お客様各位 カタログ等資料中の旧社名の扱いについて 2010 年 4 月 1 日を以って NEC エレクトロニクス株式会社及び株式会社ルネサステクノロジが合併し 両社の全ての事業が当社に承継されております 従いまして 本資料中には旧社名での表記が残っておりますが 当社の資料として有効ですので ご理解の程宜しくお願い申し上げます ルネサスエレクトロニクスホームページ (http://www.renesas.com) 2010 年 4 月 1 日ルネサスエレクトロニクス株式会社 発行 ルネサスエレクトロニクス株式会社 (http://www.renesas.com) 問い合わせ先 http://japan.renesas.com/inquiry
2. 3. 4. 5. 6. 7. OA AV 8. 9. 10. RoHS 11. 12. 1. 2. 1
IC RJJ03F0113-0300 (Previous: ADJ-204-018B) Rev.3.00 2005.06.15 IC AC/DC IC IC MOS FET PWM 1 HA16107 HA16108 ON/OFF ( ) 6.45V ( ) MOS FET UVL ( ) PWM (HA16107) ON/OFF (HA16108) OVP ( ) 600kHz MOS FET (±2.0A peak Max ) UVL ON/OFF ON/OFF OVP OVP ON/OFF GND (34V) SOP 4 GND Rev.3.00 2005.06.15 page 1 of 41
HA16107P HA16107FP HA16108P HA16108FP UVL1 ( ) Hi 16.2V Lo 9.5V Hi 16.2V Lo 9.5V ON/OFF 7.0V Hi : 7.0V Lo : 1.3V ON/OFF ( ) DP-16 ( ) PRSP0016DH-A (FP-16DA) DP-16 PRSP0016DH-A (FP-16DA) 1 16 TL (ON/OFF) *2 OUT 2 15 E/O CL () 3 14 IN ( ) V E 4 13 NC CL ( ) 5 12 GND R T1 6 11 IN () *1 C T 7 10 ST R T2 8 9 ( ) 1. FP (4, 5, 13 ) 2. ( ) HA16108 Rev.3.00 2005.06.15 page 2 of 41
HA16107P, HA16108P No. 1 2 OUT PWM 3 CL () 4 V E FP 5 CL ( ) FP 6 R T1 7 C T 8 R T2 9 6.45V 10 ST 11 IN () 12 GND 13 NC FP 14 IN ( ) 15 E/O 16 TL, ON/OFF (HA16107) (HA16108P) HA16107FP, HA16108FP No. 1 2 OUT PWM 3 CL () 4 V E FP 5 CL ( ) FP 6 R T1 7 C T 8 R T2 9 6.45V 10 ST 11 IN () 12 GND 13 NC FP 14 IN ( ) 15 E/O 16 TL, ON/OFF (HA16107) (HA16108P) Rev.3.00 2005.06.15 page 3 of 41
HA16107P/FP TL E/O IN ( ) NC GND IN () ST 16 15 14 13 12 11 10 9 140 µa EA Error amp. QCLM 16 µa 4 µa UVL1 H L VL V H R S Q On/Off latch (V TH = 7 V) PWM Comparator OUT V C VE 6.45 V zener type Ref. voltage Gen. O V P UVL1 ST UVL2 H L 4 V 5 V Triangle waveform UVL1 and UVL2 Pulse-by-pulse latch Q Q R S Current limiter 34 V Triangle waveform OSC Triangle waveform Latch reset pulse ON duty pulse UVL2 3.4 V 10 µa 1 2 OUT 3 CL () 4 5 V E CL ( ) 6 7 8 R T1 C T R T2 HA16108P/FP ON/OFF E/O IN ( ) NC GND IN () ST 16 15 14 13 12 11 10 9 140 µa EA Error amp. 16 µa 4 µa UVL1 H L VL V H R S Q On/Off latch (V TH = 7 V) PWM Comparator 6.45 V zener type Ref. voltage Gen. O V P UVL1 ST UVL2 H L 4 V 5 V Triangle waveform UVL1 and UVL2 Pulse-by-pulse latch 34 V UVL2 Triangle waveform OSC 3.4 V 10 µa QCLM V C OUT VE Q Q R S Current limiter Triangle waveform Latch reset pulse ON duty pulse 1 2 OUT 3 CL () 4 5 V E CL ( ) Note: Dotted lines apply to the SOP package model (pins 4, 5, and 13: ground) 6 7 R T1 C T 8 R T2 Rev.3.00 2005.06.15 page 4 of 41
PWM ( ) V TH 4.2 V typ C T E/O C T 2V BE V TL 2.2 V typ V RT2 0 V OUT 0 V Dead band t DB t ON 9 (IC ) 2 2 2 R T2 8 I 1 I 1 I 2 R T1 6 C T 7 2I 2 2 0.6 V I 1 = 2V BE R T1 2V I 2 = BE R T2 2 2 C T R T1 2V t DB = 0.4 C T R T1 (s) 2V BE R t T2 ON t DB (s) 2R T1 R T2 R Du max = T2 2R T1 1 Du max f OSC t DB (Hz) f OSC Rev.3.00 2005.06.15 page 5 of 41
1. IC ( ) t DB ( ) ON t ON PWM ON t ON V CT V E/O PWM C T (7 ) E/O (15 ) ( ) R T2 (8 ) ON OUT (2 ) PWM ( MOS FET ) 2. IC C T C T I(C Tchg ) = I 1 = V REF 2V BE R T1 I(C Tdischg ) = 2I 2 I 1 I 2 = V REF 2V BE R T2 = 6.45V Typ ( ) V BE 0.7V C T R T1 2V t DB = 0.25 µs V REF 2V BE 0.4 C T R T1 0.25 µs ON R t T2 ON = t DB 2R T1 R T2 0.25µs ON R Du max = T2 2R T1 1 f OSC = t DB 0.25 µs 1 Du max = 1 0.8 C T R T1 2 2R T1 R T2 0.25 µs (Hz) R T1 = R T2 ON 50% 1 f OSC (Hz) 0.8 C T R T1 0.25 µs Rev.3.00 2005.06.15 page 6 of 41
3. ON Du Max ON R T1 R T2 R T1 R T2 R T1 R T2 Du Max 50% 50% 50% * 1 1. Du Max 50% MOS FET 2 ( PWM OFF ) IC C ST PWM 3.8V PWM C ST IC UVL Rev.3.00 2005.06.15 page 7 of 41
16.2 V 9.5 V 6.45 V 5 V 4 V 0 V V CT, V ST, V E/O or V E/IN 0 V 4.2 V 3.8 V 2.2 V V CT V ST C ST discharge ST V E/O or V E/IN V OUT (PWM pulse) 0 V Quick shutdown Soft start Normal operation (Time t) 9 from C ST ST 10 3.8 V Zener diode 10 µa from UVL2 ( ) PWM comparator V CT E/O 15 7 C ST (10 µa typ) Rev.3.00 2005.06.15 page 8 of 41
( ( OVP), UVL ) UVL2 8V PWM UVL2 4V 5V PWM ( ) (GND ) PWM PWM 6.45V 6.45V PWM OUT PWM PWM PWM 0 4 V 5 V 6.45 V 8 V 10 V UVL2 OVP 1. IC (CL) NPN 240mV typ PWM 100ns CL IC CL ON/OFF ON ( ON CL ) IC Rev.3.00 2005.06.15 page 9 of 41
UVL PWM UVL PWM OFF IC 2 UVL 1 UVL1 UVL2 IC UVL1 UVL2 PWM 2 UVL GND PWM OFF UVL1 ( and ) * 1 I IN 9.5 V 16.2 V 0 10 V 20 V 30 V 34 V 6.45 V * 2 0 10 V 20 V 30 V UVL2 ( and PWM output) 1. 2. (V z = 34 V typ) 4 V 5 V 6.45 V 0 10 V 20 V 30 V OUT 0 10 V 20 V 30 V PWM OUT UVL1 and UVL2 (UVL1) L (UVL2) L PWM OUT L Standby mode H L L H H OUT L H L Rev.3.00 2005.06.15 page 10 of 41
ON/OFF HA16107 HA16108 ON/OFF OVP (Over Voltage Protection) PWM OVP ON/OFF PWM (HA16107) ON/OFF (HA16108) PWM C TM IC PWM 2 1. (HA16107) 1 CML ON C TM 12µA 15 7V PWM OVP 2 AC/DC 2 DC OVP OVP TL 7V PWM ( ) 6.5V (R2 ) External circuit 1 16 µa External circuit 2 C TM 15 from CML OVP with latch timer OVP signal (from secondary) T L 4 µa HA16107 7.0 V V TH Latch (PWM output shuts down) V TL B 0 V A OCL (.. ) 1. A V TH OCL 2. B OCL 3. 7.0 V 4. HA16107 7.0V t Rev.3.00 2005.06.15 page 11 of 41
2. ON/OFF (HA16108) 16 µa ION IOFF 16 from CML OVP with latch timer 4 µa HA16108 ON/OFF 7.0 V V THH t OFF t ON 1.2 V V THL 0 V t OCL detected (PWM output on) PWM output shut down OCL detected (PWM output on) t ON.. C 5.8 V (0.9 Du) 16 µa 4 µa t OFF C 5.8 V 4 µa 1. C GND 2. Du OCL PWM ON duty 3. TL t ON, t OFF ON/OFF 5.8 V (V THH V THL ) TL V THH = 7 V 4. UVL UVL Rev.3.00 2005.06.15 page 12 of 41
30 V (DC) I O ±0.2 A (Peak) I O peak ±2 A V CL 4, 1 V E.AMP V IEA V E/O V IE/O V R T1 I RT1 500 µa R T2 I RT2 5 ma (Ta = 25 C) P T 680 mw 1, 2 Topr 20 85 C Tstg 55 125 C 1. SOP (FP) 40 40 1.6 (mm) 10% Ta = 45 C 8.3mW/ C 30% Ta = 64 C 11.1mW/ C 2. DIP (P) Ta = 45 C 8.3mW/ C Power dissipation P T (mw) 700 600 500 400 300 200 100 45 C 64 C 30% Wiring density 20 0 20 40 60 80 100 120 140 Ambient temperature Ta ( C) 10% Wiring density Rev.3.00 2005.06.15 page 13 of 41
PWM (Ta = 25 C, = 18V, f OSC = 100kHz) Min Typ Max 6.10 6.45 6.80 V Line 30 60 mv 12V 30V Load 30 60 mv 0mA I O 10mA / Ta 40 ppm/ C I OS 30 50 ma = 0V OVP Vrovp 7.4 8.0 9.0 V fmax 600 khz fmin 1 khz f/f O1 ±1 ±3 % 12V 30V f O1 = (fmax fmin)/2 f/f O2 ±1 % 20 C Ta 85 C f O2 = (fmax fmin)/2 f OSC 270 300 330 khz R T1 = R T2 = 27kΩ C T = 120pF t DB 1.0 µs V TL 1.9 2.2 2.5 V V TH 3.8 4.2 4.6 V V TH 1.7 2.0 2.3 V DB1 ±1 ±3 % R T1 = R T2 = 27kΩ C T = 470pF DB2 ±0.2 ±2.0 % 12V 30V (Dmax Dmin)/2 DB3 ±1 % 20 C Ta 85 C V IO 2 10 mv I IB 0.8 2.0 µa I O sink 80 140 µa V O = 2V I O source 80 140 µa V O = 5V (Dmax Dmin)/2 V OH 1.5 V I O = 10µA V OL 0.5 V GV 55 db f = 10kHz BW 15 MHz ( ) V CM 1.2 V () V CM 1.5 V () V TH 0.216 0.240 0.264 V () I B 180 250 µa V CL = 0V ( ) V TH 0.264 0.240 0.216 V 1 ( ) I B 950 1350 µa V CL = 0.3V t OFF 100 ns C L V CL = 0.35V () V TH 0.216 0.240 0.264 V V STH 3.2 3.8 4.4 V Isink = 1mA Isink 7 10 13 µa V ST = 2.0V ( ) Rev.3.00 2005.06.15 page 14 of 41
1 2 * 3 (Ta = 25 C, = 18V, f OSC = 100kHz) Min Typ Max TH 14.7 16.2 17.7 V TL 8.5 9.5 10.5 V V TH 5.2 6.2 7.2 V V rth 4.5 5.0 5.5 V V rtl 3.5 4.0 4.5 V V THH 6.5 7.0 7.5 V R2 6.0 6.5 7.0 V V THL2 1.0 1.3 1.6 V 2 UVL LOW V 2.0 3.0 V TL R2 OCL Isource 8 12 16 µa C L ON Isink 2.5 4 5.5 µa T L (ON/OFF) = 4V V OL1 1.7 2.2 V I O sink = 0.2A V OH 2.2 V I O source = 0.2A V OL2 0.5 V I O sink = 1mA t r 40 ns C L = 1000pF t f 60 ns Ist 160 250 µa I IN1 16 20 ma = 30V, C L = 1000pF f = 100kHz I IN2 12 16 ma = 30V, f = 100kHz Output open I IN3 350 460 µa = 14V -GND V Z 30 34 V 1. 1.0V 2. HA16108P/FP 3. Timer Latch: HA16107P/FP, ON/OFF Timer: HA16108P/FP 1 PWM (R T2 ) Ist Rref HA16107 Series C IN I IN 1 Rev.3.00 2005.06.15 page 15 of 41
HA16107 HA16108 DC 2 10V/100µs IC IC 3 10V/100µs AC/DC IC 1V/100µs Input Output HA16107 Series Feedback GND 2 Input Output Time constant circuit R 51Ω 18 V 1 µf C HA16107 Series GND Feedback 3 Rev.3.00 2005.06.15 page 16 of 41
40 30 Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz Operating current (ma) 20 10 0 10 20 30 40 Power supply voltage (V) 2.0 1.5 Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T =470 pf f OSC = 100 khz Latch current (ma) 1.0 0.5 0 10 20 30 40 Power supply voltage (V) Rev.3.00 2005.06.15 page 17 of 41
400 300 Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T =470 pf f OSC = 100 khz Standby current (µa) 200 100 0 4 8 12 16 20 Power supply voltage (V) 20 V OH Ta = 25 C = 20 V 15 C T = 470 pf Output V OH (V) 10 UVL 2 Voltage OVP Voltage 5 0 2 4 6 8 10 Reference voltage (V) Rev.3.00 2005.06.15 page 18 of 41
Reference voltage (V) 8 6 4 2 Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T =470 pf f OSC = 100 khz 0 10 20 30 Power supply voltage (V) 400 300 Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T =470 pf f OSC = 100 khz OFF V CL V CL Output OFF time (ns) 200 100 C L = 100 pf C L = unloaded 0 0.2 0.3 0.4 V CL (V) Rev.3.00 2005.06.15 page 19 of 41
Output ON duty (%) 60 50 40 30 20 ON Ta = 25 C R T1 = R T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz 10 0 1 2 3 4 5 Error input voltage (V) Rev.3.00 2005.06.15 page 20 of 41
PWM Out C L () 0 0.1 0.2 0.3 0.4 3.0 PWM OUT 0 0.1 0.2 0.3 0.4 3.0 C L () PWM Out C L ( ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.0 PWM OUT 0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.0 C L ( ) Rev.3.00 2005.06.15 page 21 of 41
20 Timing resistance R T1, R T2 (kω) 15 10 5 = 18V Ta = 25 C C T = 470 pf f OSC = 100 khz R T1 R T2 0 30 40 50 60 70 80 Deadband duty (%) 2000 = 18V Temperature fluctuation (ppm) 1000 0 1000 R T1 = R T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz 2000 20 0 25 50 75 85 Ambient temperature ( C) Rev.3.00 2005.06.15 page 22 of 41
Frequency variance (%) 10 5 0 = 18V R T1 = R T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz 5 10 20 0 25 50 75 85 Ambient temperature ( C) 10 5 = 18V R T1 = R T2 = 27 kω C T = 120 pf f OSC = 300 khz Frequency variance (%) 0 5 10 20 0 25 50 75 85 Ambient temperature ( C) Rev.3.00 2005.06.15 page 23 of 41
Frequency variance (%) 10 5 0 5 = 18V R T1 = R T2 = 13 kω C T = 120 pf f OSC = 600 khz 10 20 0 25 50 75 85 Ambient temperature ( C) 10 = 18V ON Output ON duty variance (%) 5 0 5 f = 100 khz f = 300 khz f = 600 khz 10 20 0 25 50 75 85 Ambient temperature ( C) Rev.3.00 2005.06.15 page 24 of 41
600 500 = 18 V Ta = 25 C 300 C T = 120 pf 270 pf Oscillator frequency (khz) 100 90 70 50 30 470 pf 820 pf 3300 pf 10 9 7 5 7 10 30 50 70 100 Timing resistance R T1 (= R T2 ) (kω) Rev.3.00 2005.06.15 page 25 of 41
I O (ma) Vout (V) I O (ma) Vout (V) 40 30 20 10 0 500 0 500 40 30 20 10 0 500 0 500 Vout Vout 200 ns/div Test circuit Ta = 25 C Current probe C L 1000 pf I O OUT CL () 27 kω 470 pf R T1 C T S T R T2 TL 27 kω R T1 = R T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz * Current probe: Tektronix AM503 1µF C ST 1 µf 200 ns/div Rev.3.00 2005.06.15 page 26 of 41
V TL (V) 7 6 5 4 3 2 Duty = 0% A B Test circuit OUT C L C 1000 pf L() Clock R T1 470 pf 27 kω C T S T R T2 27 kω = 18V R = R T1 T2 = 27 kω C T = 470 pf f OSC = 100 khz T L 1 µf C ST 1 µf SW 1 0 C L() Duty = 0% SW ON t ON SW OFF t OFF 0.5 sec/div C L() Duty = 30% t1 t2 7 6 5 Duty = 30% V TL a t1 Du = 100 (%) t2 A b c V TL (V) 4 3 2 A B 4 µa C TL 12 µa C TL t B 1 V TL 4 µa C TL 0 SW ON t ON SW OFF t OFF 0.5 sec/div a b b to b to c t : PWM High : : PWM Low Rev.3.00 2005.06.15 page 27 of 41
アプリケーションヒント 1. パワー MOS FET の電流検出部のフィルタ設計 1.1 電流リミット スイッチング素子の電流波形を検出するには, 図 4 のようにソース抵抗 R CL で電圧変換し, さらに C 1, R 1, R 2 からなるローパスフィルタを通し, 図 5 のようなヒゲ電圧による誤動作を防ぐようにします こうすることで HA16107 の CL 入力端子 ( ノード 2) の波形は, ヒゲのなくなった, なめらかなものになります 次に, 検出したいスイッチ電流 I D が与えられた場合の各定数の決め方を記します 図 4 の場合, 次式が成立します R CL I D R 1 / (R 1 R 2 ) Vth (CL) (R 1 // R 2 ) I B ただし, 各パラメータは下記のとおりです R CL : 電流検出抵抗 ( 数 Ω 以下 ) I D : 検出ドレイン電流 R 1, R 2 : フィルタ兼分圧抵抗 ( 数 100Ω~ 数 kω) Vth (CL) :HA16107 の過電流検出スレッシュホールド電圧 ( 側 ) (240mV typ.) I B :HA16107 の過電流検出 () バイアス電流 (180µA typ.) R 1 は,R 2 と組み合わせて分圧抵抗となっており, 電流検出レベルの設定の自由度が大きくなります よって, 場合によっては,R 1 は省略可能です HA16107 GND OUT CL CL V B R G I D 2 C R R 2 1 1 1 R CL 図 4 電流検出部回路図 1.2 フィルタのカットオフ周波数 このカットオフ周波数は,1.1 で説明したヒゲ波形をカットして IC に入力するために設定します ヒゲ波形の周波数成分は, 一般に IC の動作周波数の 5~10 倍以上で, これを目安に, 次式により設定します f C = 1 / {2π C 1 (R 1 // R 2 )} なお,f C をあまり小さく ( 時定数大 ) 設定すると, 図 5 のノード 2 の電圧が低くなるので, 注意が必要です 1 ( ) 2 ( ) 図 5 図 4 のノード電圧波形 Rev.3.00 2005.06.15 page 28 of 41
2. エラー ( 誤差 ) 電圧の帰還のかけ方 オフラインコンバータにおいて, エラー電圧を PWM 制御部分にフィードバックする方法として, 本 IC では 2 通りあります 2.1 IC のエラーアンプを用いる方法 この方法は, トランスの方式がフライバックトランス ( 各巻線の電圧が互いに比例 ) の場合に限り有効です 図 6 のように, 本 IC の を抵抗で分圧してエラーアンプの反転入力端子へ, また IC の を抵抗で分圧してエラーアンプの非反転入力端子へ入力します 詳細は, 応用回路例をご覧ください IC IN () GND E/O IC IN ( ) 6.45V typ 図 6 エラーアンプの接続例 2.2 フォトカプラとシャントレギュレータを用いる方法 この方法は, フォトカプラ, シャントレギュレータといった部品点数が増える難点はあるものの, 高精度, 高安定度出力というメリットがあるため, よく用いられます ( フライバックトランス, フォワードトランスいずれも可能 ) GND HA16107 E/O R L I F V K 3V K A R 1 0.95V R 2 1.05V REF 2.5V R 3 R 4 HA17431 ( ) V 0 (5V) 図 7 エラーアンプにシャントレギュレータを用いる方法 図 7 は, 典型的な数値例を示してあります 以下, 説明と計算を示します V 0 = (R 3 R 4 ) / R 4 V REF はシャントレギュレータ (HA17431) の基準電圧です R 3, R 4 は, シャントレギュレータの Iref を考慮して, 数 10kΩ とします V 0 = 5V なら R 3 : R 4 = 1 : 1 です シャントレギュレータは動作マージンを考え, ここでは, カソード電圧 V K = 3V とします R 1, R 2 はフォトカプラ内の LED の保護用で,LED に対する分圧および分流抵抗も兼ねています Rev.3.00 2005.06.15 page 29 of 41
ここで, 典型的なフォトカプラの LED の規格を引用して, V F = 1.05V, I F = 2.5mA とします R 2 は LED の分圧兼分流 ( 暗電流対策 ) のため,LED の I F の 1/10 程度, 電流を流します ここでは 0.3mA とします 以上から, 図 7 のパラメータを用いると,R 1, R 2 は求まります R 1 = (V 0 V F V K ) / (I F I B ) = (5V 1.05V 3V) / (2.5mA 0.3mA) = 339Ω R 2 = V F / I B = 1.05V / 0.3mA = 3.5kΩ 抵抗値を,E24 系列から選ぶと, R 1 = 330Ω, R 2 = 3.3k~3.6kΩ となります なお, フォトカプラの中の一次側である, フォトトランジスタの回路は, 図 7 のようにエミッタフォロワーとし, 負荷は数 kω の抵抗を接続します そして, そのエミッタを E/O 端子に接続します IN(), IN( ) 端子は, 保護のため,GND または に接続してください また, この場合のエラー電圧に対するゲイン G は, 次のようになります G = R4 / (R3 R4) (HA17431 の開ループ利得 ) ( フォトカプラの利得 ) (HA17431 の電圧利得は約 50dB です ) 詳細は, 応用回路例をご覧ください Rev.3.00 2005.06.15 page 30 of 41
ON/OFF 端子の動作波形の例 V ON/OFF (V) Duty = 0% 7 6 B 5 4 3 2 A 1 Test circuit C L 1000 pf ON/OFF OUT C L() Clock R T1 27 kω 470 pf C T V IN = 18V R T1 = R T2 = 27 kω C = 470 pf f S RT2 27 kω T OSC T = 100kHz 1 µf C ST 1 µf 0 t ON t OFF t ON t OFF t ON t OFF 0.5 sec/div C L() Duty = 0% C L() Duty = 30% t 1 SW ON SW OFF t 2 Duty = 30% 7 6 B 5 V TL t 1 Du = 100 (%) t 2 A a b c V ON/OFF (V) 4 3 2 A 4 µa C TL 12 µa C TL t B 1 0 V TL 4 µa C TL 0.5 sec/div t t ON t OFF t ON t OFF a to b : PWM High SW ON SW OFF b b to c : : PWM Low Rev.3.00 2005.06.15 page 31 of 41
エラーアンプの特性 60 Open Loop Gain A VO (db) 40 20 0 10 k 0 45 A φ VO 90 135 180 30 k 100 k 300 k 1 M 3 M 10 M 30 M 100 M Input signal frequency f IN (Hz) Phase Change φ (deg) 本 IC による電源の垂下特性の例 ( フォワードトランス電源 ) V OUT (DC) (V) 5.0 2.5 A B OFF ON A B 0 1 2 3 4 I OUT (DC) (A) HA16107 ( ) 5.0 V OUT (DC) (V) 2.5 A ON B OFF A B 0 1 2 3 4 I OUT (DC) (A) HA16108 (ON/OFF ) Rev.3.00 2005.06.15 page 32 of 41
動作回路例 (IC ) Bridge Diode Start-up Resistor 140 V El-30 Trans former Schottky barrier diode HRP 24 82 kω 1 W 51 Ω HZP 16 2SK1567 40T 6T 470 µf 5V, 2 A OUTPUT RFI FILTER Current Sense 1.5 Ω 3 W 23T 50 V 22 µf HRP 32 HZP 16 18.9 V OVP Detector Current Sense L.P.F. AC INPUT fosc = 100 khz, Dumax = 50% Frequency, Max, Duty Setting 110 Ω 51 Ω 27 kω CL( ) 27 kω CL() 4700 pf R T1 470 pf V IN 1 OUT 2 3 V E 4 5 6 7 8 C T R T2 OUT V C V E Current limiter QCLM QR Q S 3.4 V 10 µa PWM Comparator Triangle wave UVL1&UVL2 Pulse by pulse latch 4 µa ON/OFF Latch UVL1 (V = 7V) ST TH R S Q HA16107P/FP 6.45 V Zener type reference voltage O generation V circuit P UVL2 16 µa UVL1 H L V L V H UVL2 H L 4V 5V 34 V 140 µa Error amp. TL 16 15 14 13 12 11 10 9 E/O IN( ) 510 kω NC Phase Comp. GND IN() ST 1 µf 6.45 V Timerlatch Capacitor 16 V 16 V 1 µf 330 kω 33kΩ 68 kω 1 µf 16 V 3.225 V Soft Start Cap. 33kΩ Rev.3.00 2005.06.15 page 33 of 41
Bridge diode Power thermister AC INPUT 200 V 100 µf R B 1 W 82 kω (Start-up resistor) 10 kω Timer latch capacitor 1 µf 16 TL 15 14 E/O IN ( ) (Soft start 1 µf capacitor) 13 12 11 10 9 NC IN ST () HA16107P/108P 0.47 µf 13 kω HZP16 CL V OUT () R T1 C T C T2 1 2 3 4 5 6 7 8 51 Ω 13 kω 470 pf 110 Ω 4700 pf DFG1C8 HRW26F 47 µh 0.3 φ 50 T 0.3 φ 0.5 φ 8 T 50 T 0.5 φ 50 V 8 T 22 µf * * 3 A Max 16 V 1000 µf 1.8 kω 4.7 kω B HA17431P 330 Ω 3.3 Ω 3.3 µf Secondary error amplifier 2SK1567 TLP521 3 W 1.5 Ω (Current sense) * Bifiler transfomer core size EI-30 equivalent product (Current sense filter) 51 Ω DC OUT (5 V, 3 A) Rev.3.00 2005.06.15 page 34 of 41
C L () OVP R B OVP detector out C L () TL 1 µf OVP TL Rev.3.00 2005.06.15 page 35 of 41
アプリケーション 1. フライバックトランスの 1 次側制御におけるエラーアンプの使用法 この事例はフライバックトランス式 AC/DC コンバータにおいて, 図 8 のトランスの巻数比と電圧比がたがいに比例することを利用しています 出力電圧 V 2 の変動が IC の電源電圧 V 3 にも現われるので, これを抵抗で分圧し, エラーアンプで増幅します この方式は, フォトカプラを使わずにすむので, 部品点数の少ない電源を構成できる特長があります ( なおフォワードトランスでは, この事例は適用できません ) AC V 1 N 1 V 3 IC N 2 V 2 N 3 R 1 R 4 R 3 C 1 R 2 14 11 15 2.5V E/O R 2 V R 1 R 3 = 2 N V 3 = 3 V 2, N 2 1 2 図 8 エラーアンプ周辺回路図 < エラーアンプまわりの外付け定数の決定 > 1. DC 特性の決定図 8 において, 枠内の関係式が成立するので, これをもとに各パラメータを決めます なお, トランスの巻数の絶対値は, 次式 N 1 : N 2 : N 3 = V 1 : V 2 : V 3 をもとに,1 次インダクタンスを考慮して決定します 次に IC の動作電圧 V 3 は UVL 電圧を考慮し,11V~18V 程度とします V 3 は, 大きくしすぎると IC の消費電力が増加し, 発熱トラブルの原因となります また逆に, 小さくしすぎると, 電源の起動不良の原因となります 2. エラーアンプの利得 周波数特性の決定図 8 の構成とした場合, 出力電圧 V 2 の変動に対するエラーアンプの利得特性は図 9 のようになります G 1 G (db) f 1 f AC f 2 G 2 R 6 0 R 6 = 0 f OSC f(hz) 図 9 エラーアンプ特性 Rev.3.00 2005.06.15 page 36 of 41
図 9 における, 各パラメータは次式より求まります 利得 G 1 = V 3 /V 2 R 3 /R 1 G 2 = V 3 /V 2 R 4 /R 1 コーナー周波数 f 1 = 1/(2π C 1 R 3 ) f 2 = 1/(2π C 1 R 4 ) ただし R 3 >>R 4 (10 : 1 以上 ) G 1 はレギュレーション, 安定性の双方を考慮し,30~50dB 程度とします f 1 は, 商用周波数のリップル f AC よりも低い値とし, これによるハンチング ( 系の不安定現象 ) を防止します 次に G 2 は,IC の動作周波数 f OSC ( 数 10~ 数 100kHz) において, 利得を持たないように 0dB 以下を目安に設定します f 2 は f OSC より十分小さく, かつ電源の応答速度 ( 数 khz) に見合った値としてください なお, 商用周波数のリップルは, 整流回路がブリッジ方式の場合, 入力周波数の 2 倍となります ( 商用周波数が 50Hz なら f AC = 100Hz) 2. 電流検出部の外付け定数設計 (HA16107, HA16108, HA16666) 電流検出機能が内蔵されている, 上記型名の IC においては, スイッチ素子の電流検出抵抗 R CS と IC の電流検出端子の間に, 必ず図 10 のようなローパスフィルタを入れてください V B 140V C X IC PWM IC V 12 R A MOS FET I D V 11 C A R B R CS 100mΩ Ω (LPF) 図 10 電流検出回路 その理由は, 各サイクルにおけるスイッチ素子の導通時に, トランスの浮遊容量 C X を充電するのに伴いインパルス電流が流れ,IC の電流検出を誤動作させるからです ( 図 11 参照 ) V 11 V TH V 12 図 11 電流検出波形 Rev.3.00 2005.06.15 page 37 of 41
< 数値の設定法 > 検出したいスイッチ素子の電流を I D, 電流検出抵抗を R CS とすると, 図 10 のパラメータを用いて次式が成立します I D R CS = ((R A R B )/R B ) V TH ただし,V TH は IC の検出レベル電圧で, 例えば HA16107 ならば 240mV です R A,R B は数 100Ω~ 数 kω のオーダーとし,R CS に影響を与えないようにします 次に, フィルタのカットオフ周波数は次式となります f C = 1/(2π C A (R A /R B )) f C は,IC の動作周波数 f OSC, 電源の定格時のオンデューティ D, パワー MOS 素子のターンオン時間 t ON を用いて, 次の目安で求めます fosc/d f C 1/(100 t ON ) 上式の 100 という値はノイズ, リンギングなどに対してマージンをとったものです < 具体例 > HA16107 を用いた, 動作周波数が 100kHz, D = 30% のある SW 電源において,V B = 140V,C X = 80pF,t ON = 10ns でした よって図 11 の V 11 のレベルピーク値は,R CS = 1Ω のとき, V11 (peak) = RCS ID peak = RCS (VB CX)/tON = 1Ω (140V 80pF)/10nS = 1.12 (V) にまで達してしまいます そこで, 以下の定数のフィルタを挿入しました RA = RB = 1kΩ, CA = 1000pF このとき, 検出できるドレイン電流は 0.48 (A) となります また, フィルタのカットオフ周波数は,318 (khz) となります なお, フィルタの時定数を大きくすることは, ノイズに対しては有効ですが, 大きくしすぎるとスイッチ素子の電流検出レベルに誤差を生じるのでご注意ください 3. IC の発熱トラブルとその対策 (HA16107 シリーズ,HA16114 シリーズ ) 上記の IC は, パワー MOS FET のゲートを直接駆動できる反面, その使用法を十分吟味しないと, ゲート駆動電力の増大を招き,IC が発熱するといったトラブルとなることがあります 本項をご一読の上, トラブルを未然に防止してください 1. パワー MOS FET の駆動特性について パワー MOS FET の駆動を行う際は, オン抵抗を十分に低くするため, 通常はゲートしきい値電圧, 例え ば 5V よりも十分大きい電圧, 例えば IC の電源電圧 15V によりオーバードライブします このとき,IC からパワー MOS FET に供給すべき電力は, 図 13 のゲート電荷 Qg で決まります 2. IC の発熱電力の計算 ( 図 13) 次式により,IC の発熱に寄与する電力を計算します Pd = I Q 2Qg f ただし, :IC 電源電圧 IQ :IC の動作電流 ( 無負荷時 ) Qg : 上記ゲート電荷 f :IC の動作周波数 係数 2 はゲートの電荷放電も発熱に寄与することを示しています Rev.3.00 2005.06.15 page 38 of 41
4. パワー MOS FET のゲート抵抗の設計法 (HA16107 シリーズ,HA16114 シリーズ ) ゲート抵抗を接続する目的は, 以下 3 つあり, 一般に図 12 のような回路とします (1) ゲート充電電荷によるピーク電流を抑える (2) IC の出力端子の保護を行う (3) パワー MOS FET の入力特性に合った駆動をする D G OUT IC R G1 R G2 C S MOS FET RCS 図 12 ゲート駆動回路 このゲート抵抗 R G は, 以下より求めます R G = (V G /I G ) (V G t ON )/Qg, R G = R G1 R G2 I G : ゲート入力ピーク電流 V G : ゲートドライブ電圧波高値 (IC の電源電圧と等しい ) t ON : パワー MOS FET のターンオン時間 t OFF : パワー MOS FET のターンオフ時間 Qg : 図 13 によるゲート電荷 V DS (V) V DS V GS V GS (V) Qg (nc) 図 13 パワー MOS FET のダイナミック入力特性 Rev.3.00 2005.06.15 page 39 of 41
t ON,Qg についてはパワー MOS FET のカタログをご参照ください 抵抗 R G を R G1,R G2 に分けることにより, パワー MOS FET 導通時のスピードは遅く, しゃ断時は速くすることができます 実装時のパワー MOS FET の導通 しゃ断時間 t ON ',t OFF ' は次のようになります t ON ' = t ON Qg (R G1 R G2 )/V G t OFF ' = t OFF Qg R G2 /V G < 具体例 > HA16107 などでパワー MOS FET,2SK1567 をドライブする場合 (R G1 = 100Ω, R G2 = 20Ω, V G = 15V) t ON ' = 70ns 36nc (100Ω 20Ω)/(15V) = 360 (ns) t OFF ' = 135ns 36nc (20Ω)/(15V) = 183 (ns) 一般的にゲート抵抗の値は, 本回路構成の場合,R G1 は 100~470Ω,R G2 は 10~47Ω 程度とします Rev.3.00 2005.06.15 page 40 of 41
19.20 20.00 Max 16 9 As of January, 2003 Unit: mm 6.30 7.40 Max 1 E 1 1.3 8 1.11 Max 2.54 ± 0.25 0.48 ± 0.10 0.51 Min 2.54 Min 5.06 Max 7.62 0.25 0.13 0.05 0 15 Package Code JEDEC JEITA Mass (reference value) DP-16 Conforms Conforms 1.07 g JEITA Package Code P-SOP16-5.5x10.06-1.27 RENESAS Code PRSP0016DH-A Previous Code FP-16DA MASS[Typ.] 0.24g 16 *1 D 9 F NOTE) 1. DIMENSIONS"*1 (Nom)"AND"*2" DO NOT INCLUDE MOLD FLASH. 2. DIMENSION"*3"DOES NOT INCLUDE TRIM OFFSET. b p b1 Z 1 Index mark e 8 *3 b p *2 E x M A H c 1 c Terminal cross section L1 Reference Symbol D E A 2 A 1 A b p b 1 c c 1 Dimension in Millimeters Min Nom Max 10.06 10.5 5.5 0.00 0.10 0.20 2.20 0.34 0.42 0.50 0.40 0.17 0.22 0.27 0.20 θ 0 8 H E 7.50 7.80 8.00 y A L θ e x 1.27 0.12 Detail F y Z L 0.50 0.70 0.15 0.80 0.90 L 1 1.15 Rev.3.00 2005.06.15 page 41 of 41
100-0004 2-6-2 1. 1. 2. 3. (http://www.renesas.com) 4. 5. 6. 7. 8. http://www.renesas.com 100-0004 212-0058 190-0023 980-0013 970-8026 312-0034 950-0087 390-0815 460-0008 541-0044 920-0031 730-0036 680-0822 812-0011 2-6-2 ( ) 890-12 ( ) 2-2-23 ( 2F) 1-1-20 ( 13F) 4-9 ( ) 832-2 ( 1F) 1-4-2 ( 3F) 1-2-11 ( 7F) -2-29 ( ) 4-1-1 ( ) 3-1-1 ( 8F) 5-25 ( 8F) 2-251 ( ) 2-17-1 ( 5F) (03) 5201-5350 (044) 549-1662 (042) 524-8701 (022) 221-1351 (0246) 22-3222 (029) 271-9411 (025) 241-4361 (0263) 33-6622 (052) 249-3330 (06) 6233-9500 (076) 233-5980 (082) 244-2570 (0857) 21-1915 (092) 481-7695 E-Mail: csc@renesas.com 2005. Renesas Technology Corp., All rights reserved. Printed in Japan. Colophon 5.5