NN31004A

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1 PSiP 12 A DC-DC (V IN = 4.5 V ~ 16 V, V OUT = 0.6 V ~ 3.6 V) DC-DC Skip 12 A PVIN = AVIN = 4.5 V 16 V 0.6 V 3.6 V 400 khz / 600 khz / 800 khz 1.0 V / 3.3 V () () (UVLO) (TSD) (UVD) (OVD) (SCP) (OCP) (QFN 8.5 mm 7.5 mm, 0.5 mm ) IC MOSFET 8.5 x 7.5 x 4.7mm QFN PSiP (Power Supply in Package) DC-DC PSiP (POL) 1.0 V / 3.3 V PSiP 93 % (POL) DSP FPGA VREG 22µF x 2 VIN 1k 1.5k EN PVIN PGOOD AVIN PRTCNT BST LX OCPCNT VREG MODE VFB FSEL VOUTM VOUT SS AGND1, 2 PGND 4.7nF 100k 22µF x 5 V OUT = 1.0V #1.0V / 3.3V without using FB resistor : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V / 3.3 V = 400 / 600 / 800 khz, Skip Co = 110 µf (22 µf x 5) Page 1 of 33

2 -BB : 12 A 57 HQFN V IN 30 V *1 T opr 40 to + 85 C *2 T j 40 to C *2 T stg 55 to C *2 V MODE,V FSEL,V OUTM,V PRTCNT V OCPCNT,V FB 0.3 to (V REG + 0.3) V V EN 0.3 to 6.0 V *1 V PGOOD 0.3 to (V REG + 0.3) V V LX 0.3 to (V IN + 0.3) V ESD HBM 2 kv *1 *3 *1 *3 *1 *4 : V IN AVIN, PVIN V IN = AV IN = PV IN *1 : *2 : T a = 25 C *3 : (V REG + 0.3) V 6 V *4 : (V IN + 0.3) V 30 V Page 2 of 33

3 Package j-c PD (Ta = 25 C) 4 ( QFN ) PD (Ta = 85 C) 6.7 C / W 3.49 W 1.82 W *1 5.7 C / W 5.56 W 2.89 W *2 : *1 : (4 ) [ t (mm)] *2 : (4 ) [ t (mm)] ESD Min Typ Max AV IN V PV IN V V MODE 0.3 V REG V *1 V FSEL 0.3 V REG V *1 V PRTCNT 0.3 V REG V *1 V EN V V PGOOD 0.3 V REG V *1 V LX 0.3 V IN V *2 : GND GND AGND, PGND AGND = PGND V IN AVIN, PVIN V IN = AV IN = PV IN *1 : (V REG + 0.3) V 6 V *2 : (V IN + 0.3) V 30 V Page 3 of 33

4 C O = 22 µf 3, V OUT = 1.0 V, V IN = AV IN = PV IN = 12 V, = 600 khz V MODE = V REG (FCCM), T a = 25 C 2 C 1 (Skip ) 2 (FCCM) IVDDACTN1 IVDDACTN2 IVINSTB I OUT = 0 A, V FB = V R FB1 = 1.0 k R FB2 = 1.5 k V MODE = 0 V, V EN = 5 V V EN = 5 V, I OUT = 0 A R FB1 = 1.0 k R FB2 = 1.5 k V MODE = V REG V FSEL = OPEN AV IN = PV IN = 12 V V EN = 0 V Min Typ Max µa ma 2 5 µa EN Low VENL 0.3 V EN High VENH V EN ILEAKEN V EN = 5 V µa MODE Low VMODEL V REG 0.3 V MODE High VMODEH V REG 0.7 V REG V MODE ILEAKMD V MODE = 5 V µa PRTCNT Low VPRTL 0.3 V PRTCNT High VPRTH V REG 0.3 V PRTCNT ILEAKPRT V EN = 5 V, V PRTCNT = 5 V 0 2 µa FSEL Low VFSELL 0.3 V FSEL High VFSELH V REG 0.3 V FSEL High ILEAKFSH V FSEL = 5 V µa FSEL Low ILEAKFSL V FSEL = 0 V µa Page 4 of 33

5 C O = 22 µf 3, V OUT = 1.0 V, V IN = AV IN = PV IN = 12 V, = 600 khz V MODE = V REG (FCCM), T a = 25 C 2 C VREG Min Typ Max VREGO I VREG = 5 ma V VREGLIN V REGLIN = V REG (V IN =12 V) -V REG (V IN =6 V) I VREG = 5mA 150 mv VREGDO V IN = 4.5 V, I VREG = 5 ma 4.1 V VFB VFB VFBTH V VFB 1 ILEAKFB1 V FB = 0 V 1 1 µa VFB 2 ILEAKFB2 V FB = 6 V 1 1 µa (UVLO) UVLO VUVLODE V IN = 5 V to 0 V V UVLO VUVLORE V IN = 0 V to 5 V V UVLO V UVLO mv PGOOD 1 (UVD VFB ) PGOOD 1 (UVD VFB ) PGOOD 2 (OVD VFB ) PGOOD 2 (OVD VFB ) VPGUV PGOOD : High to Low % V PGUV PGOOD : Low to High % VPGOV PGOOD : High to Low % V PGOV PGOOD : Low to High % PGOOD Low High TPGD ms PGOOD R PG Page 5 of 33

6 C O = 22 µf 3, V OUT = 1.0 V, V IN = AV IN = PV IN = 12 V, = 600 khz V MODE = V REG (FCCM), T a = 25 C 2 C Min Typ Max DC-DC 1 Vo1 R FB1 = 1.0 k R FB2 = 1.5 k V MODE = V REG I OUT = 5 A V 2 Vo2 R FB1 = 4.5 k R FB2 = 1 k V MODE = V FEL = V REG I OUT = 5 A V 3 Vo3 V FB = OPEN before V EN = 0 V to 1.5 V V MODE = V REG I OUT = 5 A V 4 Vo4 V FB = V REG before V EN = 0 V to 1.5 V V MODE = V FEL = V REG I OUT = 5 A V 1 VEFF1 PV IN = 12 V V OUT = 3.3 V, I OUT = 4 A V FSEL = V REG (800kHz) 93 % *1 2 VEFF2 PV IN = 12 V V OUT = 1.0 V, I OUT = 4 A V FSEL = 0 V (400kHz) 88 % *1 3 VEFF3 PV IN = 12 V V OUT = 1.0 V, I OUT = 4 A V FSEL = OPEN (600kHz) 87 % *1 4 VEFF4 PV IN = 12 V V OUT = 1.0 V, I OUT = 4 A V FSEL = V REG (800kHz) 85 % *1 : * 1 : Page 6 of 33

7 C O = 22 µf 3, V OUT = 1.0 V, V IN = AV IN = PV IN = 12 V, = 600 khz V MODE = V REG ( FCCM ), T a = 25 C 2 C DC-DC VLOA1 VLOA2 VLIN VRL1 VRL2 VRL3 I OUT = 10 ma to 10 A V MODE = 0 V C O = 110 µf I OUT = 10 ma to 10 A V MODE = V REG C O = 110 µf PV IN = 6 V to 16 V V MODE = V REG I OUT = 2.0 A I OUT = 10 ma V MODE = 0 V C O = 110 µf I OUT = 10 ma V MODE = V REG C O = 110 µf I OUT = 5 A V MODE = V REG C O = 110 µf 1 V TR1 t = 0.5 A / µs V MODE = 0 V V REG I OUT = 100 ma to 5 A C O = 110 µf 2 V TR2 t = 0.5 A / µs V MODE = 0 V V REG I OUT = 5 A to 100 ma C O = 110 µf Min Typ Max 2.0 % *1 1.0 % * %/V mv [p-p] mv [p-p] mv [p-p] *1 *1 *1 15 mv *1 20 mv *1 V DIFF V DIFF =V IN V OUT 2.5 V *1 : * 1 : Page 7 of 33

8 C O = 22 µf 3, V OUT = 1.0 V, V IN = AV IN = PV IN = 12 V, = 600 khz V MODE = V REG ( FCCM ), T a = 25 C 2 C Min Typ Max DC-DC 1 ILMT1 OCPCNT = OPEN 14 A *1 DC-DC 2 ILMT2 OCPCNT = 220 k 12.5 A *1 DC-DC 3 ILMT3 OCPCNT = 100 k 11 A *1 (TSD) T TSDTH 130 C *1 (TSD) T TSDHYS 30 C *1 SS ISSCHG V SS = 0.3 V µa SS RSSDIS V EN = 0 V 5 10 k DC-DC 1 FSW1 I OUT = 4 A, V FSEL = 0 V 400 khz *1 DC-DC 2 FSW2 I OUT = 4 A, V FSEL = OPEN 600 khz *1 DC-DC 3 FSW3 I OUT = 4 A, V FSEL = V REG 800 khz *1 : * 1 : Page 8 of 33

9 Bottom View BST N.C. AGND AVIN EN FSEL MODE PRTCNT VREG AGND OCPCNT PGOOD SS VFB BST LX_S LX PVIN AGND VFB AGND VOUTM PGND VOUT PVIN PGND VOUT 61 LX 60 PVIN 59 PGND 58 VOUT VOUT : Page 9 of 33

10 4 5 MOSFET GND 6 PGND Ground * Pin No MOSFET 13 PVIN 90 % 10 µs 1 s LX MOSFET V IN GND * Pin No MOSFET LX_S 27 * Pin No High MOSFET 29 High MOSFET BST NC - * Pin No AGND Ground GND 33 AVIN 90 % 10 µs 1 s 34 EN Low DC-DC High DC-DC : Page 10 of 33

11 35 FSEL Low 400 khz, High 800 khz, 600 khz 36 MODE Skip ( ) / FCCM ( ) Low Skip, High FCCM 37 PRTCNT (OVD / SCP) ( /) 38 VREG 40 OCPCNT 41 PGOOD 42 SS LDO (LDO) MOSFET VREG Low GND VFB 46 VOUTM 58 VOUT 1.0 V / 3.3 V VFB REF () VFB (LX, BST ) 59 PGND Ground MOSFET GND 60 PVIN 61 LX MOSFET 62 AGND Ground GND : Page 11 of 33

12 SS AVIN EN 34 VINT BGR VREF SS Soft-Start 41 PGOOD 0.6 V + 15 % VREG 38 VREG UVLO 5.6 V For internal power For internal reset release 0.6 V 15 % UVLO SCP OCP TSD VREG 8, 9, 10 11, 12, 13 14, 15, 16 17, 18, 60 PVIN VOUTM V / 3.3V Divider/Selector 28, 29, 30 BST VFB 43, 44 Fault HPD HGATE 19, 20, 21 22, 23, 24 25, 61 LX FSEL VREG 35 AVIN VREF Ton Timer + Comp REF Soft Start 0.6 V Toff Timer + Comp ON CMP Control Logic HGO LPD LGATE Lo 26, 27 LX_S 1, 2, 3 48, 49, 50 51, 52, 53 54, 55, 56 57, 58 VOUT MODE PRTCNT OCPCNT FCCM / Skip OCP threshold control Protect control LGO 32, 39, 45, , 5, 6 7, 47, 59 PGND AGND N.C. : Page 12 of 33

13 1. (1) (OCP) (SCP) 1) ( 14 A) (OCPCNT ) Low MOSFET Low MOSFET High MOSFET [V] ( typ : 14 A) #OCPCNT = OPEN [A] 1) ( 60 %) : OCP ( ) SCP () : PRTCNT = V REG (SCP ) 2) 12.2 A to 15.8 A 3) VFB (0.6 V) 60 % (0.36 V) 250 µs VFB (0.6 V) 70 % (0.42 V) High Low MOSFET MOSFET ( ) (2) (OVD) VFB (0.6 V) 115 % (0.69 V) 10 ns PGOOD High / Low MOSFET PWM 2ms VFB (0.6 V) 110 % (0.66 V) PGOOD PWM 2 ms MOSFET ( VFB 115 % 110 % 100 % 0.6 V 0.6 V 2) OCPCNT GND : OCPCNT GND 0.7 A PGOOD <2 ms 1 ms >2 ms (typ) OCPCNT 14 A OPEN ( 1M ) 12.5 A 220 k 11 A 100 k (OCP) 13 % OCPCNT (R OCP ) OCP level A R k OCP : OVD ( ) : PRTCNT = V REG (OVD ) (3) EN Low MOSFET EN High (UVLO) (OVD) (SCP) MOSFET MOSFET 35 : R OCP 100kΩ Page 13 of 33

14 1. () (4) (PRTCNT) VFB <2ms 2ms 2ms IC (OVD ) (SCP) PRTCNT PRTCNT OVD SCP PRTCNT EN PRTCNT OVD SCP VFB L OPEN V REG : PRTCNT 70 % 60 % DCDC 16ms (SCP) 1 PRTCNT = L / OPEN : VFB : SS = SS < 250 µs 250 µs 115 % 110 % 100 % 0.6 V DCDC 0.6 V >2 ms 70 % 60 % DCDC PGOOD 1 ms 1 ms (SCP) 2 PRTCNT = V REG : (OVD) 1 PRTCNT = L : VFB 115 % 110 % 0.6 V 100 % 0.6 V <2 ms 2 ms DCDC 1 ms PGOOD (OVD) 2 PRTCNT = OPEN / V REG : Page 14 of 33

15 1. (5) (UVD) VFB (0.6 V) 85 % (0.51 V) PGOOD MOSFET PGOOD Low VFB (0.6 V) 60 % (0.36 V) (SCP) (SCP) (0.6 V) 90 % (0.54 V) PGOOD MOSFET 1 ms PGOOD High VFB 0.6 V 90 % 85 % PGOOD (6) (TSD) : (UVD) 1 ms IC 130 C DC-DC 2. (1) IC Skip ( ) FCCM ( ) 2 Skip FCCM EMI MODE MODE L V REG Skip FCCM IC 400 khz, 600 khz, 800 khz 3 FSEL FSEL [khz] L 400 OPEN 600 V REG % VOUT V IN VOUT 2130 Inductor Current Amplitude A V F khz IN sw V IN = 12 V 12 A V OUT V OUT = 1.0V : 400, 600, 800 khz V OUT = 1.8V : 600, 800 khz V OUT = 3.3V : 800 khz Page 15 of 33

16 3. (1) VFB (2) 1.0 V / 3.3 V 1.0 V 3.3 V UVLO FB R V out = ( 1 + FB1 ) 0.6 R FB2 VOUT R FB1 V FB ( 0.6 V ) R FB2 VFB [V] V REG OPEN : [V] 3.3 V 1.0 V 0.6 V 3.6 V V OUT [V] R FB1 [ ] R FB2 [ ] k 1 k k 1 k k 1 k k 1.5 k VFB 1 % VFB 1 % V OUT = 1.0 V (V IN = 12 V, I OUT = 5 A, = 600 khz, FCCM) 1.5 % EN V REG UVLO UVLO DELAY 60µs 4.3 V V REG OPEN VFB VOUT 0.6V 3.3V 1.0V 0.6V 3.6V Page 16 of 33

17 4. ( ) EN High SS (Css ) (2 µa) SS VFB SS VFB SS 0.6 V 0.6 V SS 2.8 V 0. 6 Soft Start Time( s) Css 2 SS (Css) 4.7 nf 1.0 V 1.5 ms EN V REG 4.3 V UVLO SS (s) 0.6 V VFB VOUT 70 s Page 17 of 33

18 5. / EN EN AVIN AVIN AVIN VREG 1 : EN EN (V ENH, V ENL ) R EN1 EN 500 AVIN VREG R EN2 : 500 k 50 % ( 250 k ) 1.5 V EN Vd : 5.7 V 0.3 V Id : 100 µa : EN 2 0 V : EN 1 2 : EN AVIN AV IN V dmin < R Id EN1 < (AV IN V ENH ) R EN2MIN V ENH R EN1 AV IN V dmin Id V ENH R EN2MIN : EN (5.4 V) : (100 µa) : EN High (1.5 V 5 V) : (250 k [ ] (AV IN = 12 V, V ENH = 5 V) 66 k < R EN1 < 350 k Page 18 of 33

19 1. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) I OUT = 0 A I OUT = 0.1 A LX (5 V/div) LX (5 V/div) V OUT (50 mv/div) V OUT (50 mv/div) TIME (1 µs/div) TIME (1 µs/div) I OUT = 3 A I OUT = 12 A LX (5 V/div) LX (5 V/div) V OUT (50 mv/div) V OUT (50 mv/div) TIME (1 µs/div) TIME (1 µs/div) Page 19 of 33

20 1. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) I OUT = 0 A I OUT = 0.1 A LX (5 V/div) LX (5 V/div) V OUT (50 mv/div) V OUT (50 mv/div) TIME (5 ms/div) TIME (20 µs/div) I OUT = 3 A I OUT = 12 A LX (5 V/div) LX (5 V/div) V OUT (50 mv/div) V OUT (50 mv/div) TIME (1 µs/div) TIME (1 µs/div) Page 20 of 33

21 2. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5), I OUT = 0.1 A to 5 A ( 0.5 A / µs ) V OUT (50 mv/div) 18 mv 12 mv I OUT (5 A/div) TIME (100 µs/div) : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5), I OUT = 0.1 A to 5 A ( 0.5 A / µs ) V OUT (50 mv/div) 22 mv 12 mv I OUT (5 A/div) TIME (100 µs/div) Page 21 of 33

22 3. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 400 / 600 / 800 khz, FCCM / Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) : V IN = 12 V, V OUT = 3.3 V, = 800 khz, FCCM / Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) Page 22 of 33

23 4. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) Page 23 of 33

24 5. : I OUT = 2 A, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) : I OUT = 2 A, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) Page 24 of 33

25 6. / : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, I OUT = 0 A, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) EN = Low to High EN = High to Low EN (2 V/div) EN (2 V/div) SS (2 V/div) SS (2 V/div) VOUT (0.5 V/div) VOUT (0.5 V/div) TIME (10 ms/div) TIME (10 ms/div) Page 25 of 33

26 7. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, = 600 khz, Skip, C O = 110 µf (22 µf x 5) Page 26 of 33

27 8. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 V, I OUT = 12 A, = 600 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5) Page 27 of 33

28 9. : V IN = 12 V, V OUT = 1.0 / 3.3 V, = 600 / 800 khz, FCCM, C O = 110 µf (22 µf x 5), Air flow = 0 LFM Page 28 of 33

29 1. : V OUT = 1.0 V, = 600 khz, FCCM VIN GND C-DCDCOUT1 C-DCDCOUT2 C-DCDCOUT3 C-DCDCOUT4 C-DCDCOUT5 C-PVIN1 C-PVIN2 VOUT R-FB1 2 R-PG C-SS R-FB3,4 VREG () () Page 29 of 33

30 2. DC-DC (a) (1) C IN (b) PGND AGND (2) (c) I OUT VOUTM (3) VOUTM C O (d) C O (2) / (3) (4) (e) (f) VFB / SS / VREG LX / BST VFB (g) R FB1 / R FB2 LX / BST VFB R FB1 R FB2 (1) AVIN PVIN VOUTM (3) VFB VOUT AGND PGND : C IN (2) C O I OUT (4) Page 30 of 33

31 3. C-PVIN1 C-PVIN2 C-DCDCOUT1 C-DCDCOUT2 C-DCDCOUT3 C-DCDCOUT4 C-DCDCOUT µf Murata GRM32ER71E226KE15L 5 22 µf Murata GRM32ER71E226KE15L C-SS nf Murata GRM188R71H472KA01 R-FB1 1 0 Panasonic ERJ3GEY0R00V R-FB2 1 1 k Panasonic ERJ3EKF1001V R-RB k Panasonic ERJ3EKF1501V R-FB4 1 0 Panasonic ERJ3GEY0R00V R-PG k Panasonic ERJ3EKF1003V V OUT = 1 V Page 31 of 33

32 : HQFN057-A : mm Page 32 of 33

33 屑 Page 33 of 33

34 本書に記載の技術情報および半導体のご使用にあたってのお願いと注意事項 (1) 本書に記載の製品および技術情報を輸出または非居住者に提供する場合は 当該国における法令 特に安全保障輸出管理に関する法令を遵守してください (2) 本書に記載の技術情報は 製品の代表特性および応用回路例などを示したものであり それをもってパナソニック株式会社または他社の知的財産権もしくはその他の権利の許諾を意味するものではありません したがって 上記技術情報のご使用に起因して第三者所有の権利にかかわる問題が発生した場合 当社はその責任を負うものではありません (3) 本書に記載の製品は 一般用途 ( 事務機器 通信機器 計測機器 家電製品など ) もしくは 本書に個別に記載されている用途に使用されることを意図しております 特別な品質 信頼性が要求され その故障や誤動作が直接人命を脅かしたり 人体に危害を及ぼす恐れのある用途 - 特定用途 ( 車載機器 航空 宇宙用 輸送機器 交通信号機器 燃焼機器 医療機器 安全装置など ) でのご使用を想定される場合は事前に当社営業窓口までご相談の上 使用条件等に関して別途 文書での取り交わしをお願いします 文書での取り交わしなく使用されたことにより発生した損害などについては 当社は一切の責任を負いません (4) 本書に記載の製品および製品仕様は 改良などのために予告なく変更する場合がありますのでご了承ください したがって 最終的な設計 ご購入 ご使用に際しましては 事前に最新の製品規格書または仕様書をお求め願い ご確認ください (5) 設計に際しては 絶対最大定格 動作保証条件 ( 動作電源電圧 動作環境等 ) の範囲内でご使用いただきますようお願いいたします 特に絶対最大定格に対しては 電源投入および遮断時 各種モード切替時などの過渡状態においても 超えることのないように十分なご検討をお願いいたします 保証値を超えてご使用された場合 その後に発生した機器の故障 欠陥については当社として責任を負いません また 保証値内のご使用であっても 半導体製品について通常予測される故障発生率 故障モードをご考慮の上 当社製品の動作が原因でご使用機器が人身事故 火災事故 社会的な損害などを生じさせない冗長設計 延焼対策設計 誤動作防止設計などのシステム上の対策を講じていただきますようお願いいたします (6) 製品取扱い時 実装時およびお客様の工程内における外的要因 (ESD EOS 熱的ストレス 機械的ストレス ) による故障や特性変動を防止するために 使用上の注意事項の記載内容を守ってご使用ください 分解後や実装基板から取外し後に再実装された製品に対する品質保証は致しません また 防湿包装を必要とする製品は 保存期間 開封後の放置時間など 個々の仕様書取り交わしの折に取り決めた条件を守ってご使用ください (7) 本書に記載の製品を他社へ許可なく転売され 万が一転売先から何らかの請求を受けた場合 お客様においてその対応をご負担いただきますことをご了承ください (8) 本書の一部または全部を当社の文書による承諾なしに 転載または複製することを堅くお断りいたします No

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