njw4140-z2t y (%) oscillation frequency vs. supply voltage (ct=470pf, ta=25 c) 280 285 290 295 300...

NJW4140-Z2

- 1 - Ver.1.0 www.njr.co.jp

MOSFET ドライブ昇圧/フライバック用スイッチングレギュレータ IC 特長 Nch MOSFET ドライブ駆動電圧 5.3V (typ.) 広範囲動作電圧 3V to 40V 動作温度 −40°C to 125°C PWM 制御方式広発振周波数 40kHz to 1MHz 過電流保護機能低電圧誤動作防止回路 (UVLO) スタンバイ機能パッケージ VSP8

アプリケーション車載用 ECU 産業用制御機器

概要 NJW4140 は、3V から 40V の広動作電圧範囲に対応した

昇圧/フライバック用スイッチングレギュレータ IC です。Nch MOSFET を効率よく駆動するためのドライバを内蔵し、大電

流出力のアプリケーションを実現します。保護機能にパルス･バイ･パルスの過電流検出を搭載し、

過負荷時の出力電流を制限します。負荷の異常回復にともな

い、スイッチングの自動復帰が可能です。

ブロック図

0.8V

IN-

V+

PWM Comparator

Error AMP

GND

Enable Control

OUT

Vref

FB CT

VIPK

ON/OFF

SI

5V Reg.

Driver OSC

Pulse by Pulse

Low Frequency Control

EN High: ON Low : OFF

(Standby) 500k

Soft Start

NJW4140-Z2


端子配置図

端子番号端子名機能

1 V+ 電源端子 2 EN イネーブル端子 3 IN− 出力電圧検出端子 4 FB フィードバック設定端子 5 CT 発振周波数設定端子 6 GND グラウンド端子 7 SI 電流検出端子 8 OUT 出力端子

製品名構成オーダーインフォメーション

製品名パッケージ RoHS Halogen- Free

めっき組成マーキング製品重量

(mg) 最低発注数量

(pcs) NJW4140R-Z2 (TE1) VSP8 Sn-2Bi 4140Z2 21 2000

NJW4140 R - Z2 (TE1)

品番パッケージ仕様 Z2: 車載仕様

テーピング仕様

1

2

3

4

8

7

6

5

EN

IN−

FB

OUT

SI

GND

CT

V+

VSP8 Top View

NJW4140-Z2


絶対最大定格項目記号定格単位

入力電圧 V+ 45 V OUT 端子電圧 VOUT −0.3 to 6 (1) V SI 端子電圧 VSI −0.3 to 6 V EN 端子電圧 VEN 45 V IN−端子電圧 VIN− 6 V CT 端子電圧 VCT 6 (1) V

OUT 端子ピーク電流 IO_PEAK+ IO_PEAK−

200 (Source) 700 (Sink) mA

消費電力 (Ta = 25°C) VSP8 PD 2-Layer

595 (2) mW

ジャンクション温度 Tj −40 to 150 °C 保存温度 Tstg −40 to 150 °C

(1) 入力電圧が 6V 以下の時は入力電圧と等しくなります。 (2) 2-Layer: 基板実装時 76.2 mm × 114.3 mm × 1.6 mm (2 層 FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による。推奨動作条件

項目記号値単位

電源電圧 V+ 3 to 40 V タイミングキャパシタ CT 120 to 3900 pF 発振周波数 fOSC 40 to 1000 kHz 動作温度 Topr −40 to 125 °C

NJW4140-Z2


電気的特性指定無き場合は、V+ = VEN = 12V, CT = 470pF, Ta = 25°C 項目記号条件最小標準最大単位

発振器部

発振周波数 1 fOSC1 CT = 470pF 270 300 330

kHz CT = 470pF, Ta = −40°C to 125°C 260 - 330

発振周波数 2 fOSC2 CT = 680pF 180 210 240

kHz CT = 680pF, Ta = −40°C to 125°C 170 - 240

発振周波数 3 fOSC3 CT = 1500pF 92 100 110

kHz CT = 1500pF, Ta = −40°C to 125°C 85 - 110

充電電流 Ichg 150 200 250 μA

Ta = −40°C to 125°C 140 - 260

放電電流 Idis 150 200 250 μA

Ta = −40°C to 125°C 140 - 260 電圧振幅 VOSC - 0.7 - V 周波数電源電圧変動 fDV V+ = 3V to 40V - 1 - %

発振周波数 (低発振周波数コントロール時) fOSC_LOW

VIN− = 0.3V, VFB = 0.7V, CT = 470pF 90 105 120 kHz VIN− = 0.3V, VFB = 0.7V, CT = 470pF

Ta = −40°C to 125°C 70 - 130

ソフトスタート部

ソフトスタート時間 TSS VB = 0.75V 2 4 8

ms VB = 0.75V, Ta = −40°C to 125°C 2 - 8

誤差増幅器部

基準電圧 VB −1.0% 0.8 +1.0% V

Ta = −40°C to 125°C −2.0% - +2.0%

入力バイアス電流 IB −0.1 - 0.1 μA

Ta = −40°C to 125°C −0.1 - 0.1 開ループ利得 AV - 80 - dB 利得帯域幅積 GB - 3 - MHz

出力ソース電流 IOM+ VFB = 1V, VIN− = 0.7V 50 100 150

μA VFB = 1V, VIN− = 0.7V, Ta = −40°C to 125°C 50 - 150

出力シンク電流 IOM− VFB = 1V, VIN− = 0.9V 2 4 6

mA VFB = 1V, VIN− = 0.9V, Ta = −40°C to 125°C 2 - 8

PWM 比較器部

入力スレッシホールド電圧 (F.B 端子)

VT_0 Duty = 0%, VIN− = 0.6V 0.32 0.40 0.54

V Duty = 0%, VIN− = 0.6V, Ta = −40°C to 125°C 0.32 - 0.54

VT_50 Duty = 50%, VIN− = 0.6V 0.63 0.70 0.77

V Duty = 50%, VIN− = 0.6V, Ta = −40°C to 125°C 0.63 - 0.77

最大デューティサイクル MAXDUTY VFB = 1.2V 85 90 95

% VFB = 1.2V, Ta = −40°C to 125°C 85 - 95

NJW4140-Z2


電気的特性指定無き場合は、V+ = VEN = 12V, CT = 470pF, Ta = 25°C 項目記号条件最小標準最大単位

電流検出部

電流制限検出電圧 VIPK 120 140 160

mV Ta = −40°C to 125°C 120 - 160

遅延時間 TDELAY ΔVSI = 300mV - 90 - ns

出力部

出力 H 側 ON 抵抗 ROH IO = −50mA - 3.0 4.5 Ω

出力 L 側 ON 抵抗 ROL IO = 50mA - 2.5 3.5

Ω IO = 50mA, Ta = −40°C to 125°C - - 4.5

出力ソース電流 IOH OUT 端子 = 4.5V 45 65 85

mA OUT 端子 = 4.5V, Ta = −40°C to 125°C 40 - 90

OUT 端子制限電圧 VOLIM 5.00 5.30 5.55

V Ta = −40°C to 125°C 5.00 - 5.65

低電圧誤作動防止回路部

ON スレッシホールド電圧 VT_ON V+ = L → H 2.65 2.80 2.95

V V+ = L → H, Ta = −40°C to 125°C 2.65 - 2.95

OFF スレッシホールド電圧 VT_OFF V+ = H → L 2.40 2.55 2.70

V V+ = H → L, Ta = −40°C to 125°C 2.35 - 2.80

イネーブル制御部

ON 制御電圧 VON VEN = L → H 1.7 - V+

V VEN = L → H, Ta = −40°C to 125°C 1.7 - V+

OFF 制御電圧 VOFF VEN = H → L 0 - 0.9

V VEN = H → L, Ta = −40°C to 125°C 0 - 0.9

プルダウン抵抗 RPD 350 500 650

kΩ Ta = −40°C to 125°C 350 - 650

総合特性

消費電流 IDD RL = 無負荷, VIN− = VFB = 0.7V - 1.4 1.7

mA RL = 無負荷, VIN− = VFB = 0.7V, Ta = −40°C to 125°C - - 2.0

スタンバイ時消費電流 IDD_STB VEN = 0V - 2.5 6.0

μA VEN = 0V, Ta = −40°C to 125°C - - 12.0

NJW4140-Z2


消費電力－周囲温度特性例 2-Layer: 基板実装時 76.2 mm × 114.3 mm × 1.6 mm (2 層 FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による。

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-50 -25 0 25 50 75 100 125 150

Pow

er D

issi

patio

nP D

(mW

)

Temperature (°C)

VSP8 Power DissipationTopr = −40°C to 125°C, Tj = 150°C

On 2-layer board

NJW4140-Z2


アプリケーション回路例

非絶縁昇圧形

非絶縁フライバック形

CT

CNF RNF

OUTGND

8765

1234FB

CT

IN- EN V+CFB

RFB

R2

VOUT

R1

COUT

L

Pow erMOSFET

SBD

NJW4140

V IN

CIN1

RSENSE

ENHigh: ONLow: OFF(Standby)

SI

CIN2

Filter

CT

CNF RNF

OUTGND

8765

1234FB

CT

IN- EN V+

CFB

RFB

R2

VOUT

R1

COUT

Pow erMOSFET

SBD

NJW4140

V IN

RSENSE


SI

T

Filter

CIN1 CIN2

NJW4140-Z2


Oscillation frequency vs. Timing Capacitor(V+=12V, Ta=25°C)

10

100

1000

100 1000 10000Timing Capacitor CT (pF)

Osc

illat

ion

freq

uenc

y f O

SC (

kHz)

特性例

Maximum Duty Cycle vs. Oscillator Frequency(V+=12V, VFB=1.2V, Ta=25°C)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000Oscillator Frequency fOSC (kHz)

Max

imum

Dut

y C

ycle

MA

XDU

TY (

%)

Oscillation Frequency vs. Supply Voltage(CT=470pF, Ta=25°C)

280

285

290

295

300

305

310

315

320

0 10 20 30 40Supply Voltage V+ (V)

Osc

illat

ion

Freq

unec

ny f

OSC

(kH

z)

Reference Voltage vs. Supply Voltage(Ta=25°C)

0.790

0.795

0.800

0.805

0.810


Ref

eren

ce V

olta

ge V

B (

V)

Quiescent Current vs. Supply Voltage(RL=no load, VIN-=VFB=0.7V, Ta=25°C)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


Qui

esce

nt C

urre

nt I

DD (

mA

)

Error Amplifier BlockVoltage Gain, Phase vs. Frequency

(V+=12V, Gain=40dB, Ta=25°C)

0

15

30

45

60

100 1k 10k 100k 1M 10MFrequency f (kHz)

Volta

ge G

ain

Av

(dB

)

0

45

90

135

180

Phas

e Φ

(deg

)

Gain

Phase

NJW4140-Z2


特性例

Oscillation Frequency vs Temperature(V+=12V, CT=470pF)

270

280

290

300

310

320

330

-50 -25 0 25 50 75 100 125 150Ambient Temperature Ta (°C)

Osc

illat

or F

requ

ency

fO

SC (

kHz)

Reference Voltage vs. Temperature(V+=12V)

0.790

0.795

0.800

0.805

0.810


Ref

eren

ce V

olta

ge V

B (

V)

Current Limit Detection Votage vs.Temperature(V+=12V)

110

120

130

140

150

160

170


Cur

rent

Lim

it D

etec

tion

Volta

geV I

PK (

mV)

OUT pin Limiting Voltage vs.Temperature(V+=12V)

0

2

4

6

8

10

12


OU

T pi

n Li

miti

ng V

olta

ge V

OLI

M (

V)

Output High Level ON Resistance vs.Temperature(IO=-50mA)

0

1

2

3

4

5

6

7


Out

put H

igh

Leve

l ON

Res

ista

nce

RO

H (

)

V+=3V

V+=12VV+=40V

Output Low Level ON Resistance vs.Temperature(IO=+50mA)

0

1

2

3

4

5


Out

put L

ow L

evel

ON

Res

ista

nce

RO

L (

) V+=3V

V+=12VV+=40V

NJW4140-Z2


特性例

Under Voltage Lockout Voltage vs. Temperature

2.40

2.50

2.60

2.70

2.80

2.90

3.00


Thre

shol

d Vo

ltage

(V) VT_ON

VT_OFF

Enable Control ON/OFF Voltage vs.Temperature(V+=12V)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


ON

/OFF

Vol

tage

VO

N/O

FF (

V) VON

VOFF

Quiescent Current vs. Temperature(RL=no load, VIN-=VFB=0.7V)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


Qui

esce

nt C

urre

nt

I DD (

mA)

V+=12V

V+=40V

V+=3V

Standby Current vs. Temperature(VEN=0V)

0

1

2

3

4

5

6


Stan

dby

Cur

rent

ID

D_S

TB (μA

)

V+=3V V+=12V

V+=40V

NJW4140-Z2


端子説明端子番号端子名機能

1 V+ 電源供給端子

2 EN NJW4140 の動作・停止を制御する端子です。内部は 500kΩでプルダウンされています。 High レベルで動作、Low レベルまたはオープンでスタンバイモードとなります。

3 IN− 出力電圧を検出する端子です。 IN−端子電圧が基準電圧 0.8V(typ.)となるように出力電圧を抵抗分割して入力します。

4 FB フィードバック設定端子です。 FB 端子－IN−端子間にフィードバック抵抗・コンデンサを接続します。

5 CT タイミングキャパシタを接続して、発振周波数を決める端子です。発振周波数は、40k から 1MHz の間で設定してください。

6 GND グラウンド端子

7 SI 電流検出を行う端子です。 SI 端子－GND 端子間の電位差が 140mV(typ.)を超えると、過電流検出機能により動作を制

限します。

8 OUT パワーMOSFET を駆動するための出力端子です。 OUT 端子の電圧は、Nch MOSFET のゲートを保護するため、High レベル時に 5.3V(typ.)でクランプされます。

技術資料

NJW4140-Z2


各ブロックの機能説明エラーアンプ部 (ERAMP)

エラーアンプ部の非反転入力は、0.8V±1%の高精度基準電圧が接続されています。アンプの反転入力 (IN−端子)にコンバータの出力を入力することで、出力電圧 0.8V からのアプリケーション設計を容易にでき

ます。出力電圧を 0.8V 以上にする場合は、出力電圧を抵抗分割することで設定します。アンプ部は高利得のゲインを持ち、フィードバック (FB 端子)が外部に出ております。FB 端子－IN−端子間にフィードバック抵

抗・コンデンサを設けることが容易なため、各種アプリケーションにおける最適なループ補償を設定できます。発振回路部 (OSC)

CT 端子－GND間にコンデンサを接続することで発振周波数を設定

します。「Oscillation frequency vs. Timing Capacitor」特性例を参考に

40kHz から 1MHz の間で設定してください。発振回路における三角波は、0.4V から 1.0V の振幅(@ CT = 470pF、

参考値)を生成します。また IN−端子電圧が 0.4V 以下では、低発振周波数にコントロールさ

れ、発振周波数を設定値の約 33%で動作します。これによって過電流

保護機能動作時のエネルギー消費を抑えます。

PWM 比較器部 (PWM)

エラーアンプと三角波の信号を受け、スイッチングのデューティー比をコントロールします。 PWM 比較器部でエラーアンプと三角波の信号を受け、スイッチングのデューティー比 0%から 90%までコントロールします。タイミングチャートを図 1 に示します。

図 1 PWM 比較器部と OUT 端子のタイミングチャート

FB pin Voltage

OSCWaveform(IC internal)

Maximum duty: 90%

Max Duty setting

OUT pin

V+

High

Low

Oscillation frequency vs. Timing Capacitor(V+=12V, Ta=25°C)

10

100

1000

100 1000 10000Timing Capacitor CT (pF)

Osc

illat

ion

freq

uenc

y f O

SC (

kHz)

技術資料

NJW4140-Z2


各ブロックの機能説明 (続き) ドライバ回路 (Driver)

ドライバ回路は、トーテムポール形式で構成され、OUT 端子に接続される Nch MOSFET を効率よく駆動します。OUT 端子の

電圧は、Nch MOSFET のゲートを保護するため、内部レギュレータによって High レベル時に 5.3V(typ.)でクランプされます。(図2 OUT pin 参照)

図 2 ドライバ回路と OUT 端子電圧 NJW4140 の電源電圧の低下によって、OUT 端子から出力されるゲート駆動電圧が低下しますが、電源電圧 5V 付近で内部レ

ギュレータをスルーし、ゲート駆動電圧を確保しています。図 3 に OUT 端子電圧対電源電圧特性例を示します。 MOSFET の最適な駆動能力は、発振周波数と MOSFET のゲート容量によって変化します。

図 3 OUT 端子電圧対電源電圧特性例

V+

5VRegulator

DriverOUT

V+

5.3V

GND

Nch MOSFETをONするための

Highレベル出力

PWMComparatorより

ON ONOFFNch MOSFETをOFFするための

Low レベル出力

VGS

OFF

OUT pin Voltage vs. Supply Voltage(IO_SINK=0mA, Ta=25°C)

0

1

2

3

4

5

6

3 4 5 6 7 8Supply Voltage V+ (V)

OU

T pi

n Vo

ltage

VO

UT

(V)

技術資料

NJW4140-Z2


各ブロックの機能説明 (続き) 電源、GND 端子 (V+, GND)

MOSFET の駆動に伴い、周波数に応じた電流が IC に流れます。電源ラインのインピーダンスが高いと電源供給が不安定にな

り、ICの性能を十分に引き出せません。V+端子－GND端子間の近傍にバイパスコンデンサを挿入し、高周波インピーダンスを下

げてください。低電圧誤動作防止回路 (UVLO)

電源電圧が低い場合、UVLO 回路によって動作を停止し、電源電圧 2.8V(typ.)以上で UVLO 回路が解除されて IC の動作が開

始します。電源電圧の立ち上がりと立ち下がりに 250mV(typ.)のヒステリシス電圧幅を設け、UVLO の解除と動作のばたつきを防

止します。イネーブル機能 (Enable Control)

EN 端子を 0.9V max. 以下にすることで NJW4140 の機能を停止させスタンバイ状態にします。内部は 500kΩでプルダウンさ

れており、端子オープン時はスタンバイモードに移行します。スタンバイ機能を使用しない場合は、ON/OFF 端子を V+に接続して

ください。ソフトスタート機能

ソフトスタート機能によって、コンバータの出力電圧は設定値まで緩やかに電圧を上昇します。ソフトスタート時間は4ms(typ.)であり、エラーアンプの基準電圧が 0V から 0.75V になるまでの時間で定義されます。(図 4)ソフトスタート回路は、UVLO 解除から

の復帰後に動作します。IN−端子が約 0.4V になるまで、低発振周波数にコントロールされ、タイミング抵抗によって設定された発

振周波数の約 33%で動作します。

図 4 ソフトスタートのタイミングチャート

0.8V

FB pin Voltage

Vref,IN- pin Voltage

Soft Start時間 Tss=4ms typ. VB=0.75Vまで通常動作

Soft Start効果時間 VB=0.8Vまで

UVLO(2.8V typ.)の解除、スタンバイからの復帰

低発振周波数動作VIN-=約0.4V

Max Duty setting

OUT pin

V+

High

Low

OSC Waveform

技術資料

NJW4140-Z2


各ブロックの機能説明 (続き) 過電流検出回路

過電流検出回路は、SI 端子－GND 端子間の電位差が 140mV(typ.)以上になると、スイッチングの出力を停止します。SI 端子

－GND 端子間に電流検出抵抗 RSENSEを挿入し、スイッチング電流を検出してください。過電流検出動作時のタイミングチャートを

図 5 に示します。過電流検出が行われると、次のパルスまでスイッチング出力は Low レベルを維持します。パルス毎に過電流保護を行うため、

過電流の異常状態から回復にともない、スイッチングレギュレータの出力電圧を自動的に復帰させることができます。また IN−端子電圧が 0.4V 以下になると、低発振周波数にコントロールされ、発振周波数を設定値の約33%で動作し、エネルギ

ーの消費を抑えます。

図 5 過電流検出動作時のタイミングチャート

電流波形には、MOSFET、インダクタなどの寄生成分の影響による高周波ノイズが重畳しており、過電流検出機能の誤動作の

原因となります。そのためアプリケーションによっては、電流検出抵抗RSENSEと SI 端子の間に RC のローパスフィルタを必要とす

る場合があります。フィルタは、スパイク幅 T と同等の時定数 (T ≤ R × C)を目安に調整してください。

図 6 電流波形とフィルタ回路

OSCWaveform

Sw itchingCurrent

ILIM

0

定常状態過電流保護

動作状態定常状態

FB pin VoltageMax Duty setting

OUT pin

V+

High

Low

T

スパイクノイズ OUT

Pulse byPulseへ

V IPK

SI

RSENSE

R

C

フィルタ回路

電流検出回路

電流波形例

技術資料

NJW4140-Z2


アプリケーション情報インダクタ

インダクタには大電流が流れるため、飽和しない電流能

力を持たせる必要があります。 L 値を小さくするとインダクタのサイズも小さくなります。

しかし、ピーク電流が大きくなり効率が悪化します。反面、L 値が大きくなると、スイッチング時のピーク電流

は低下します。よって変換効率の改善、出力リップル電圧

の低下につながります。あるレベル以上では、インダクタ

ンスの巻数増加により、抵抗成分による損失 (銅損)が大

きくなります。理想的には、インダクタンス電流が連続モードになる様

にＬ値を設定します。しかし負荷電流が小さくなる程、 ①連続モード →②臨界モード→③断続モードと電流波

形が変化 (図 7)していきます。断続モードにおいては、出力電流に対するピーク電流が大きくなり、変換効率が低下しやすくなります。場合によっては L 値を

大きくし、連続モードの維持できる負荷電流領域を広げます。キャッチ・ダイオード

パワーMOSFET が OFF サイクルの時は、インダクタに蓄えられた電力がキャッチ・ダイオードを経由して出力コンデンサに流

れます。そのためダイオードにはサイクル毎に、負荷電流に応じた電流が流れます。ダイオードの順方向飽和電圧と電流の積が

電力損失となるため、順方向飽和電圧の低い SBD (Schottky Barrier Diode )が最適です。また SBDは、逆回復時間が短い特徴を併せて持っています。逆回復時間が長くなると、パワーMOSFETがOFFからONサイ

クルに移行した時、貫通電流が流れてしまいます。この電流によって効率の低下、ノイズの発生等に影響を及ぼす可能性が有り

ます。スイッチング素子が ON サイクルの時は、ダイオードに逆電圧が印可された状態になります。ダイオードの耐圧には、最大出力

電圧以上の余裕を持たせてください。また高温時は SBD の逆電流が増加する特徴があり、出力コンデンサに蓄えたエネルギー

を損失しやすくなります。アプリケーションの動作条件によっては順方向飽和電圧よりも逆電流特性を重視したほうが、効率向上

につながる場合があります。スイッチング素子

スイッチング素子には、スイッチング用途に指定された Nch MOSFET を使用します。 NJW4140 の OUT 端子電圧は 5.3V(typ.)で制限されるため、MOSFET のゲート・ソース間電圧は 5V 以下で十分にドレイン・

ソース間 ON 抵抗が小さくなるものを選びます。 NJW4140 の電源電圧が低くなると、OUT 端子から出力されるゲート駆動電圧も低下するため、入力電圧範囲に応じて

MOSFET の仕様を決定してください。(ドライバ回路参照) ゲート容量が大きいのは効率を低下させる要因につながります。ゲート容量への充放電により、スイッチングの立ち上がり/立

ち下がり時間が遅れ、スイッチング損失が発生します。また、ゲート容量のチャージ/ディスチャージには急激な電流変化を伴うため、寄生インダクタンス成分等によりスパイクノイズ

が出ることがあります。ゲート容量が小さい場合は、OUT 端子－ゲート間に抵抗を挿入し適度に電流を制限してください。抵抗が

大きすぎると波形がなまってしまい効率が低下するため、実機評価のうえ最適値を決定してください。

0

インダクタ電流 ΔIL

tOFF tON

ピーク電流 Ipk

周波数 fOSC

電流値

①連続モード

②臨界モード ③断続モード

図 7 インダクタ電流の状態偏移

技術資料

NJW4140-Z2


アプリケーション情報 (続き) 入力コンデンサ

スイッチングレギュレータの入力部には、周波数に応じた過渡的な電流が流れます。電源回路に供給される電源インピーダン

スが大きいと入力電圧の変動につながり、NJW4140 の性能を十分に引き出せません。よって入力コンデンサは、できる限り

MOSFET の近くに挿入してください。出力コンデンサ

出力コンデンサは、インダクタンスからの電力を蓄え、出力への供給電圧を安定させる役割をします。出力コンデンサの選定には、ESR (等価直列抵抗： Equivalent Series Resistance)の特性、リップル電流、耐圧を考慮に入れ

る必要がります。また周囲温度によっては、コンデンサの容量低下、ESR の増加 (低温時)、寿命 (高温時)へ影響を与えます。出力コンデンサ

の定格には、十分なディレーティングを持たせるのが望ましい使い方です。出力コンデンサの ESR 特性は、出力リップルノイズへ大きな影響を与えます。低 ESR タイプのコンデンサであれば、更にリッ

プル電圧を下げることが出来ます。セラミックコンデンサを使用する場合は、コンデンサへの直流電圧印加によって容量が低下す

るため注意が必要です。

技術資料

NJW4140-Z2


アプリケーション情報 (続き) 基板レイアウト

スイッチングレギュレータは、インダクタの充放電によって出力へ電力供給を行います。発振周波数に応じて電流が流れるため、

基板のレイアウトは重要な項目です。大電流の流れるラインは太く、短くし、ループ面積を最小限にしてください。図 8 に昇圧回路

における電流ループを示します。

(a) 昇圧回路 SW ON 状態 (b) 昇圧回路 SW OFF 状態

図 8 昇圧回路における電流ループ

GND ラインは、パワー系と信号系を分離した上で 1 点アースをとるのが望ましい接続です。また電圧検出のフィードバックラインは、できるだけインダクタンスから離します。本ラインはインピーダンスが高いため、インダ

クタンスからの漏れ磁束でノイズの影響を避けるように配線します。図 9 に昇圧回路での配線例、図 10 にレイアウト例を示します。

図 9 昇圧回路での配線例

COUT

L SBD

CINV INCOUT

L SBD

CINV INSW SW

NJW4140 NJW4140

負荷近傍で電圧を検出し、

電圧降下が負荷へ影響を与え

ないように配慮する。

SW

GND

IN-

CT

CFB

R2

COUT

NJW4140

CIN

R1

VOUT

RFB

CT

V INRL（負荷）

ICのインピーダンスが高いため、

電圧検出抵抗 R1,R2はできるだけICの近くに配置する。

信号系のGNDをパワー系と分離する。

OUT

L SBD

（バイパス用） V+

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NJW4140-Z2


アプリケーション情報 (続き)

図 10 レイアウト例 (上面パターン)

技術資料

NJW4140-Z2


パッケージパワーの計算周囲温度が高い条件下で使用する場合は、IC の消費電力に対してディレーティングを持たせる必要があります。自己消費電力の他に、スイッチング素子を駆動するために発生する電力量も考慮しなければいけません。

IC の電源電圧： V+ IC の自己消費電流： IDD

発振周波数： fOSC

ON 時間： ton ゲート電荷量： Qg とします。

MOS FET はゲートがハイインピーダンスの特徴を持ちますが、ゲートの容量成分を充放電する必要があり、スイッチング周波

数が速くなるほど消費電力が大きくなります。IC の消費電力 PDは、次のように求められます。

PD = (V+ × IDD) + (V+ × Qg × fOSC) [W]

求めた消費電力 PDに対して温度ディレーティングを考慮します。消費電力対周囲温度特性例 (図 11)を参考に、定格内に収まるか確認してください。

2-Layer: 基板実装時 76.2 mm × 114.3 mm × 1.6 mm (2 層 FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による。 4-Layer: 基板実装時 76.2 mm × 114.3 mm × 1.6 mm (4 層 FR-4)で EIA/JEDEC 準拠による

(4 層基板内箔： 74.2 mm × 74.2 mm)。

図 11 消費電力対周囲温度特性例

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

-50 -25 0 25 50 75 100 125 150

Pow

erD

issi

patio

nP D

(mW

)

Temperature (°C)

VSP8 Power DissipationTopr = −40°C to 125°C, Tj= 150°C

On 4-layer board

On 2-layer board

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アプリケーション設計例昇圧アプリケーション仕様

IC ： NJW4140R 入力電圧： VIN = 9V to 15V 出力電圧： VOUT = 20V 出力電流： IOUT = 1.5A (@VIN = 12V) 発振周波数： fOSC = 300kHz

記号数量部品番号概要メーカー

IC 1 NJW4140R MOSFET ドライブ昇圧/フライバック用 SW.REG. IC NJR

Q1 1 TPCA8052-H Nch MOSFET 40V, 20A Toshiba L1 1 CDRH127LDNP-220 Inductor 22μH, 4.7A Sumida SBD 1 DE5SC4M Schottky Diode 40V, 5A Shindengen CIN1 1 EEEFP1V221AP Aluminum Electrolytic Capacitor 220μF, 35V Panasonic CIN2 1 0.1μF Ceramic Capacitor 1608 0.1μF, 50V, B Std. COUT1 2 EEEFP1V101AP Aluminum Electrolytic Capacitor 100μF, 35V Panasonic COUT2 1 0.1μF Ceramic Capacitor 1608 0.1μF, 50V, B Std. CT 1 470pF Ceramic Capacitor 1608 470pF, 50V, CH Std. CNF 1 10,000pF Ceramic Capacitor 1608 10,000pF, 50V, B Std. CFB 1 820pF Ceramic Capacitor 1608 820pF, 50V, B Std. CS1 1 390pF Ceramic Capacitor 1608 390pF, 50V, CH Std. R1 1 3.3kΩ Resistor 1608 3.3kΩ, ±1%, 0.1W Std. R2 1 82kΩ Resistor 1608 82kΩ, ±1%, 0.1W Std. RNF 1 13kΩ Resistor 1608 13kΩ, ±1%, 0.1W Std. RFB 1 20kΩ Resistor 1608 20kΩ, ±1%, 0.1W Std. RSENSE 1 UR73D3ATTE39L0F Resistor 2512 39mΩ, ±1%, 1W KOA RG 1 0Ω (Short) Resistor 1608 0Ω, 0.1W Std. RS1 1 330Ω Resistor 1608 330Ω, ±1%, 0.1W Std.

VOUT=20V

CT470pF

RSENSE39m

OUTGND

8765

1234FB

CT

IN- EN V+

Q1

SBD

NJW4140


SI

CFB820pF R2

82k

COUT1100mF/35V,x2pcs.

L122mH/4.7A

R13.3k

RFB20k

CS1390pF

RS1330

CIN20.1mF/50V

CIN1220mF/35V

RG0

CNF10,000pF

RNF13k

VIN=12V

COUT20.1mF/50V

技術資料

NJW4140-Z2


アプリケーション設計例 (続き) 発振周波数の設定

「Oscillation frequency vs. Timing Capacitor」特性例より、fOSC = 300kHz のとき、CT = 470 [pF], t = 3.33 [μs]となります。昇圧回路のデューティー比は、 Duty = ൬1 - VIN

VOUT൰ × 100 = ൬1 - 12

20൰ × 100 = 40 [%] より、tON = 1.33 [μs]、 tOFF = 2.0 [μs]で動作します。

インダクタの決定

インダクタに流れる平均電流は入力電流 IINとなるため、変換効率を = 93%と想定して入力電流を決定します。 IIN =

VOUT × IOUT

× VIN =

20 × 1.50.93 × 12 = 2.69 [A]

インダクタ・リップル電流を、入力電流の 27%として設計します。リップル電流をΔILとすると、

ΔIL = 0.27 × IIN = 0.27 × 2.69 = 0.73 [A] インダクタンス L を求めます。 L =

VIN

∆IL × tON =

120.73 × 1.33μ = 22 [μH]

インダクタンスLは、理論上の値であり、アプリケーションの仕様、部

品等によって最適な値は異なりますので、最終的には実機で微調整

を行います。定常動作時のピーク電流 Ipk を求めます。 Ipk = IIN +

∆IL2 = 2.69 +

0.732 = 3.06 [A]

インダクタンスに流せる電流は、スイッチング時のピーク電流に対し

て十分な余裕を持たせます。アプリケーション回路では、22μH / 4.5A を使用します。

過電流検出の設定

スイッチング時のピーク電流Ipkに対して過電流設定を行います。本アプリケーション例では、Ipk = 3.5A付近に制限電流値

ILIMITを設定します。

ILIMIT = VIPK / RSC = 140mV / 39mΩ = 3.59 [A]

SI 端子での過電流検出から OUT 端子が停止するまでの応答時間により、リミット値は若干増加します。 ILIMIT_DELAY = ILIMIT + VIN

L × TDELAY = 3.59 + 1222μ × 90n = 3.64 [A]

0

tOFF tON 周期t 周波数 fOSC=1/t

インダクタ電流 ΔIL

入力電流IIN

ピーク電流Ipk

技術資料

図 12 インダクタ電流波形

NJW4140-Z2


アプリケーション設計例 (続き) 入力コンデンサの決定

入力コンデンサは、電源の入力に当たる部分であり、電源のインピーダンスを十分に下げる必要があります。コンデンサの選

定には、容量よりも入力リップル電流とコンデンサ耐圧に重点をおいて決定します。コンデンサに流れるリップル電流の実効値 (IRMS_CIN)は、 IRMS_CIN = ∆IL

2√3 = 0.73

2√3 = 0.21 [Arms]

となります。入力コンデンサの選定は、アプリケーションで評価の上、十分なマージンを持った物をご使用ください。

出力コンデンサの決定

出力コンデンサは、出力のリップルノイズを決める重要な部品です。出力コンデンサは、ESR、リップル電流、コンデンサ耐圧に重点をおいて決定します。出力リップル電圧 Vrippleは、下記計算式で表せます。

Vripple = ESR × ൬IL + ∆IL2 ൰ = 40m × ൬2.69 + 0.73

2 ൰ = 122 [mV] だだし、IL = IIN、ESR = 40mΩとします。また出力容量の選定には、十分なリップル電流を許容できる物を選びます。コンデンサに流れるリップル電流の実効値 (IRMS_COUT)は、

IRMS_COUT = IOUT × ඨVOUT - VIN

VIN = 1.5 × ඨ20 - 12

12 = 1.22 [Arms] となります。ここでは十分なマージンをふまえて、上記スペックを満たせるコンデンサを使用します。アプリケーション回路では、電解コンデ

ンサ COUT = 100μF / 35V を 2 並列で使用します。電圧検出回路部の決定

出力電圧 VOUTは、R1, R2 の抵抗比で決まります。R1,R2 に流れる電流は、Error AMP に流れるバイアス電流を無視できるよ

うな値とします。 VOUT = ൬R2R1 + 1൰ × VB = ൬82k

3.3k + 1൰ × 0.8 = 20.7 [V]

NJW4140 のエラーアンプ出力は、FB 端子に接続されているため、フィードバックを容易にかけることが出来ます。エラーアン

プにおける圧検出は、DC ゲインを重視します。AC ゲインは、スイッチングノイズ等の成分が多いため、ゲインを大きくするとスイ

ッチングレギュレータの安定性に影響を与えます。エラーアンプの帰還方法は、DC ゲインを十分に上げ、AC ゲインを下げる接続方法をとります。本アプリケーションでは、帰還抵抗 RNF = 13kΩとコンデンサ CNF = 10,000pF を直列接続します。ただし AC ゲインを下げ過ぎますと、急激な負荷変動に追従できなくなる可能性があります。アプリケーションの部品、レイアウ

ト、環境などによって異なる為、カットアンドトライで最適化することをお奨めします。

技術資料

NJW4140-Z2


アプリケーション特性例

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Effic

ienc

yη

(%)

Output Current IOUT (mA)

Efficiency vs. Output Current(VOUT=20V, Ta=25ºC)

V+=9V, 12V, 15V

f=300kHzL=22mH

20.4

20.5

20.6

20.7

20.8

20.9

21.0

1 10 100 1000 10000

Out

putV

olta

geV O

UT

(V)

Output Current IOUT (mA)

Output Voltage vs Output Current(Ta=25ºC)

V+=9V, 12V, 15V

f=300kHzL=22mH

技術資料

NJW4140-Z2


外形寸法図

41

0～10ﾟ

58

2.9+0.3

-0.1

2.8±

0.2

4.0±

0.3

+0.1

-0.05

+0.1

-0.05

0.2±0.10.1

0.1

M

0.1

1.1±

0.1

0.6max 0.65 0.127

0.55±

0.2

フットパターン

VSP8 Unit: mm

1.95

1.0

0.23 0.65

3.5

NJW4140-Z2


包装仕様テーピング寸法

Feed direction

B

A

W1

P2 P0

P1

φD0

EF

W

T

T2φD1

SYMBOL

A

B

D0

D1

E

F

P0

P1

P2

T

T2

W

W1

DIMENSION

4.4

3.2

1.5

1.5

1.75±0.1

5.5±0.05

4.0±0.1

8.0±0.1

2.0±0.05

0.30±0.05

2.0 (MAX.)

12.0±0.3

9.5

REMARKS

BOTTOM DIMENSION

BOTTOM DIMENSION

THICKNESS 0.1max

+0.10

+0.10

リール寸法

A

W1

E

C D

W

B

SYMBOL

A

B

C

D

E

W

W1

DIMENSION

φ254±2

φ100±1

φ 13±0.2

φ 21±0.8

2±0.5

13.5±0.5

2.0±0.2

テーピング状態

Feed direction

Sealing with covering tape

Empty tape Devices Empty tape Covering tape

more than 20pitch 2000pcs/reel more than 20pitch reel more than 1round

梱包状態

Label

Put a reel into a box

Label

VSP8 Unit: mm

Insert direction

(TE1)

NJW4140-Z2


推奨実装方法リフロー温度プロファイル改訂履歴

日付版数変更内容

2020/06/24 Ver.1.0 新規リリース

a 温度上昇勾配 1 to 4°C/s

b 予備加熱温度 150 to 180°C 予備加熱時間 60 to 120s

c 温度上昇勾配 1 to 4°C/s

d 実装領域 A 温度時間

220°C 60s 以内

e 実装領域 B 温度時間

230°C 40s 以内

f ピーク温度 260°C 以下 g 冷却温度勾配 1 to 6°C/s 温度測定点: パッケージ表面

180°C

230°C

a b c

e

g

150°C

260°C

Room Temp.

f

220°C d

NJW4140-Z2


【注意事項】

１．当社は、製品の品質、信頼性の向上に努めておりますが、半導体製品はある確率で故障が発生することがあります。当社半

導体製品の故障により結果として、人身事故、火災事故、社会的な損害等を生じさせることのないように、お客様の責任にお

いてフェールセーフ設計、冗長設計、延焼対策設計、誤動作防止設計等の安全設計を行い、機器の安全性の確保に十分留

意されますようお願いします。２．このデータシートの掲載内容の正確さには万全を期しておりますが、掲載内容について何らかの法的な保証を行うものでは

ありません。とくに応用回路については、製品の代表的な応用例を説明するためのものです。また、産業財産権その他の権

利の実施権の許諾を伴うものではなく、第三者の権利を侵害しないことを保証するものでもありません。このデータシートに記載されている商標は、各社に帰属します。

３．このデータシートに掲載されている製品を、特に高度の信頼性が要求される下記の機器にご使用になる場合は、必ず事前に

当社営業窓口までご相談願います。 (ア) 航空宇宙機器 (イ) 海底機器 (ウ) 発電制御機器 (原子力、火力、水力等) (エ) 生命維持に関する医療装置 (オ) 防災/防犯装置 (カ) 輸送機器 (飛行機、鉄道、船舶等) (キ) 各種安全装置

４．このデータシートに掲載されている製品の仕様を逸脱した条件でご使用になりますと、製品の劣化、破壊等を招くことがあり

ますので、なさらないように願います。仕様を逸脱した条件でご使用になられた結果、人身事故、火災事故、社会的な損害等

を生じた場合、当社は一切その責任を負いません。

５．ガリウムヒ素 (GaAs) 製品取り扱い上の注意事項 (対象製品: GaAs MMIC、フォトリフレクタ) 上記対象製品は、法令で指定された有害物のガリウムヒ素(GaAs)を使用しております。危険防止のため、製品を焼いたり、

砕いたり、化学処理を行い気体や粉末にしないでください。廃棄する場合は関連法規に従い、一般産業廃棄物や家庭ゴミと

は混ぜないでください。６．このデータシートに掲載されている製品の仕様等は、予告なく変更することがあります。ご使用にあたっては、納入仕様書の

取り交わしが必要です。

njw4140-z2t y (%) oscillation frequency vs. supply voltage (ct=470pf, ta=25 c) 280 285 290 295 300...

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