概要 ; Rev 1; 2/11 MAX16840 MR16およびその他 12V AC 入力ランプ用 MOSFET 内蔵 LEDドライバ MAX16840 は 照明アプリケーション用の LED ドライバ IC です このデバイスは 12V AC および 24V AC 入力 (MR16

Transcription

1 概要 ; Rev 1; 2/11 MR16およびその他 12V AC 入力ランプ用 MOSFET 内蔵 LEDドライバ は 照明アプリケーション用の LED ドライバ IC です このデバイスは 12V AC および 24V AC 入力 (MR16 など ) の電球用の低部品数の LED ドライバの設計に必要なすべての機能を備えています 独自の入力電流制御方式によって このデバイスを使用した LED ランプは電子トランスとの互換性があり ( 電子トランスが存在する ) 標準的なトレーリングエッジ調光器による調光が可能です この IC は バック ブースト およびバックブースト構成および機能で使用することができます 0.2Ω (max) 48V スイッチング MOSFET を内蔵しています このICは 定周波数平均電流モード制御を使用しています FB 端子の電圧を介して入力電流を検出して その平均値を安定化させます 入力端子 (REFI) によって 入力電流レベルを設定することができます この端子の電圧が一定のスレッショルドを下回っている場合 入力電流はこの電圧に比例しますが その電圧がスレッショルドを上回っている場合 入力電流は固定の あらかじめ定義されたレベルに設定されます REFIはこのような非直線的な挙動を示すため NTC 抵抗に接続することによって サーマルフォールドバックを実現するために使用することができます また この ICは 端子に過電圧保護を内蔵しており LED ストリングがオープンの場合 または LEDストリングの電圧が高すぎる場合に 内蔵のスイッチング MOSFETを損傷から保護します この IC は独立した EXT 端子を備えており 電子トランスで適切な動作をさせるために 低入力電圧での通電時に電流のキックスタートの存在を保証するために使用することができます EXT は 外付けの npn トランジスタを駆動します の電圧が 5.5V の UVLO スレッショルドを超えた時点で EXT がグランドにプルダウンされ 外付けの npn トランジスタがオフになります この IC は 3mm x 3mm 10 ピン TDFN パワーパッケージで提供され の温度範囲での動作が保証されています アプリケーション MR16 およびその他 12V AC または DC 入力 LED 照明アプリケーション 特長 S 平均入力電流の制御によって電子トランスを使用した動作および調光を実現 S バック ブースト SEPIC およびバックブースト構成 S 0.2Ω (max) 48V スイッチング MOSFET 内蔵 S アナログ調光およびサーマルフォールドバック S 出力過電圧保護 S 温度過昇保護内蔵 S 動作温度範囲 : S 10 ピン TDFN パッケージ (3mm x 3mm) 型番 PART TEMP RANGE P-PACKAGE ATB+ -40NC to +125NC 10 TDFN-EP* + は鉛 (Pb) フリー /RoHS 準拠パッケージを表します *EP = エクスポーズドパッド 標準動作回路 12V AC L1 BD1 C1 R3 C4 R2 L2 D1 C2 REFI EXT COMP DRA GND SOURCE FB R1 LED- LED+ 本データシートは日本語翻訳であり 相違及び誤りのある可能性があります 設計の際は英語版データシートを参照してください 価格 納期 発注情報については Maxim Direct ( ) にお問い合わせいただくか Maxim のウェブサイト (japan.maximintegrated.com) をご覧ください

2 ABSOLUTE MAXIMUM RATGS, DRA to GND V, +52V EXT, COMP, REFI to GND V, +6.0V FB, SOURCE to GND V, +1.5V Maximum RMS Current, FB, SOURCE to GND...0.8A Maximum RMS Current Through DRA and SOURCE... Q2A Continuous Power Dissipation (T A = +70NC) TDFN (derate 24.4mW/NC above +70NC) mW PACKAGE THERMAL CHARACTERISTICS (Note 1) TDFN Junction-to-Ambient Thermal Resistance (B JA )... 41NC/W Junction-to-Case Thermal Resistance (B JC )... 9NC/W Any Pin to Any Pin ESD Rating... ±2kV (HBM) Operating Temperature Range NC to +125NC Maximum Junction Temperature NC Storage Temperature Range NC to +150NC Lead Temperature (soldering, 10s) NC Soldering Temperature (reflow) nc Note 1: Package thermal resistances were obtained using the method described in JEDEC specification JESD51-7, using a fourlayer board. For detailed information on package thermal considerations, refer to japan.maxim-ic.com/thermal-tutorial. Stresses beyond those listed under Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. ELECTRICAL CHARACTERISTICS (V = 12V; V EXT = V SOURCE = V FB = V GND = 0V; COMP, REFI, and DRA = open; T A = T J = -40NC to +125NC, unless otherwise noted. Typical values are at T A = +25NC.) (Note 2) Supply Current I PARAMETER SYMBOL CONDITIONS M TYP MAX UNITS Operating Voltage Range V V When MOSFET switching, V COMP = 2V, ma drain to 5V through 50I When MOSFET fully on 1 2 Undervoltage Lockout UVLO rising V UVLO Hysteresis 200 mv Overvoltage Protection on V OVP rising V OVP Hysteresis 1.2 V Switching Frequency khz Ramp P-P Voltage 2 V FB Average Voltage T A = +25NC C P T A P +125NC mv Transconductance g m 550 FS No-Load Gain A 75 db COMP Sink Current I SK V COMP = 2V, V FB = 0.65V FA COMP Source Current I SOURCE V COMP = 2V, V FB = 0V FA Power Switch On-Resistance R DSON I DS = 1A I Switch Leakage Current I LEAK V DRA = 48V, V COMP = 0V 25 FA DRA Rise Time t RDRA I DS = 1A 10 ns DRA Fall Time t FDRA I DS = 1A 10 ns SOURCE Limit Threshold V SOURCETH SOURCE connected to FB V 2 Maxim Integrated

3 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) (V = 12V; V EXT = V SOURCE = V FB = V GND = 0V; COMP, REFI, and DRA = open; T A = T J = -40NC to +125NC, unless otherwise noted. Typical values are at T A = +25NC.) (Note 2) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS M TYP MAX UNITS SOURCE Current-Limit Comparator Propagation Delay 25 ns FB Input Bias Current I FB V FB = 0V and V FB = 0.3V FA FB Current-Limit Comparator Leading-Edge Blanking 50 ns REFI Source Current V REFI = 1.224V FA Foldback Kick in Threshold Falling on REFI V FB Average Voltage During Foldback V REFI = 1.15V V REFI = 1V V REFI = 0.8V FB Average Voltage to REFI Gain V REFI = 1V EXT Drive Current V = 2V, V EXT = 1V ma EXT Pulldown Resistance ki Thermal-Shutdown Temperature Temperature rising 165 NC Thermal Shutdown Hysteresis 15 NC Note 2: All devices are 100% tested at T A = T J = +25NC. Limits over temperature are guaranteed by design. mv Maxim Integrated 3

4 標準動作特性 (T A = +25 C, unless otherwise noted.) V FB vs. DUTY CYCLE FOR BUCK-BOOST 210 VFB (mv) toc01 IQ (ma) IQ vs. TEMPERATURE toc02 IQ (ma) IQ vs. V toc DUTY CYCLE (%) TEMPERATURE ( C) V (V) fsw (khz) OSCILLATOR FREQUENCY vs. TEMPERATURE toc04 V RISG AND FALLG ULVO vs. TEMPERATURE V RISG V FALLG toc TEMPERATURE ( C) TEMPERATURE ( C) V FB vs. TEMPERATURE- COMPATIBILITY MODE toc V FB vs. VREFI toc VFB (mv) VFB (mv) TEMPERATURE ( C) V REFI (V) Maxim Integrated

5 ピン配置 TOP VIEW DRA DRA SOURCE 2 9 SOURCE 3 8 FB EXT 4 7 GND COMP EP 5 6 REFI TDFN 端子説明 端子 名称 機能 1, 2 DRA 内蔵スイッチング MOSFETのドレイン 3 入力 ブーストおよびバックブースト構成の場合 オープンLED 時のOVP 保護のため LEDストリングのアノードに接続してください バック構成のアプリケーションでは 十分な容量のコンデンサでバイパスして が6.5Vを下回らないようにしてください 4 EXT 起動後に内蔵ドライバが最初にスイッチングを開始するまでの外付けバイポーラのベース駆動 5 COMP スイッチング段の補償部品接続 グランドとの間に適切なRC 回路を接続してください これはg m アンプの出力です 6 REFI アナログ調光およびサーマルフォールドバック この IC はこの端子から 50μA の電流をソースします この端子の電圧が 1.2V より高い場合 FB の電圧は内部の 200mV リファレンスに調整されます この端子の電圧が 1.2V より低い場合 FB の電圧は V REFI /6 に調整されます このフォールドバック機能をディセーブルするには この端子を未接続のままにしてください 7 GND グランド 8 FB 電流検出 この端子の入力には スイッチングサイクル内の電流情報を平均化するための5kΩ/4pFの RCフィルタが内蔵されています この端子をSOURCEに直接接続してください 9, 10 SOURCE 内蔵スイッチング MOSFETのソース EP エクスポーズドパッド 放熱のために EPをグランドプレーンに接続してください EPをグランドへの唯一の電気的接続として使用しないでください Maxim Integrated 5

6 ファンクションダイアグラム 5V 50µA 1/6 1.2V 200mV I 0 I 1 S LDO + BANDGAP 5V BG UVLO POK EXT REFI 5kI 4pF g m PWMC DRA COMP 2V P-P 0.65V DRIVER CSLIMIT OSCILLATOR SOURCE FB 50ns BLANKG BG OVP GND 詳細 は 低電圧 SSL アプリケーションにおけるバック ブースト およびバックブースト構成用の平均電流モード制御 LED ドライバ IC です この IC は 0.2Ω (max) 48V のスイッチング MOSFET を内蔵しているため MR16 用の照明アプリケーションおよびその他の SSL アプリケーションで使用することができます この LED ドライバは定周波数平均電流モード制御を使用して内蔵スイッチング MOSFET のデューティサイクルを制御します この IC は LED を使用する MR16 照明アプリケーションに必要なすべての機能を備えています この IC は 入力電流制御方式を使用して力率改善を実現します この機能によって この IC は電子トランスとの互換性を実現し ( 電子トランス用の ) トレーリングエッジによる調光が可能となっています スイッチ電流は FB で検出されます ファンクションダイアグラム で示すように FB の電圧は RC フィルタを経由します その後 この電圧はトランスコンダクタンスアンプの負の入力に供給されます g m アンプの正の入力が 設定される入力電流レベルになります g m アンプの出力電圧がスイッチング周波数のランプと比較され デューティサイクルが設定されます スイッチング周波数は 300kHz に設定されています IC に内蔵された平均電流モードコントローラが 入力電流の調整を行います また この IC は に 46V の過電圧保護を内蔵しており LED ストリングがオープンの場合または LED ストリングの電圧が高すぎる場合に 内蔵のスイッチング MOSFET を損傷から保護します 6 Maxim Integrated

7 このICは 入力電流を設定するための制御端子 REFIを備えています REFIがオープンのままの場合 ICはFBの平均電圧を200mVに調整します REFIの制御電圧を使用して入力電流を制御することができます FBの平均電圧は V REFI /6に調整されます(V REFI はREFIの電圧です ) FBの電圧に対する直線的な制御は REFIの電圧が1.2V を超えた時点で終了します 電圧が 1.2Vを超えて上昇した場合 FBの電圧は200mVに調整されます REFIは50μAの内部電流ソースを備えているため REFIとグランドの間に接続する抵抗によって REFIの電圧を設定することも可能です この端子にNTC 抵抗を接続することによって この端子を使用してサーマルフォールドバックを実現することもできます このICは独立したEXT 端子を備えており 電子トランスで適切な動作を行わせるために 低入力電圧での通電時に電流のキックスタートの存在を保証するために使用することができます EXTで 外付けの npnトランジスタを駆動します レギュレータ MOSFETが初回のスイッチングを行い の電圧が5.5VのUVLOスレッショルドを超えた後で EXTがグランドにプルダウンされ 外付けの npnトランジスタがオフになります 内蔵発振器このICは 300kHzの固定スイッチング周波数の発振器を内蔵しています 入力電圧 () このICは に印加する電圧によって動作します の動作電圧範囲は6.5V 48Vです 内部の UVLOは5.6Vに設定されています 5.4V 以下では内蔵パワー MOSFETのスイッチングは行われず MOSFET 用のゲートドライバはローになります UVLOスレッショルドのヒステリシスは 200mV (typ) です 5VのLDOが内蔵されており すべての内部回路および内蔵スイッチング MOSFET 用のゲートドライバへの給電に使用されます の電圧が46Vを上回った場合 に内蔵されている過電圧保護によってスイッチングが停止します の立上り電圧が 46Vを超えた時点で内蔵 MOSFETのスイッチングが停止して の電圧が46VのOVPスレッショルドを 1.2V 下回るまでオフのままになります 外部 BJTドライバ (EXT) EXTは 外付けnpnトランジスタ用の独立したドライバであり の入力電圧がUVLO 以下の場合に外付けの抵抗性負荷の駆動に使用されます これは 低入力電圧で電子トランスを使って動作させる場合に便利です この端子の最小電流能力は20mAです 内蔵スイッチング MOSFET このIC は 最大 R DSON が0.2Ω (+125 時 ) のスイッチング MOSFETを内蔵しています +25 でのR DSON は0.1Ω (typ) です これによって この ICを最大 20Wの電力レベルまでのブースト LEDドライバおよび最大 7Wの電力レベルまでのMR16のバックブーストアプリケーションに使用することができます MOSFETの最大電圧定格は 48V 動作です 内蔵 MOSFETのドレインは DRA 端子に接続されており 内蔵 MOSFETのソースは SOURCE 端子に接続されています 電流検出 (FB) 内蔵 MOSFET のソースはSOURCE に接続されているため SOURCEとグランドの間に電流検出抵抗を接続する必要があり 電流情報は FBによって読み取られるため SOURCEをFBに接続する必要があります 電流の設定ポイントは REFIによって決定されます REFIをオープンのままにした場合 FBの平均電流検出電圧はICの制御ループによって 200mVに調整されます 独立したピーク制限コンパレータが存在して FBの電圧が650mVを超えた場合に各サイクルのスイッチングを終了させます このコンパレータのリーディングエッジブランキング時間は 50ns です 制御ループこのICは 平均電流モード制御方式を使用して入力電流の調整を行います ( 図 1) 制御ループが FBの平均電圧を調整します 内蔵の RCフィルタが この端子に出現する電流スパイクを除去します 必要に応じて フィルタを追加することが可能です 電流調整ループは 電流検出抵抗 RCS 図 1に示すRCフィルタ トランスコンダクタンスエラーアンプ (g m ) 300kHzのランプを提供する発振器 g m アンプの正の入力の制御電圧 および PWMコンパレータ (PWMC) で構成されます Maxim Integrated 7

8 CP RCF CZ COMP PUT CONTROL VOLTAGE g m L1 LED+ PWMC DRIVER 2V P-P 5kI SOURCE FB 10pF RCS 図 1. 制御ループ ピーク制限コンパレータ この IC は スイッチング MOSFET のピーク電流を制限するピーク制限コンパレータを備えています FB の電流検出電圧が 0.65V を上回った場合 ピーク制限コンパレータがそのスイッチングサイクルのスイッチングを終了させます これによって 過渡時のスイッチング MOSFET とインダクタのピーク電流が制限されます PWMコンパレータ PWMコンパレータ (PWMC) は g m アンプの出力と2V P-P のランプ信号を比較することによって サイクル単位でスイッチング MOSFETのオン時間を決定します 各クロックサイクルの開始時に RSフリップフロップがリセットされ ゲートドライバがスイッチング MOSFETをオンにします ランプ信号がCOMP 電圧を上回り次第 コンパレータがフリップフロップをセットして オンサイクルを終了させます 電流リファレンス入力 (REFI) このICは 電流リファレンス入力 (REFI) を備えています V REFI > 1.2Vの場合 内蔵リファレンスが入力平均電流を200mV/RCSに設定します V REFI < 1.2Vの場合 入力電流がV REFI に比例して低減され 0まで低減することが可能です 入力の最大耐電圧は 6Vです REFIは50μA の内部電流ソースを備えているため REFIとグランドの間に接続する抵抗によって REFIの電圧を設定することも可能です この端子に NTC 抵抗を接続することによって この端子を使用してサーマルフォールドバックを実現することもできます 8 Maxim Integrated

9 12V AC L1 BD1 C1 R3 L2 REFI EXT COMP C4 R2 DRA SOURCE FB GND R1 D1 C3 LED+ LED- 図 2. ブースト LED ドライバ アプリケーション情報 ブースト構成 MR16およびその他の 12V AC 入力アプリケーションでは LEDストリングの電圧が 18Vを超える場合ブースト構成が使用されます すなわち 一般的に アプリケーション内で直列に接続される LEDの数が 6 LED 以上の場合 この ICをブースト構成で使用することによって最高の効率が提供されます 図 2にブースト MR16アプリケーションを示します LEDの個数は 6 10 LEDの範囲が可能です LEDストリングにかかる最大電圧が40Vを超えないようにしてください ブースト構成の場合 インダクタの電流は電流検出抵抗 R1 の電流と等しくなります 抵抗 (R1) 抵抗 R1 の電流は インダクタ L2 の電流と同一です 50Hz または 60Hz の 12V AC で求める最大出力電力が P OUT である場合 入力電力 P は次式で与えられます P = POUT/n ここで nは効率を示します 入力電流は次式で与えられます I = P/10.8V 抵抗 R1は次式で与えられます R1 = 0.2V/I ここで R1の単位はΩ I の単位はAです ブーストインダクタ (L2) 最高の効率を実現するために ブーストインダクタを連続伝導モードで動作させる必要があります インダクタの最 大ピーク電流は 最も高い入力電圧のピーク時に発生します この入力電圧での P-P リップルは I L です 最も高い入力電圧は 13.2V AC であり 標準値より 10% 高い値です インダクタのピーク電流は 次の通りです IPK = I IL LEDストリングの出力電圧は V LED によって与えられます 1 次近似として LED 電圧が一定であると仮定します したがって 入力電圧のピークにおけるデューティサイクルは次のようになります M = 13.2V 2 = 18.66V D 1 1 VLED VLED P-Pリップル率は一般的に最大入力電流の 30% 60% の範囲で選択されます 60% P-P インダクタ電流リップルを想定した場合 最大インダクタ電流は次式で与えられます IPK = 1.3IMAX 最小インダクタ値は次式で与えられます 18.66V D L = M M 0.6IMAX 300kHz ここで スイッチング周波数は 300kHz です インダクタの飽和電流が P-P よりも高く I P-P でのインダクタの最小値が L M を上回っている必要があります アプリケーション内のインダクタの温度は の範囲になる可能性があるため これらの高温下について損失の評価を行う必要があります Maxim Integrated 9

10 ブーストダイオード (D1) 電力消費を低減するために 整流ダイオード D1 にはショットキーダイオードを使用する必要があります ダイオード D1 の電圧定格は 最大出力電圧より高い値である必要があります の範囲の温度での消費が最小限になるダイオードを選択してください このダイオードは 最大出力電圧時の逆方向リーク電流が最小限であるとともに ダイオード導通時の順方向損失が最小限のものを選択する必要があります ループ補償 (R2 C4) 最高の性能を実現するために ループのクロスオーバー周波数を最大限に高くする必要があります R2の最大値は次式で与えられます 2 300kHz L2 R2MAX = in kω R1 VLED gm ここで R1 の単位は Ω V LED は V g m はエラーアンプのトランスコンダクタンスで単位は μs インダクタ L2 の値は μh です R2 には上記より 20% 低い値を選択してください C4 R2によるゼロ点は 次の位置に設定する必要があります R1 V LED fz g m = R2 12V π L したがって C4 は次式で与えられます 1 C4 = 2 π fz R2 バックブースト構成 MR16アプリケーションでは LEDの個数が3 5 LEDの範囲の場合にバックブースト構成が使用されます 図 3に バックブースト LEDドライバの回路図を示します LED+ の最大電圧が40Vを超えないようにしてください 抵抗 (R1) 50Hz または 60Hz の 12V AC で求める最大出力電力が P OUT である場合 入力電力 P 端子は次式で与えられます P = POUT/n ここで nは効率を示します 入力電流は次式で与えられます I = P/12V 抵抗 R1は次式で与えられます R1 = 0.2V/I ここで R1の単位はΩ I の単位はAです バックブーストインダクタ (L2) 最高の効率を実現するために インダクタを連続伝導モードで動作させる必要があります インダクタの最大ピーク電流は 最も高い入力電圧のピーク時に発生します この入力電圧での P-P リップルは I L です 最大入力電流は 最も高い入力電圧で発生します 通常 最も高い入力電圧は 13.2V AC であり 標準値より 10% 高い値です インダクタのピーク電流は 次の通りです IPK = IDM IL LED- L2 D1 C2 LED+ L1 BD1 R3 REFI DRA 12V AC C1 EXT COMP SOURCE C4 R2 GND FB R1 図 3. バックブースト LED ドライバ 10 Maxim Integrated

11 LEDストリングの出力電圧は V LED によって与えられます 1 次近似として LED 電圧が一定であると仮定します したがって 入力電圧のピークにおけるデューティサイクルは次のようになります 13.2V V DM = 1 = 1 V LED V 2 V LED V P-P リップル率は一般的に最大入力電流の 30% 60% の範囲で選択されます 60% P-P インダクタ電流リップルを想定した場合 最大インダクタ電流は次式で与えられます IP-P = 1.3I 最小インダクタ値は次式で与えられます 18.66V D 2 L M M = 0.6I 300kHz ここで スイッチング周波数は 300kHz です インダクタの飽和電流がI P-P よりも高く I P-P でのインダクタの最小値が L M を上回っている必要があります 出力ダイオード (D1) 電力消費を低減するために 整流ダイオード D1 にはショットキーダイオードを使用する必要があります ダイオード D1 の電圧定格は 最大ピーク入力電圧と最大出力電圧の和より高い値である必要があります の範囲の温度での消費が最小限になるダイオードを選択してください このダイオードは 最大出力電圧時の逆方向リーク電流が最小限であるとともに ダイオード導通時の順方向損失が最小限のものを選択する必要があります パッケージ 最新のパッケージ図面情報およびランドパターン ( フットプリント ) は japan.maxim-ic.com/packages を参照してください なお パッケージコードに含まれる + # または - は RoHS 対応状況を表したものでしかありません パッケージ図面はパッケージそのものに関するもので RoHS 対応状況とは関係がなく 図面によってパッケージコードが異なることがある点を注意してください パッケージタイプ パッケージコード 外形図 No. ランドパターン No. 10 TDFN-EP T Maxim Integrated 11

12 改訂履歴 版数 改訂日 説明 改訂ページ 0 12/10 初版 1 2/11 最低温度を-40 に変更 1, 2, 3, 8 マキシム ジャパン株式会社 東京都品川区大崎 大崎ニューシティ 4 号館 20F TEL: Maximは完全にMaxim 製品に組込まれた回路以外の回路の使用について一切責任を負いかねます 回路特許ライセンスは明言されていません Maximは随時予告なく回路及び仕様を変更する権利を留保します Electrical Characteristics ( 電気的特性 ) の表に示すパラメータ値 (min maxの各制限値 ) は このデータシートの他の場所で引用している値より優先されます 12 Maxim Integrated Products, Inc. 160 Rio Robles, San Jose, CA USA Maxim Integrated Products MaximはMaxim Integrated Products, Inc. の登録商標です