還電圧

PDISVOUT IOUTEfficiency------------------------------- VOUT IOUT –=


MCP16311/2

第 1 項が入力電力、第 2 項が出力電力で、その差がシステムの総消費電力です。インダクタの損失は、PL = IOUT2 x LDCR から見積もる事ができます。

例 5-6: 消費電力 - MCP16311/2 MSOPパッケージ

例 5-7: 消費電力 - MCP16311/2 DFNパッケージ

VIN = 12 VVOUT = 5.0 VIOUT = 0.8 A

効率 = 92.5%

システムの総消費電力 = 324 mWLDCR = 0.15

PL = 96 mW

MCP16311/2 の内部消費電力推定値 :PDIS - PL = 228 mW

JA = 211 ℃ /W推定接合部温度上昇 = +48.1 ℃

VIN = 12 VVOUT = 3.3 VIOUT = 0.8 A

効率 = 90%

システムの総消費電力 = 293 mWLDCR = 0.15

PL = 96 mW

MCP16311 の内部消費電力推定値 :PDIS - PL = 197 mW

JA = 68 ℃ /W推定接合部温度上昇 = +13.4 ℃


MCP16311/2

5.11 プリント基板 (PCB) のレイアウト情報

適切なプリント基板 (PCB) レイアウト手法は、あらゆるスイッチング回路で重要です。スイッチング電源も例外ではありません。大電流のスイッチング経路は、太く短いパターンで配線するようにします。したがって、入力および出力コンデンサは MCP16311/2 のなるべく近くに配置してループ面積を最小化する事が重要です。

帰還抵抗と帰還信号は、スイッチングノードとスイッチング電流ループから離れた場所に配線します。可能ならば、グランドプレーンとグランドトレースを使って帰還信号をシールドしてノイズと磁気干渉を最小化します。

MCP16311/2 のレイアウトは入力コンデンサの配置から始めるのが最適です。このコンデンサは、スイッチON 時に回路の入力に電流を供給します。高周波のスイッチング電流を供給するだけでなく、MCP16311/2

内部回路の安定した電圧源としての役割も果たします。MCP16311/2 の VIN ピンに過剰な過渡変動またはリンギングが存在すると、PWM 動作が不安定になる場合があります。図 5-1 では、入力コンデンサを VIN ピンの近くに配置しています。基板裏面のグランドプレーンは、リターン電流を流す低抵抗、低インダクタンスの経路です。次に優先的に配置を検討すべき箇所は、出力コンデンサとインダクタンス (L1)で形成されるインダクタの還流ループです。その際、出力コンデンサのグランドリターンと入力コンデンサのグランドリターンを近づけて配置する事にも配慮する必要があります。続いて、CBOOST をブーストピンとスイッチノードピンの間に配置します。これによって、MCP16311/2のVFBピンの近くにRTOPとRBOTを配置するスペースを確保できます。帰還ループはスイッチノードから遠ざけて配線し、高インピーダンスの VFB 入力にノイズがカップリングしないようにします。

図 5-1: MSOP-8 の推奨レイアウト (5 V 出力設計 )

VIN

GND

VFB

SWVin 12V

VOUT5V @ 1A

COUTCIN

Vcc

CVcc

L1CBoost

BOOST

RT

RB

REN

コンポーネント値

CIN 2 x 10 µFCOUT 2 x 10 µF

L1 22 µHRT 52.3 kRB 10 k

REN 1 MCVCC 1 µF

CBOOST 0.1 µF

EN


MCP16311/2

図 5-2: DFN の推奨レイアウト (3.3 V 出力のデザイン )

VIN

GND

VFB

SWVIN12V

VOUT3.3V @ 1A

COUTCIN

VccCVcc

L1CBOOST

BOOST

RT

RB

REN



L1 15 µHRT 31.2 kRB 10 k

REN 1 MCVCC 1 µF

CBOOST 0.1 µF

EN


MCP16311/2

図 5-3: MCP16312 - 代表的な LED ドライバ回路 : 400 mA 出力

VIN

GND

VFB

SWVin 12V

ILED = 400 mA

COUTCIN

VCCCVCC

L1CBOOST

BOOST

RB

REN

LED



L1 15 µHRB 2

REN 1 MCVCC 1 µF

CBOOST 0.1 µFLED 1 x 白色 LED

RBVFBILED-----------=

EN


MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

6.0 パッケージ情報

6.1 パッケージのマーキング情報

凡例 : XX...X お客様固有情報Y 年コード ( 西暦の下 1 桁 )YY 年コード ( 西暦の下 2 桁 )WW 週コード (1 月の第 1 週が「01」)NNN 英数字のトレーサビリティコードつや消し錫 (Sn) の使用を示す鉛フリーの JEDEC マーク* 本パッケージは鉛フリーです。鉛フリー JEDEC マーク ( )

は外箱に表記しています。

Note: Microchip 社の製品番号が 1 行に収まりきらない場合は複数行を使います。この場合お客様固有情報に使える文字数が制限されます。

3e

3e

8-Lead TDFN (2x3) Example

ABM30925

Part Number Code

MCP16311T-E/MNY ABMMCP16312T-E/MNY ABU

8-Lead MSOP (3x3 mm) Example

16311E309256


MCP16311/2

8 ピンプラスチックマイクロスモールアウトラインパッケージ (MS) [MSOP]

Microchip Technology Drawing C04-111C シート 1 / 2

Note: 最新のパッケージ図面については、以下のウェブページにある「Microchip Packaging Specification (Microchip 社パッケージ仕様 )」を参照してください。http://www.microchip.com/packaging


http://www.microchip.com/packaging

MCP16311/2


Note:1. ピン 1 のビジュアルインデックスの場所にはばらつきがありますが、必ず斜線部分内にあります。2. D と E1 の寸法はバリを含みません。バリは側面から 0.15 mm を超えません。3. 寸法と許容誤差は ASME Y14.5M に準拠しています。

BSC: 基本寸法、理論的に正確な値、許容誤差なしで表示REF: 参考寸法、通常は許容誤差を含まない、情報としてのみ使われる値

Microchip Technology Drawing C04-111C シート 2 / 2


単位ミリメートル

寸法限界 MIN NOM MAXピン数 N 8ピッチ e 0.65 BSC全高 A - - 1.10モールドパッケージ厚 A2 0.75 0.85 0.95スタンドオフ A1 0.00 - 0.15全幅 E 4.90 BSCモールドパッケージ幅 E1 3.00 BSC全長 D 3.00 BSC足長 L 0.40 0.60 0.80フットプリント L1 0.95 REF足角 0° - 8°ピン厚 c 0.08 - 0.23ピン幅 b 0.22 - 0.40



MCP16311/2


Note:1. 寸法と許容誤差は ASME Y14.5M に準拠しています。

BSC: 基本寸法、理論的に正確な値、許容誤差なしで表示

Microchip Technology Drawing No. C04-2111A



寸法限界 MIN NOM MAXコンタクトピッチ E 0.65 BSCコンタクトパッド間隔 C 4.40全幅 Z 5.85コンタクトパッド幅 (X8) X1 0.45コンタクトパッド長 (X8) Y1 1.45パッド間距離 G1 2.95パッド間距離 GX 0.20



MCP16311/2

8 ピンプラスチックデュアルフラット、リードレスパッケージ (MN) - 2x3x0.75 mm ボディ[TDFN]

Microchip Technology Drawing No. C04-129C シート 1 / 2




MCP16311/2


Note:1. ピン 1 のビジュアルインデックスの場所にはばらつきがありますが、必ず斜線部分内にあります。2. パッケージの端部には 1 つまたは複数の露出タイバーがあります。3. パッケージは切削切り出しされています。4. 寸法と許容誤差は ASME Y14.5M に準拠しています。

BSC: 基本寸法、理論的に正確な値、許容誤差なしで表示REF: 参考寸法、通常は許容誤差を含まない、情報としてのみ使われる値

Microchip Technology Drawing No. C04-129C シート 2 / 2



寸法限界 MIN NOM MAXピン数 N 8ピッチ e 0.50 BSC全高 A 0.70 0.75 0.80スタンドオフ A1 0.00 0.02 0.05コンタクト厚 A3 0.20 REF全長 D 2.00 BSC全幅 E 3.00 BSC露出パッド長 D2 1.20 - 1.60露出パッド幅 E2 1.20 - 1.60コンタクト幅 b 0.20 0.25 0.30コンタクト長 L 0.25 0.30 0.45コンタクト - 露出パッド間距離 K 0.20 - -



MCP16311/2


Note:1. 寸法と許容誤差は ASME Y14.5M に準拠しています。

BSC: 基本寸法、理論的に正確な値、許容誤差なしで表示

Microchip Technology Drawing No. C04-2129A



寸法限界 MIN NOM MAXコンタクトピッチ E 0.50 BSCコンタクト中心パッド幅 W2 1.46コンタクト中心パッド長 T2 1.36コンタクトパッド間隔 C1 3.00コンタクトパッド幅 (X8) X1 0.30コンタクトパッド長 (X8) Y1 0.75パッド間距離 G 0.20



MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

補遺 A: 改訂履歴

リビジョン A (2013 年 12 月 )• 本書の初版です。


MCP16311/2

NOTES:


MCP16311/2

製品識別システム

ご注文または製品の価格または納期に関するお問い合わせは、弊社または代理店にお問い合わせください。

PART NO. X /XX

PackageTemperatureRange

Device

Device: MCP16311: High-Efficiency, PFM/PWM Integrated Synchronous Switch Step-Down Regulator (MSOP only)

MCP16311T: High-Efficiency, PFM/PWM Integrated Synchronous Switch Step-Down Regulator (Tape and Reel) (MSOP and TDFN)

MCP16312: High-Efficiency, PFM Integrated Synchronous Switch Step-Down Regulator (MSOP only)

MCP16312T: High-Efficiency, PWM Integrated Synchronous Switch Step-Down Regulator (Tape and Reel) (MSOP and TDFN)

Temperature Range:

E = -40 ℃ to +125 ℃ (Extended)

Package: MNY* = Plastic Micro Small Outline PackageMS = Plastic Dual Flat, No Lead Package -

2 x 3 x 0.75 mm Body

*Y = Nickel palladium gold manufacturing designator.

例 :a) MCP16311-E/MS: 拡張温度仕様、

8LD MSOP パッケージb) MCP16311T-E/MS: テープ＆リール、

拡張温度、

8LD MSOP パッケージc) MCP16311T-E/MNY: テープ＆リール、

拡張温度

8LD 2 x 3 TDFN パッケージ

a) MCP16312-E/MS: 拡張温度仕様、8LD MSOP パッケージ

b) MCP16312T-E/MS: テープ＆リール、拡張温度

8LD MSOP パッケージc) MCP16312T-E/MNY: テープ＆リール、

拡張温度

8LD 2 x 3 TDFN パッケージ


MCP16311/2

NOTES:


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いているお客様と連携し、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

はじめとする、いかなる類の表明も保証も行いません。

Microchip 社は、本書の情報およびその使用に起因する一切の責任を否認します。生命維持装置あるいは生命安全用途に

Microchip 社の製品を使用する事は全て購入者のリスクとし、また購入者はこれによって発生したあらゆる損害、クレーム、

訴訟、費用に関して、Microchip 社は擁護され、免責され、損害を受けない事に同意するものとします。暗黙的あるいは明

示的を問わず、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。

2014 Microchip Technology Inc.

商標

Microchip 社の名称とロゴ、Microchipロゴ、dsPIC、FlashFlex、KEELOQ、KEELOQ ロゴ、MPLAB、PIC、PICmicro、PICSTART、PIC32 ロゴ、rfPIC、SST、SST ロゴ、SuperFlash、UNI/O は、米国およびその他の国におけるMicrochip Technology Incorporatedの登録商標です。

FilterLab、Hampshire、HI-TECH C、Linear Active Thermistor、MTP、SEEVAL、Embedded Control Solutions Company は、米国におけるMicrochip Technology Incorporatedの登録商標です。

Silicon Storage Technology は、他の国における Microchip Technology Inc. の登録商標です。

Analog-for-the-Digital Age、Application Maestro、BodyCom、chipKIT、chipKIT ロゴ、CodeGuard、dsPICDEM、dsPICDEM.net、dsPICworks、dsSPEAK、ECAN、ECONOMONITOR、FanSense、HI-TIDE、In-Circuit Serial Programming、ICSP、Mindi、MiWi、MPASM、MPF、MPLAB Certified ロゴ、MPLIB、MPLINK、mTouch、Omniscient Code Generation、PICC、PICC-18、PICDEM、PICDEM.net、PICkit、PICtail、REAL ICE、rfLAB、Select Mode、SQl、Serial Quad I/O、Total Endurance、TSHARC、UniWinDriver、WiperLock、ZENA および Z-Scaleは、米国およびその他の Microchip Technology Incorporatedの商標です。

SQTP は、米国における Microchip Technology Incorporatedのサービスマークです。

GestIC および ULPP は、Microchip Technology Inc. の子会社である Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG 社の他の国における登録商標です。

その他、本書に記載されている商標は各社に帰属します。

© 2014, Microchip Technology Incorporated, All Rights Reserved.

ISBN: 978-1-63276-132-3

DS20005255A_JP - p.39

Microchip 社では、Chandler および Tempe ( アリゾナ州 )、Gresham ( オレゴン州 ) の本部、設計部およびウェハー製造工場そしてカリフォルニア州とインドのデザインセンターが ISO/TS-16949:2009 認証を取得しています。Microchip 社の品質システムプロセスおよび手順は、PIC® MCU および dsPIC® DSC、KEELOQ® コードホッピングデバイス、シリアル EEPROM、マイクロペリフェラル、不揮発性メモリ、アナログ製品に採用されています。さらに、開発システムの設計と製造に関する Microchip 社の品質システムは ISO 9001:2000 認証を取得しています。


北米本社2355 West Chandler Blvd.Chandler, AZ 85224-6199Tel: 480-792-7200 Fax: 480-792-7277技術サポート : http://www.microchip.com/supportURL: www.microchip.comアトランタDuluth, GA Tel: 678-957-9614 Fax: 678-957-1455オースティン、TXTel: 512-257-3370 ボストンWestborough, MATel: 774-760-0087 Fax: 774-760-0088シカゴItasca, ILTel: 630-285-0071 Fax: 630-285-0075クリーブランドIndependence, OHTel: 216-447-0464Fax: 216-447-0643ダラスAddison, TXTel: 972-818-7423 Fax: 972-818-2924デトロイトNovi, MI Tel: 248-848-4000ヒューストン、TXTel: 281-894-5983インディアナポリスNoblesville, INTel: 317-773-8323Fax: 317-773-5453ロサンゼルスMission Viejo, CATel: 949-462-9523 Fax: 949-462-9608ニューヨーク、NY Tel: 631-435-6000サンノゼ、CATel: 408-735-9110カナダ - トロントTel: 905-673-0699 Fax: 905-673-6509

アジア / 太平洋アジア太平洋支社Suites 3707-14, 37th FloorTower 6, The GatewayHarbour City, KowloonHong KongTel: 852-2943-5100Fax: 852-2401-3431オーストラリア - シドニーTel: 61-2-9868-6733Fax: 61-2-9868-6755中国 - 北京Tel: 86-10-8569-7000Fax: 86-10-8528-2104中国 - 成都Tel: 86-28-8665-5511Fax: 86-28-8665-7889中国 - 重慶Tel: 86-23-8980-9588Fax: 86-23-8980-9500中国 - 杭州Tel: 86-571-8792-8115Fax: 86-571-8792-8116中国 - 香港 SARTel: 852-2943-5100 Fax: 852-2401-3431中国 - 南京Tel: 86-25-8473-2460Fax: 86-25-8473-2470中国 - 青島Tel: 86-532-8502-7355Fax: 86-532-8502-7205中国 - 上海Tel: 86-21-5407-5533Fax: 86-21-5407-5066中国 - 瀋陽Tel: 86-24-2334-2829Fax: 86-24-2334-2393中国 - 深圳Tel: 86-755-8864-2200 Fax: 86-755-8203-1760中国 - 武漢Tel: 86-27-5980-5300Fax: 86-27-5980-5118中国 - 西安Tel: 86-29-8833-7252Fax: 86-29-8833-7256中国 - 厦門Tel: 86-592-2388138 Fax: 86-592-2388130中国 - 珠海Tel: 86-756-3210040 Fax: 86-756-3210049

アジア / 太平洋インド - バンガロールTel: 91-80-3090-4444 Fax: 91-80-3090-4123インド - ニューデリーTel: 91-11-4160-8631Fax: 91-11-4160-8632インド - プネTel: 91-20-3019-1500日本 - 大阪Tel: 81-6-6152-7160Fax: 81-6-6152-9310日本 - 東京Tel: 81-3-6880-3770 Fax: 81-3-6880-3771韓国 - 大邱Tel: 82-53-744-4301Fax: 82-53-744-4302韓国 - ソウルTel: 82-2-554-7200Fax: 82-2-558-5932 または82-2-558-5934マレーシア - クアラルンプールTel: 60-3-6201-9857Fax: 60-3-6201-9859マレーシア - ペナンTel: 60-4-227-8870Fax: 60-4-227-4068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: 886-7-213-7830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 - ミュンヘンTel: 49-89-627-144-0 Fax: 49-89-627-144-44ドイツ - プフォルツハイムTel: 49-7231-424750 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

03/25/14

http://www.microchip.com/supporthttp://www.microchip.com

特長:アプリケーション:概要:パッケージタイプ代表的な応用回路1.0 電気的特性絶対最大定格 †DC特性温度特性

2.0 代表性能曲線図 2-1: IOUTに対する効率(VOUT = 3.3 V)図 2-2: IOUTに対する効率(VOUT = 5.0 V)図 2-3: IOUTに対する効率(VOUT = 12.0 V)図 2-4: VINに対する効率(VOUT = 3.3 V)図 2-5: VINに対する効率(VOUT = 5.0 V)図 2-6: VINに対する効率(VOUT = 12.0 V)図 2-7: VINに対する最大IOUT図 2-8: 温度に対するVFB(VOUT = 3.3 V)図 2-9: 温度に対するスイッチのRDSON図 2-10: 温度に対する低電圧ロックアウト図 2-11: 温度に対するイネーブルしきい値電圧図 2-12: 温度に対するVOUT図 2-13: 温度に対する入力静止電流図 2-14: 入力電圧に対する入力静止電流図 2-15: 入力電圧に対するPFM無負荷時入力電流(MCP16311)図 2-16: VINに対するPWM無負荷時入力電流(MCP16312)図 2-17: VINに対するPFM/PWM IOUT しきい値図 2-18: 入力電圧に対するスキッピング/PWM IOUTしきい値図 2-19: 出力電流に対する最小入力電圧(typ.)図 2-20: 温度に対するスイッチング周波数図 2-21: イネーブルから起動までの波形図 2-22: VIN立ち上がりから起動までの波形図 2-23: 短絡時の応答図 2-24: 負荷過渡応答図 2-25: ライン過渡応答図 2-26: PFM軽負荷時のスイッチング波形図 2-27: PWM軽負荷時のスイッチング波形図 2-28: 高負荷時のスイッチング波形図 2-29: 5 mAから100 mAへの負荷ステップ時のPFMからPWMへの遷移

3.0 ピンの説明表 3-1: ピン割り当て表3.1 帰還電圧ピン(VFB)3.2 内部バイアスピン(VCC)3.3 イネーブルピン(EN)3.4 電源入力電圧ピン(VIN)3.5 アナロググランドピン(AGND)3.6 電源グランドピン(PGND)3.7 スイッチノードピン(SW)3.8 ブーストピン(BOOST)3.9 露出サーマルパッドピン(EP)

4.0 詳細な説明4.1 デバイス概要表 4-1: 製品番号の選択図 4-1: MCP16311/2のブロック図

4.2 機能ブロックの詳細図 4-2: 同期降圧型コンバータ

5.0 アプリケーション情報5.1 代表的なアプリケーション5.2 可変出力電圧の計算式 5-1: 抵抗分圧器の計算例 5-1: 3.3 V抵抗分圧器例 5-2: 5.0 V抵抗分圧器例 5-3: 12.0 V抵抗分圧器

5.3 一般的な設計式式 5-2: 連続インダクタ電流のデューティサイクル式 5-3:表 5-1: インダクタの推奨値

5.4 入力コンデンサの選択5.5 出力コンデンサの選択表 5-2: コンデンサ静電容量レンジ

5.6 インダクタの選択式 5-4: インダクタのリップル電流例 5-4:式 5-5: インダクタのピーク電流表 5-3: MCP16311/2 (VOUT = 3.3 V)の推奨インダクタ

5.7 ブーストコンデンサ5.8 Vccコンデンサ5.9 MCP16312 - LED低電流ドライバ式 5-6:例 5-5:

5.10 温度の計算式 5-7: 総消費電力の推定例 5-6: 消費電力 - MCP16311/2 MSOP パッケージ例 5-7: 消費電力 - MCP16311/2 DFN パッケージ

5.11 プリント基板(PCB)のレイアウト情報図 5-1: MSOP-8の推奨レイアウト(5 V出力設計)図 5-2: DFNの推奨レイアウト(3.3 V出力のデザイン)図 5-3: MCP16312 - 代表的なLEDドライバ回路: 400 mA出力

6.0 パッケージ情報6.1 パッケージのマーキング情報8ピンプラスチックマイクロスモールアウトラインパッケージ(MS) [MSOP]8ピンプラスチックマイクロスモールアウトラインパッケージ(MS) [MSOP]8ピンプラスチックマイクロスモールアウトラインパッケージ(MS) [MSOP]8ピンプラスチックデュアルフラット、リードレスパッケージ(MN) - 2x3x0.75 mmボディ[TDFN]8ピンプラスチックデュアルフラット、リードレスパッケージ(MN) - 2x3x0.75 mmボディ[TDFN]8ピンプラスチックデュアルフラット、リードレスパッケージ(MN) - 2x3x0.75 mmボディ[TDFN]

補遺 A: 改訂履歴リビジョンA (2013年12月)製品識別システム

商標各国の営業所とサービス

mcp16311/mcp16312 data sheetww1.microchip.com/downloads/jp/devicedoc/20005255a_jp.pdf ·...

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