LTC3859A
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3859af標準的応用例
概要
改善されたBurst Mode動作を備えた、
低消費電流、トリプル出力の降圧/降圧/昇圧
同期整流式コントローラ
LTC®3859Aは、全てNチャネルのパワーMOSFET段をドライ ブする、高性能トリプル出力（降圧/降圧/昇圧）同期整流式 DC/DCスイッチング・レギュレータ･コントローラです。固定周 波数電流モード・アーキテクチャにより、最大850kHzまでの スイッチング周波数にフェーズロック可能です。LTC3859Aは 4.5V∼38Vの広い入力電源範囲で動作します。昇圧コンバー タの出力や別の補助電源からバイアスする場合、起動後は入 力電源電圧が2.5Vまで下がっても動作します。 無負荷時の消費電流が55μAなので、バッテリ駆動システム の動作時間が延びます。OPTI-LOOP補償により、広範な出 力容量とESR値に対して過渡応答の最適化を図ることができ ます。LTC3859Aは高精度の降圧用0.8Vリファレンス、昇圧 用1.2Vリファレンス、およびパワーグッド出力インジケータを 搭載しています。また、PLLIN/MODEピンにより、軽負荷時に Burst Mode動作、パルス・スキップ･モード、連続インダクタ電 流モードのいずれかを選択します。 LTC3859に比べて、LTC3859Aの昇圧コントローラは、安定 化された出力電圧より入力電圧が高いときのBurst Mode動 作の性能が向上しています。 L、LT、LTC、LTM、Burst Mode、OPTI-LOOP、およびµModuleはリニアテクノロジー社の登録 商標です。No RSENSEはリニアテクノロジー社の商標です。他の全ての商標はそれぞれの所有 者に所有権があります。5481178、5705919、5929620、6144194、6177787、6580258を含む米 国特許によって保護されています。特長
アプリケーション
n デュアル降圧およびシングル昇圧の同期整流式コントローラ n コールドクランクからわずか2.5Vまで出力を安定化状態に維持 n 動作時の低消費電流：（1つのチャネルがオン状態のとき）55μA n 広いバイアス入力電圧範囲：4.5V∼38V n 降圧出力電圧範囲： 0.8V ≤ VOUT ≤ 24V n 昇圧出力電圧： 最大60V n RSENSEまたはDCRによる電流検出n Burst Mode®動作であっても昇圧の同期MOSFETの100%
デューティサイクルが可能 n フェーズロック可能な周波数： 75kHz～850kHz n プログラム可能な固定周波数： 50kHz～900kHz n 軽負荷時に連続動作、パルス・スキップ動作または 低リップルBurstMode 動作を選択可能 n 非常に低い降圧ドロップアウト動作：99%デューティサイクル n 出力電圧のソフトスタートまたはトラッキングを調整可能 n シャットダウン時の低消費電流：14μA n 小型38ピン5mm×7mm QFNおよびTSSOPパッケージ n 車載向け常時オンおよびスタート・ストップシステム n バッテリ駆動デジタル機器 n DC分散電源システム n 複数出力の昇降圧アプリケーション 効率と入力電圧 3859 TA01a LTC3859A VFB3 TG3 BG3 SENSE3– SENSE3+ INTVCC BOOST1, 2, 3 ITH1, 2, 3 TRACK/SS1, 2 SS3 SW1 SENSE1+ SENSE1– VFB1 RUN1, 2, 3 EXTVCC TG2 SW2 BG2 SENSE2+ SENSE2– VFB2 PGND SGND VBIAS 4.9µH 6mΩ 357k 220µF 1µF 68.1k 68.1k 649k 68µF 68.1k 1.2µH 2mΩ 499k 4.7µF SW1, 2, 3 0.1µF 0.1µF VIN 2.5V TO 38V (START-UP ABOVE 5V) VOUT1 5V 5A VOUT1 VOUT2 8.5V 3A 220µF 220µF VOUT3 REGULATED AT 10V WHEN VIN < 10V FOLLOWS VIN WHEN VIN > 10V 6.5µH 8mΩ TG1 SW3 BG1 INPUT VOLTAGE (V) 0 EFFICIENCY (%) 100 95 85 75 65 55 90 80 70 60 50 20 10 30 3859A TA01b 40 15 35 5 25 FIGURE 12 CIRCUIT ILOAD = 2A VOUT2 = 8.5V VOUT1 = 5V
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3859af絶対最大定格
バイアス入力電源電圧（VBIAS） ...–0.3V～40V 降圧コントローラのトップサイド・ドライバ電圧 （BOOST1、BOOST2） ...–0.3V～46V 昇圧コントローラのトップサイド・ドライバ電圧 （BOOST3） ...–0.3V～76V 降圧コントラーラのスイッチ電圧（SW1、SW2） ...–5V～40V 昇圧コントローラのスイッチ電圧（SW） ...–5V～70V INTVCC、（BOOST1–SW1）、 （BOOST2–SW2）、（BOOST3–SW3）、 ...–0.3V～6V RUN1、RUN2、RUN3 ...–0.3V～8V 8Vを超えるソースからピンにソースされる 最大電流 ... 100µA （Note 1、3） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 TOP VIEW FE PACKAGE 38-LEAD PLASTIC TSSOP38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 ITH1 VFB1 SENSE1+ SENSE1– FREQ PLLIN/MODE SS3 SENSE3+ SENSE3– VFB3 ITH3 SGND RUN1 RUN2 RUN3 SENSE2– SENSE2+ VFB2 ITH2 TRACK/SS1 PGOOD1 TG1 SW1 BOOST1 BG1 SW3 TG3 BOOST3 BG3 VBIAS EXTVCC INTVCC BG2 BOOST2 SW2 TG2 OV3 TRACK/SS2 39 PGND TJMAX = 150°C, qJA = 25°C/W
EXPOSED PAD (PIN 39) IS PGND, MUST BE SOLDERED TO PCB
13 14 15 16 TOP VIEW 39 PGND UHF PACKAGE 38-LEAD (5mm × 7mm) PLASTIC QFN 17 18 19 38 37 36 35 34 33 32 24 25 26 27 28 29 30 31 8 7 6 5 4 3 2 1 FREQ PLLIN/MODE SS3 SENSE3+ SENSE3– VFB3 ITH3 SGND RUN1 RUN2 RUN3 SENSE2– SW1 BOOST1 BG1 SW3 TG3 BOOST3 BG3 VBIAS EXTVCC INTVCC BG2 BOOST2 SENSE1 – SENSE1 + VFB1 ITH1 TRACK/SS1 PGOOD1 TG1 SENSE2 + VFB2 ITH2 TRACK/SS2 OV3 TG2 SW2 23 22 21 20 9 10 11 12 TJMAX = 150°C, qJA = 34.7°C/W
EXPOSED PAD (PIN 39) IS PGND, MUST BE SOLDERED TO PCB
ピン配置
SENSE1+、SENSE2+、SENSE1–
SENSE2–の電圧 ...–0.3V～28V SENSE3+、SENSE3–の電圧 ...–0.3V～40V FREQの電圧 ...–0.3V～INTVCC EXTVCC...–0.3V～14V ITH1、ITH2、ITH3、VFB1、VFB2、VFB3の電圧 ...–0.3V～6V PLLIN/MODE、PGOOD1、OV3の電圧 ...–0.3V～6V TRACK/SS1、TRACK/SS2、SS3の電圧 ...–0.3V～6V 動作接合部温度範囲（Note 2） LTC3859AE, LTC3859AI ... –40°C～125°C LTC3859AH ... –40°C～150°C LTC3859AMP ... –55°C～150°C 保存温度範囲 ... –65°C～150°C
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電気的特性
発注情報
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
VBIAS Bias Input Supply Operating Voltage Range 4.5 38 V
VFB1,2 Buck Regulated Feedback Voltage (Note 4); ITH1,2 Voltage = 1.2V –40°C to 85°C, All Grades LTC3859AE, LTC3859AI LTC3859AH, LTC3859AMP l l 0.792 0.788 0.786 0.800 0.800 0.800 0.808 0.812 0.812 V V V VFB3 Boost Regulated Feedback Voltage (Note 4); ITH3 Voltage = 1.2V
–40°C to 85°C, All Grades LTC3859AE, LTC3859AI LTC3859AH, LTC3859AMP l l 1.188 1.182 1.179 1.200 1.200 1.200 1.212 1.218 1.218 V V V
IFB1,2,3 Feedback Current (Note 4) –10 ±50 nA
VREFLNREG Reference Voltage Line Regulation (Note 4); VIN = 4V to 38V 0.002 0.02 %/V VLOADREG Output Voltage Load Regulation (Note 4)
Measured in Servo Loop; DITH Voltage = 1.2V to 0.7V
l 0.01 0.1 %
Measured in Servo Loop; DITH Voltage = 1.2V to 2V
l –0.01 –0.1 %
gm1,2,3 Transconductance Amplifier gm (Note 4); ITH1,2,3 = 1.2V;
Sink/Source 5µA 2 mmho
lは全規定動作接合部温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA＝25 Cでの値。注記がない限り、VBIAS＝12V、
VRUN1,2,3＝5V、EXTVCC＝0V。（Note 2）
鉛フリー仕様 テープアンドリール 製品マーキング* パッケージ 温度範囲
LTC3859AEFE#PBF LTC3859AEFE#TRPBF LTC3859AFE 38-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C
LTC3859AIFE#PBF LTC3859AIFE#TRPBF LTC3859AFE 38-Lead Plastic TSSOP –40°C to 125°C
LTC3859AHFE#PBF LTC3859AHFE#TRPBF LTC3859AFE 38-Lead Plastic TSSOP –40°C to 150°C
LTC3859AMPFE#PBF LTC3859AMPFE#TRPBF LTC3859AFE 38-Lead Plastic TSSOP –55°C to 150°C
LTC3859AEUHF#PBF LTC3859AEUHF#TRPBF 3859A 38-Lead (5mm × 7mm) Plastic QFN –40°C to 125°C LTC3859AIUHF#PBF LTC3859AIUHF#TRPBF 3859A 38-Lead (5mm × 7mm) Plastic QFN –40°C to 125°C LTC3859AHUHF#PBF LTC3859AHUHF#TRPBF 3859A 38-Lead (5mm × 7mm) Plastic QFN –40°C to 150°C LTC3859AMPUHF#PBF LTC3859AMPUHF#TRPBF 3859A 38-Lead (5mm × 7mm) Plastic QFN –55°C to 150°C
さらに広い動作温度範囲で規定されるデバイスについては、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。*温度グレードは出荷時のコンテナのラベルで識別されます。 鉛フリー仕様の製品マーキングの詳細については、http://www.linear-tech.co.jp/leadfree/をご覧ください。
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電気的特性
lは全規定動作接合部温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA＝25 Cでの値。注記がない限り、VBIAS＝12V、VRUN1,2,3＝5V、EXTVCC＝0V。（Note 2）
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
IQ Input DC Supply Current (Note 5)
Pulse-Skipping or Forced Continuous Mode (One Channel On)
RUN1 = 5V and RUN2,3 = 0V or RUN2 = 5V and RUN1,3 = 0V or RUN3 = 5V and RUN1,2 = 0V VFB1, 2 ON = 0.83V (No Load) VFB3 = 1.25V
1.5 mA
Pulse-Skipping or Forced Continuous Mode (All Channels On)
RUN1,2,3 = 5V, VFB1,2 = 0.83V (No Load) VFB3 = 1.25V
3 mA
Sleep Mode
(One Channel On, Buck) RUN1 = 5V and RUN2,3 = 0V or RUN2 = 5V and RUN1,3 = 0V VFB,ON = 0.83V (No Load)
55 80 µA
Sleep Mode
(One Channel On, Boost) RUN3 = 5V and RUN1,2 = 0V VFB3 = 1.25V
55 80 µA
Sleep Mode
(Buck and Boost Channel On) RUN1 = 5V and RUN2 = 0V or RUN2 = 5V and RUN1 = 0V RUN3 = 5V
VFB1,2 = 0.83V (No Load) VFB3 = 1.25V
65 100 µA
Sleep Mode
(All Three Channels On) RUN1,2,3 = 5V, VFB1,2 = 0.83V (No Load) VFB3 = 1.25V
80 120 µA
Shutdown RUN1,2,3 = 0V 14 30 µA
UVLO Undervoltage Lockout INTVCC Ramping Up l 4.15 4.5 V
INTVCC Ramping Down l 3.5 3.8 4.0 V
VOVL1,2 Buck Feedback Overvoltage Protection Measured at VFB1,2 Relative to Regulated VFB1,2
7 10 13 %
ISENSE1,2+ SENSE+ Pin Current Bucks (Channels 1 and 2) ±1 µA
ISENSE3+ SENSE+ Pin Current Boost (Channel 3) 170 µA
ISENSE1,2– SENSE– Pin Current Bucks (Channels 1 and 2) VOUT1,2 < VINTVCC – 0.5V
VOUT1,2 > VINTVCC + 0.5V 700
±2 µA
µA ISENSE3– SENSE– Pin Current Boost (Channel 3)
VSENSE3+, VSENSE3– = 12V
±1 µA
DFMAX,TG Maximum Duty Factor for TG Bucks (Channels 1,2) in Dropout, FREQ = 0V
Boost (Channel 3) in Overvoltage 98 10099 % %
DFMAX,BG Maximum Duty Factor for BG Bucks (Channels 1,2) in Overvoltage
Boost (Channel 3) 100 96 % %
ITRACK/SS1,2 Soft-Start Charge Current VTRACK/SS1,2 = 0V 0.7 1.0 1.4 µA
ISS3 Soft-Start Charge Current VSS3 = 0V 0.7 1.0 1.4 µA
VRUN1 ON VRUN2,3 ON
RUN1 Pin Threshold
RUN2,3 Pin Threshold VVRUN1RUN2,3 Rising Rising
l l
1.19
1.23 1.25 1.28 1.31 1.33 V V
VRUN1,2,3 Hyst RUN Pin Hysteresis 80 mV
VSENSE1,2,3(MAX) Maximum Current Sense Threshold VFB1,2 = 0.7V, VSENSE1,2– = 3.3V VFB1,2,3 = 1.1V, VSENSE3+ = 12V
l 43 50 57 mV
VSENSE3(CM) SENSE3 Pins Common Mode Range
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電気的特性
lは全規定動作接合部温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA＝25 Cでの値。注記がない限り、VBIAS＝12V、VRUN1,2,3＝5V、EXTVCC＝0V。(Note 2）
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
ゲート・ドライバ TG1,2 Pull-Up On-Resistance Pull-Down On-Resistance 2.5 1.5 Ω Ω BG1,2 Pull-Up On-Resistance Pull-Down On-Resistance 2.4 1.1 Ω Ω TG3 Pull-Up On-Resistance Pull-Down On-Resistance 1.2 1.0 Ω Ω BG3 Pull-Up On-Resistance Pull-Down On-Resistance 1.2 1.0 Ω Ω TG1,2,3 tr TG1,2,3 tf TG Transition Time: Rise Time Fall Time (Note 6) CLOAD = 3300pF CLOAD = 3300pF 25 16 ns ns BG1,2,3 tr BG1,2,3 tf BG Transition Time: Rise Time Fall Time (Note 6) CLOAD = 3300pF CLOAD = 3300pF 28 13 ns ns
TG/BG t1D Top Gate Off to Bottom Gate On Delay
Synchronous Switch-On Delay Time CLOAD = 3300pF Each Driver Bucks (Channels 1, 2) Boost (Channel 3) 30 70 ns ns BG/TG t1D Bottom Gate Off to Top Gate On Delay
Top Switch-On Delay Time CLOAD = 3300pF Each Driver Bucks (Channels 1, 2) Boost (Channel 3) 30 70 ns ns
tON(MIN)1,2 Buck Minimum On-Time (Note 7) 95 ns
tON(MIN)3 Boost Minimum On-Time (Note 7) 120 ns
INTVCC Linear Regulator
VINTVCCVBIAS Internal VCC Voltage 6V < VBIAS < 38V, VEXTVCC = 0V, IINTVCC = 0mA 5.0 5.4 5.6 V VLDOVBIAS INTVCC Load Regulation ICC = 0mA to 50mA, VEXTVCC = 0V 0.7 2 % VINTVCCEXT Internal VCC Voltage 6V < VEXTVCC < 13V, IINTVCC = 0mA 5.0 5.4 5.6 V VLDOEXT INTVCC Load Regulation ICC = 0mA to 50mA, VEXTVCC = 8.5V 0.7 2 %
VEXTVCC EXTVCC Switchover Voltage EXTVCC Ramping Positive 4.5 4.7 V
VLDOHYS EXTVCC Hysteresis 200 mV
発振器とフェーズロック・ループ
f25k Programmable Frequency RFREQ = 25k; PLLIN/MODE = DC Voltage 115 kHz
f65k Programmable Frequency RFREQ = 65k; PLLIN/MODE = DC Voltage 375 440 505 kHz
f105k Programmable Frequency RFREQ = 105k; PLLIN/MODE = DC Voltage 835 kHz
fLOW Low Fixed Frequency VFREQ = 0V PLLIN/MODE = DC Voltage 320 350 380 kHz
fHIGH High Fixed Frequency VFREQ = INTVCC; PLLIN/MODE = DC Voltage 485 535 585 kHz
fSYNC Synchronizable Frequency PLLIN/MODE = External Clock l 75 850 kHz
PGOOD1出力
VPGL1 PGOOD1 Voltage Low IPGOOD1 = 2mA 0.2 0.4 V
IPGOOD1 PGOOD1 Leakage Current VPGOOD1 = 5V ±1 µA
VPG1 PGOOD1 Trip Level VFB1 with Respect to Set Regulated Voltage
VFB1 Ramping Negative –13 –10 –7 %
Hysteresis 2.5 %
VFB1 Ramping Positive 7 10 13 %
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3859af Note 1:絶対最大定格に記載された値を超えるストレスはデバイスに永続的損傷を与える可 能性がある。長期にわたって絶対最大定格条件に曝すと、デバイスの信頼性と寿命に悪影響 を与える可能性がある。Note 2:LTC3859AはTJがTAにほぼ等しいパルス負荷条件でテストされる。LTC3859AEは0°C～ 85°Cの温度範囲で性能仕様に適合することが保証されている。–40°C～125°Cの動作接合 部温度範囲での仕様は、設計、特性評価および統計学的なプロセス・コントロールとの相 関で確認されている。LTC3859AIは–40°C～125°Cの動作接合部温度範囲で保証されてお り、LTC3859AHは–40°C～150°Cの動作接合部温度範囲で保証されており、LTC3859AMPは –55°C～150°Cの動作接合部温度範囲でテストされ、保証されている。接合部温度が高いと 動作寿命が短くなる。125°Cを超える接合部温度では動作寿命はディレーティングされる。こ れらの仕様を満たす最大周囲温度は、基板レイアウト、パッケージの定格熱インピーダンス および他の環境要因と関連した特定の動作条件によって決まることに注意。TJは周囲温度TA および電力損失PDから次式に従って計算される。TJ＝TA＋（PD • qJA）、ここで、QFNパッケー ジではqJA＝34°C/W、TSSOPパッケージではqJA＝25°C/W。 Note 3:このデバイスには短時間の過負荷状態の間デバイスを保護するための過温度保護機 能が備わっている。この保護がアクティブなとき、最大定格接合部温を超える。規定された絶 対最大動作接合部温度を超えた動作が継続すると、デバイスの信頼性を損なう、またはデバ イスを永久的に損傷するおそれがある。
Note 4：このLTC3859Aは帰還ループを使ってVITH1,2,3を規定電圧にサーボ制御し、そのとき のVFB電圧を測定してテストされる。85°Cでの仕様は製造時にはテストされず、設計、特性評 価および他の温度（LTC3859AE/LTC3859AIでは125°C、LTC3859AH/LTC3859AMPでは150°C） での製造時のテストとの相関によって確認されている。LTC3859AMPの場合、–40°Cでの仕様 は製造時にはテストされず、設計、特性評価および–55°Cでの製造時のテストとの相関によっ て確認されている。 Note 5:スイッチング周波数で供給されるゲート電荷により動的消費電流が増える。「アプリ ケーション情報」のセクションを参照。 Note 6：立ち上がり時間と立ち下がり時間は10%と90%のレベルを使用して測定する。遅延 時間は50%レベルを使って測定する。
Note 7：最小オン時間の条件は、IMAXの40%以上のインダクタ・ピーク・トゥ・ピーク・リップル 電流に対して規定されている（「アプリケーション情報」のセクションの「最小オン時間に関す る検討事項」を参照）。
電気的特性
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
TPG1 Delay For Reporting a Fault 20 µs
OV3昇圧過電圧インジケータの出力
VOV3L OV3 Voltage Low IOV3 = 2mA 0.2 0.4 V
IOV3 OV3 Leakage Current VOV3 = 5V ±1 µA
VOV OV3 Trip Level VFB With Respect to Set Regulated Voltage 6 10 13 %
Hysteresis 1.5 %
BOOST3チャージポンプ
IBST3 BOOST3 Charge Pump Available Output
Current VForced Continuous ModeBOOST3 = 16V; VSW3 = 12V; 65 µA
lは全規定動作接合部温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA＝25 Cでの値。注記がない限り、VBIAS＝12V、
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3859af標準的性能特性
Burst Mode動作の負荷ステップ （降圧） パルススキップ・モードの 負荷ステップ（降圧） 強制連続モードの 負荷ステップ（降圧） 軽負荷時のインダクタ電流（降圧） ソフトスタート 降圧コントローラの安定化された帰還電圧と温度 効率および電力損失と出力電流 （降圧） 効率と出力電流（降圧） 効率と入力電圧（降圧）OUTPUT CURRENT (A) 0.0001 EFFICIENCY (%) POWER LOSS (mW) 100 90 70 50 30 10 80 60 40 20 0 10000 100 1 1000 10 0.1 1 10 0.01 3859A G01 0.1 0.001 FIGURE 12 CIRCUIT VIN = 10V, VOUT = 5V FCM EFFICIENCY PULSE-SKIPPING EFFICIENCY BURST LOSS BURST EFFICIENCY FCM LOSS PULSE-SKIPPING LOSS
OUTPUT CURRENT (A) 0.0001 EFFICIENCY (%) 100 90 70 50 30 10 80 60 40 20 0 1 10 0.01 3859A G02 0.1 0.001 VIN = 10V VIN = 20V FIGURE 12 CIRCUIT VOUT = 5V INPUT VOLTAGE (V) 0 EFFICIENCY (%) 100 99 97 95 93 98 96 94 92 20 25 30 35 40 10 3859A G03 15 5 FIGURE 12 CIRCUIT VOUT = 5V ILOAD = 4A 50µs/DIV VOUT 100mV/DIV AC-COUPLED IL 2A//DIV VIN = 12V VOUT = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 3859A G04 50µs/DIV VOUT 100mV/DIV AC-COUPLED IL 2A//DIV VIN = 12V VOUT = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 3859A G05 50µs/DIV VOUT 100mV/DIV AC-COUPLED IL 2A//DIV VIN = 12V VOUT = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 3859A G06 2µs/DIV FORCED CONTINUOUS MODE Burst Mode OPERATION 1A/DIV PULSE-SKIPPING MODE VIN = 10V VOUT = 5V ILOAD = 1mA FIGURE 12 CIRCUIT 3859A G07 20ms/DIV VOUT2 2V/DIV VOUT1 2V/DIV 3859A G08 FIGURE 12 CIRCUIT TEMPERATURE (°C) –75 REGULA
TED FEEDBACK VOL
TAGE (mV) 808 806 802 798 794 804 800 796 792 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G09 –25
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3859af標準的性能特性
Burst Mode動作の 負荷ステップ（昇圧） パルススキップ・モードの 負荷ステップ（昇圧） 負荷ステップ（昇圧）強制連続モードの 軽負荷時のインダクタ電流（昇圧） ソフトスタート（昇圧） 昇圧コントローラの安定化された帰還電圧と温度 効率および電力損失と 出力電流（昇圧） 効率と出力電流（昇圧） 効率と入力電圧（昇圧）OUTPUT CURRENT (A) 0.0001 EFFICIENCY (%) POWER LOSS (mW) 100 90 70 50 30 10 80 60 40 20 0 10000 100 1 1000 10 0.1 1 10 0.01 3859A G10 0.1 0.001 FIGURE 12 CIRCUIT VIN = 5V, VOUT = 10V, VBIAS = VIN FCM EFFICIENCY PULSE-SKIPPING EFFICIENCY BURST LOSS BURST EFFICIENCY FCM LOSS PULSE-SKIPPING LOSS
OUTPUT CURRENT (A) 0.0001 EFFICIENCY (%) 100 90 70 50 30 10 80 60 40 20 0 1 10 0.01 3859A G11 0.1 0.001 VIN = 5V FIGURE 12 CIRCUIT VBIAS = VIN VOUT = 10V VIN = 8V INPUT VOLTAGE (V) 2 EFFICIENCY (%) 100 99 97 95 91 92 93 98 96 94 90 6 7 8 9 10 4 3 3859A G12 5 FIGURE 12 CIRCUIT VBIAS = VIN VOUT = 10V ILOAD = 2A 200µs/DIV VOUT 100mV/ DIV AC-COUPLED IL 5A/DIV 3859A G13 VOUT = 10V VIN = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 200µs/DIV VOUT 100mV/DIV AC-COUPLED IL 5A/DIV 3859A G14 VOUT = 10V VIN = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 200µs/DIV VOUT 100mV/DIV AC-COUPLED IL 5A/DIV 3859A G15 VOUT = 10V VIN = 5V FIGURE 12 CIRCUIT 2µs/DIV FORCED CONTINUOUS MODE Burst Mode OPERATION 5A/DIV PULSE-SKIPPING MODE 3859A G16 VOUT = 10V VIN = 7V ILOAD = 1mA FIGURE 12 CIRCUIT 20ms/DIV VOUT3 2V/DIV GND 3859A G17 VIN = 5V FIGURE 12 CIRCUIT TEMPERATURE (°C) –75 REGULA
TED FEEDBACK VOL
TAGE (V) 1.212 1.209 1.203 1.191 1.194 1.197 1.206 1.200 1.188 0 25 50 75 100 120 150 –50 3859A G18 –25
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3859af標準的性能特性
SENSEピンの総入力電流と VSENSE電圧 降圧コントローラのSENSE–ピンの 入力バイアス電流と温度 昇圧コントローラのSENSEピンの総入力電流と温度 最大電流検出スレッショルドと デューティサイクル 最大電流検出スレッショルドと ITH電圧 TRACK/SSのプルアップ電流と温度 IINTVCCの ライン・レギュレーション INTVCCおよびEXTVCCと負荷電流 EXTVCC切り替え電圧および INTVCC電圧と温度 INPUT VOLTAGE (V) 0 INT VCC VOL TAGE (V) 5.5 5.4 5.2 5.3 5.1 5.0 15 20 25 30 35 40 5 3859A G19 10LOAD CURRENT (mA) 0 INT VCC VOL TAGE (V) 5.6 5.2 5.4 4.6 4.8 5.0 4.4 4.2 4.0 60 80 100 20 3859A G20 40 EXTVCC = 0V EXTVCC = 5V EXTVCC = 8.5V VBIAS = 12V TEMPERATURE (°C) –75 EXT VCC AND INT VCC VOL TAGE (V) 6.0 5.8 5.4 5.2 4.4 4.2 4.6 4.8 5.6 5.0 4.0 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G21 –25 INTVCC EXTVCC RISING EXTVCC FALLING
VSENSE COMMON MODE VOLTAGE (V)
0
SENSE CURRENT (µA)
800 700 400 500 300 100 200 600 0 15 20 25 30 35 40 5 3859A G22 10 SENSE1, 2 PINS SENSE3 PIN TEMPERATURE (°C) –75
SENSE CURRENT (µA)
900 700 800 400 500 300 100 200 600 0 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G23 –25 VOUT < INTVCC – 0.5V VOUT > INTVCC + 0.5V TEMPERATURE (°C) –75
SENSE CURRENT (µA)
200 160 180 100 120 80 40 20 60 140 0 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G24 –25 SENSE3+ PIN SENSE3– PIN VIN = 12V DUTY CYCLE (%) 0
MAXIMUM CURRENT SENSE VOL
TAGE (mV) 80 60 70 30 40 20 10 50 0 50 60 70 80 90 100 10 3859A G25 20 30 40 BOOST BUCK ITH (V) 0
MAXIMUM CURRENT SENSE VOL
TAGE (mV) 60 40 50 –10 0 –20 30 20 10 –30 1 1.2 1.4 0.2 3859A G26 0.4 0.6 0.8
Burst Mode OPERATION PULSE-SKIPPING FORCED CONTINUOUS
TEMPERATURE (°C) –75
TRACK/SS CURRENT (µA)
1.20 1.15 1.05 1.00 0.85 0.90 1.10 0.95 0.80 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G27 –25
LTC3859A
10
3859af標準的性能特性
降圧のフォールドバック電流制限 発振器周波数と温度 低電圧ロックアウト・スレッショルドと温度 シャットダウン（RUN）スレッショルドと 温度 チャージポンプの充電電流と 動作周波数 スイッチ電圧チャージポンプの充電電流と シャットダウン電流と温度 シャットダウン電流と入力電圧 消費電流と温度 TEMPERATURE (°C) –75SHUTDOWN CURRENT (µA)
22 20 16 14 10 18 12 8 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G28 –25 VBIAS = 12V
VBIAS INPUT VOLTAGE (V)
5
SHUTDOWN CURRENT (µA)
25 20 15 5 10 0 20 25 30 35 40 10 3859A G29 15 TEMPERATURE (°C) –75
QUIESCENT CURRENT (µA)
100 90 80 50 60 70 40 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G30 –25 ONE CHANNEL ON ALL CHANNELS ON VBIAS = 12V FEEDBACK VOLTAGE (mV) 0
MAXIMUM CURRENT SENSE VOL
TAGE (mV) 70 60 50 20 10 30 40 65 55 45 15 5 25 35 0 300 400 500 600 700 800 100 3859A G31 200 TEMPERATURE (°C) –75 FREQUENCY (kHz) 600 550 500 350 400 450 300 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G32 –25 FREQ = INTVCC FREQ = GND TEMPERATURE (°C) –75 INT VCC VOL TAGE (V) 4.4 4.3 4.2 3.6 3.8 4.0 3.4 3.5 3.7 3.9 4.1 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G33 –25 RISING FALLING TEMPERATURE (°C) –75
RUN PIN VOL
TAGE (V) 1.40 1.35 1.30 1.20 1.00 1.15 1.10 1.05 1.25 0 25 50 75 100 125 150 –50 3859A G34 –25 RUN1 RISING RUN1 FALLING RUN2,3 FALLING RUN2,3 RISING OPERATING FREQUENCY (kHz) 100
CHARGE PUMP CHARGING CURRENT (µA)
100 80 90 60 70 20 30 0 10 40 50 400 500 600 700 800 200 3859A G35 300 –55°C 25°C 150°C VBOOST3 = 16V VSW3 = 12V SWITCH VOLTAGE (V) 5
CHARGE PUMP CHARGING CURRENT (µA)
100 80 90 60 70 20 30 0 10 40 50 20 25 30 35 40 10 3859A G36 FREQ = 0V FREQ = INTVCC 15 VBOOST3 – VSW3 = 4V
LTC3859A
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3859afピン機能
FREQ（ピン1/ピン5）：内部VCOの周波数制御ピン。このピン をGNDに接続すると、VCOは350kHzの固定周波数に強制 されます。このピンをINTVCCに接続すると、VCOは535kHz の固定周波数に強制されます。FREQとGNDの間に抵抗を 使って、50kHz∼900kHzの他の周波数にプログラムすること ができます。抵抗と内部の20μAソース電流により、内部発振 器が周波数を設定するのに使う電圧を発生します。 PLLIN/MODE（ピン2/ピン6）：位相検出器への外部同期入力 と強制連続モード入力。このピンに外部クロックを与えると、 フェーズロック・ループがTG1信号の立ち上がりを外部クロッ クの立ち上がりエッジに強制的に同期させ、レギュレータは強 制連続モードで動作します。外部クロックに同期させない場合、 （3つのコントローラ全てに作用する）この入力により、軽負荷 時のLTC3859Aの動作モードが決まります。このピンをグラン ドに引き下げると、Burst Mode動作が選択されます。このピン をフロートさせると、グランドに接続された内部100k抵抗によ り、Burst Mode動作が作動します。このピンをINTVCCに接続 すると、連続インダクタ電流動作を強制します。このピンを1.2V より高くINTVCC1.3Vより低い電圧に接続すると、パルス･ スキップ動作が選択されます。これは、100k抵抗をこのピンか らINTVCCに接続することによって行うことができます。 SGND（ピン8/ピン12）：3つのコントローラ全てに共通の小信 号グランド。CINコンデンサの共通（）端子に接続される大電 流グランドとは別に配線する必要があります。 RUN1、RUN2、RUN3（ピン9、10、11/ピン13、14、15）：各コン トローラのデジタル実行制御入力。RUN1を1.17Vより下げ、 RUN2/RUN3を1.20Vより下げると、そのコントローラがシャッ トダウンします。これら全てのピンを0.7Vより下に強制すると LTC3859A全体がシャットダウンし、消費電流が約14μAに 減少します。 OV3（ピン17/ピン21）：昇圧レギュレータの過電圧のオープ ン・ドレインのロジック出力。OV3は、VFB3ピンの電圧がその 設定ポイントの110%より低いとグランドにプルダウンされ、 VFB3がその設定ポイントの110%を超えると高インピーダンス になります。 INTVCC（ピン22/ピン26）：内部の低損失リニア・レギュレータ の出力。ドライバと制御回路にはこの電圧源から電力が供給 されます。最小4.7μFのセラミック・コンデンサまたはタンタル・ コンデンサを使って、このピンをPGNDにデカップリングする 必要があります。EXTVCC（ピン23/ピン27）：INTVCCに接続された内部LDOへ
の外部電源入力。EXTVCCが4.7Vを超えると、VBIASから電力 を供給される内部のLDOを迂回して、このLDOがINTVCC電 源に電力を供給します。「アプリケーション情報」のセクションの 「EXTVCCの接続」を参照してください。このピンはフロートさ せず、このピンの電圧は14Vを超えないようにしてください。 VBIAS（ピン24/ピン28）：メイン・バイアス入力電源ピン。この ピンとSGNDピンの間にバイパス・コンデンサを接続します。 BG1、BG2、BG3（ピン29、21、25/ピン33、25、29）：ボトム（同期） NチャネルMOSFETの高電流ゲート・ドライブ。これらのピン の電圧振幅はグランドからINTVCCまでです。 BOOST1、BOOST2、BOOST3（ピン30、20、26/ピン34、24、30）： 上側のフローティング・ドライバへのブートストラップされた 電源。コンデンサをBOOSTピンとSWピンの間に接続し、 ショットキー・ダイオードをBOOSTピンとINTVCCピンの間に 接続します。BOOSTピンの電圧振幅はINTVCCから（VIN＋ INTVCC）までです。 SW1、SW2、SW3（ピン31、19、28/ピン35、23、32）：インダク タに接続するスイッチ・ノード。 TG1、TG2、TG3（ピン32、18、27/ピン36、22、31）：トップNチャ ネルMOSFETの高電流ゲート・ドライブ。これらは、電圧振幅 がスイッチ・ノード電圧SWにINTVCCを重ね合わせた電圧に 等しいフローティング・ドライバの出力です。 PGOOD1（ピン33/ピン37）：オープン・ドレインのロジック出力。 VFB1ピンの電 圧が 設 定ポイントの 10%以内にないと、 PGOOD1はグランドに引き下げられます。 （QFN/TSSOP）
LTC3859A
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3859afピン機能
TRACK/SS1、TRACK/SS2、SS3（ピン34、16、3/ピン38、20、7）： 外部トラッキングとソフトスタート入力。降圧チャネルでは、 LTC3859AはVFB1（VFB2）の電圧を、0.8VとTRACK/SS1ピ ン（TRACK/SS2ピン）の小さい方に安定化します。昇圧チャ ネルでは、LTC3859AはVFB3の電圧を、1.2VとSS1ピンの 電圧の小さい方に安定化します。このピンには内部で1µAプ ルアップ電流源が接続されています。このピンとグランドの間 に接続したコンデンサにより、最終安定化出力電圧までのラ ンプ時間が設定されます。あるいは、別の電源の抵抗分割器 を降圧チャネルのTRACK/SSピンに接続すると、起動時に LTC3859Aの降圧出力が別の電源をトラッキングすることが できます。 ITH1、ITH2、ITH3（ピン35、15、7/ピン1、19、11）：エラーアンプ の出力およびスイッチング・レギュレータの補償ポイント。対応 する各チャネルの電流コンパレータのトリップ点は、この制御 電圧に応じて増加します。 VFB1、VFB2、VFB3（ピン36、14、6/ピン2、18、10）：出力に接続 された外部抵抗分割器から、各コントローラへのリモートセ ンス帰還電圧を受け取ります。SENSE1+、SENSE2+、SENSE3（ピン37、13、4/ピン3、17、8）： + 差動電流コンパレータの（＋）入力。RSENSEとともに、ITHピン
の電圧、およびSENSE–ピンとSENSE+ピンの間の制御され
たオフセットによって、電流トリップ・スレッショルドが設定さ れます。昇圧チャネルでは、SENSE3+ピンは電流を電流コン
パレータに供給します。
SENSE1–、SENSE2–、SENSE3（ピン38、12、5/ピン4、16、9）： – 差動電流コンパレータの（）入力。降圧チャネルのSENSE1,2– がINTVCCより大きいと、SENSE1,2–ピンは電流を電流コンパ レータに供給します。 PGND（露出パッドのピン39）：ドライバの電源グランド。ボトム NチャネルMOSFETのソースおよびCINの（）端子に接続し ます。定格の電気的性能と熱性能を得るため、露出パッドは PCBに半田付けする必要があります。 （QFN/TSSOP）
LTC3859A
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3859af機能ブロック図
3859A BD SWITCHING LOGIC INT VCC VIN1, 2 DB CB BOOST TG SW BG PGND SENSE + SENSE – CIN D COUT INT VCC L RSENSE TOP BOT DROPOUT DET S Q R Q BOT TOPON SHDN + – SLEEP + – + –+– +– ICMP IR 2.8V 0.65V SLOPE COMP VFB ITH 3mV 0.80V TRACK/SS 0.88V + – + –– TRACK/SS OV CC2 RC CC RUN CSS FOLDBACK SHDN R ST 2(V FB ) SHDN 6µA CH1 0.5µA CH2 11V PFD VCO CLP CLK2 CLK1 SYNC DET 20µA 100k RA RB LDO EN LDO EN + – 4.7V 5.4V 5.4V INT VCC SGND EXT VCC VBIAS FREQ PGOOD1 + – + – 0.88V V 0.72V FB1 EABUCK CHANNELS 1 AND 2
1µ
A
VOUT1,
2
LTC3859A
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3859af機能図
3859A BD SWITCHING LOGIC INT VCC VOUT3 DB CB BOOST3 TG3 SW3 BG3 PGND SENSE3 + SENSE3 – COUT C IN INT VCC L RSENSE TOP BOT S Q R Q BOTON SHDN + – SLEEP + – + –+– +– ICMP IR 2.8V 0.7V SLOPE COMP VFB3 ITH3 2mV 1.2V SS3 1.32V + – + – – SS3 OV CC2 RC CC RUN3 CSS SHDN SNSLO 0.5µA 11V RA RB EA + –2V SNSLO CLK1 PLLIN/MODE + –V FB3 1.32V OV3 0.425V BOOST CHANNEL 3 1µ A VIN3LTC3859A
15
3859af動作
メイン制御ループ LTC3859Aは固定周波数の電流モード降圧アーキテクチャを 採用しています。2つの降圧コントローラ（チャネル1とチャネ ル2）は、互いに180度位相をずらして動作します。昇圧コント ローラ（チャネル3）はチャネル1と同位相で動作します。通常 動作時は、該当するチャネルのクロックがRSラッチをセットす ると、降圧チャネルの外部トップMOSFET（昇圧チャネルの外 部ボトムMOSFET）がオンし、メイン電流コンパレータ（ICMP） がRSラッチをリセットするとオフします。ICMPがトリップして ラッチをリセットするピーク・インダクタ電流は、ITHピンの電 圧によって制御されます。この電圧はエラーアンプ（EA）の出 力です。エラーアンプはVFBピンの出力電圧帰還信号（これ は出力電圧VOUTからグランドに接続した外部抵抗分割器 によって発生します）を内部の降圧用0.800Vリファレンス電 圧（昇圧用1.2Vリファレンス電圧）と比較します。負荷電流が 増加するとリファレンスに対してVFBがわずかに下がるので、 平均インダクタ電流が新たな負荷電流に釣り合うまで、EAが ITH電圧を上げます。 降 圧チャネルのトップMOSFET（ 昇 圧チャネルのボトム MOSFET）が各サイクルでオフした後、ボトムMOSFET（昇圧 のトップMOSFET）は、電流コンパレータIRが示すようにイン ダクタ電流が逆流し始めるまで、または次のクロック・サイクル が始まるまでオンします。 INTVCC/EXTVCC電源 トップとボトムのMOSFETドライバと他の大部分の内部回 路への電力はINTVCCピンから供給されます。EXTVCCピン を開放状態にするか、または4.7Vより低い電圧に接続する と、VBIAS LDO（低損失リニア・レギュレータ）がVBIASからINTVCCに5.4Vを供給します。EXTVCCを4.7Vより上にする
とこのVBIAS LDOはオフし、EXTVCC LDOがオンします。イ
ネーブルされると、EXTVCC LDOはEXTVCCからINTVCCに
5.4Vを供給します。EXTVCCピンを使うと、LTC3859Aスイッ チング・レギュレータの出力の1つのような高効率の外部ソー スからINTVCCの電力を得ることができます。 各トップMOSFETドライバはフローティング・ブートストラップ・ コンデンサCBからバイアスされます。このコンデンサは通常、 各サイクル中にスイッチ電圧が L になるとき、外部ダイオード を通して再充電されます。 降圧チャネルの1と2では、降圧の入力電圧がその出力に近い 電圧まで低下してくると、ループがドロップアウト状態に入り、 トップMOSFETを連続してオンしようとすることがあります。 ドロップアウト検出器がこれを検出し、10サイクルに１回トップ MOSFETをクロック・サイクルの約1/12の間強制的にオフして、 CBの再充電を可能にします。 シャットダウンとスタートアップ（RUN1、RUN2、RUN3、および TRACK/SS1、TRACK/SS2、SS3の各ピン） LTC3859Aの3つのチャネルは、RUN1ピン、RUN2ピン、およ びRUN3ピンを使って独立にシャットダウンすることができま す。RUN1を1.17Vより下げ、RUN2/RUN3を1.20Vより下げる と、そのチャネルのメイン制御ループがシャットダウンします。 3つのピンを全て0.7Vより下げると、全てのコントローラと、 INTVCC LDOを含むほとんどの内部回路をディスエーブルし ます。この状態では、LTC3859Aにはわずか14μAの消費電流 しか流れません。 RUNピンの1つを解放すると、小さい内部電流がそのピンを プルアップし、そのコントローラをイネーブルします。RUN1に は6μAのプルアップ電流が備わっており、RUN2ピンとRUN3 ピンにはもっと小さな0.5μAのプルアップ電流が備わっていま す。RUN1の6μAの電流は十分大きく設計されているので、湿 気や基板の他のリーク電流がこのピンをプルダウンする心配 なしに、RUN1ピンを安全にフロートさせてコントローラを常 にイネーブルすることができます。これは、1つまたは複数のコ ントローラが常時イネーブルされており、決してシャットダウン されない常時オンのアプリケーションに最適です。 各RUNピンは外部でプルアップすることも、ロジックで直接ド ライブすることもできます。低インピーダンスのソースでRUN ピンをドライブする場合、このピンの8Vの絶対最大定格を超 えないようにしてください。各RUNピンには内部に11Vの電圧 クランプが備わっているので、RUNピンの最大電流が100μA を超えない限り、抵抗を介してRUNピンをもっと高い電圧（た とえば、VBIAS）に接続することができます。 各チャネルの出力電圧VOUTのスタートアップは、TRACK/SS ピン（チャネル1のTRACK/SS1、チャネル2のTRACK/SS2、 チャネル3のSS3）の電圧によって制御されます。TRACK/ （機能図を参照）
LTC3859A
16
3859af動作
SSピンの電圧が、降圧の場合は0.8Vの内部リファレンスよ り低く、昇圧の場合は1.2Vの内部リファレンスより低いと、 LTC3859AはVFBの電圧を（対応するリファレンス電圧ではな く）TRACK/SSピンの電圧に制御します。このため、外付けコ ンデンサをTRACK/SSピンからSGNDに接続することにより、 TRACK/SSピンを使用してソフトスタートを設定することがで きます。内部1µAプルアップ電流源がこのコンデンサを充電 して、TRACK/SSピンに電圧ランプを発生します。TRACK/SS 電圧が0Vから0.8V/1.2V（さらにそれより上INTVCC）まで直 線的に上昇するにつれ、出力電圧VOUTが滑らかにゼロから その最終値まで上昇します。 代わりに、降圧チャネルの1および2のTRACK/SSピンを使っ て、VOUTのスタートアップが別の電源のスタートアップをト ラッキングするようにすることができます。このためには一般 に、別の電源からグランドに接続された外部抵抗分割器を TRACK/SSピンに接続する必要があります（「アプリケーショ ン情報」のセクションを参照）。 軽負荷電流動作（Burst Mode動作、パルススキップ、 または連続導通）（PLLIN/MODEピン） LTC3859Aは低負荷電流で、高効率Burst Mode動作、固定 周波数パルス･スキップ動作、または強制連続導通モードに 入るようにイネーブルすることができます。Burst Mode動作を 選択するには、PLLIN/MODEピンをグランドに接続します。強 制連続動作を選択するには、PLLIN/MODEピンをINTVCC に接続します。パルス･スキップ動作を選択するには、PLLIN/ MODEピンを1.2Vより高く、INTVCC1.3Vより低いDC電 圧に接続します。 コントローラのBurst Mode動作がイネーブルされているとき は、ITHピンの電圧が低い値を示していても、インダクタの最 小ピーク電流は最大検出電圧の約25%（昇圧の場合30%）に 設定されます。平均インダクタ電流が負荷電流より高いと、エ ラーアンプEAはITHピンの電圧を下げます。ITH電圧が0.425V より下になると、内部のスリープ信号が H になり（スリープ・ モードがイネーブルされ）、両方の外部MOSFETがオフしま す。するとITHピンはEAの出力から切断され、0.450Vに一時 的に保持されます。 スリープ・モードでは内部回路のほとんどがオフしており、 LTC3859Aを流れる消費電流が減少します。1つのチャネル がスリープ・モードで、他の2チャネルがシャットダウンしてい ると、LTC3859Aに流れる消費電流はわずか55μAです。2つ のチャネルがスリープ・モードで、他のチャネルがシャットダウ ンしていると、消費電流はわずか65μAです。3つのコントロー ラが全てスリープ・モードだと、LTC3859Aにはわずか80μA の消費電流が流れます。スリープ・モードでは、負荷電流は出 力コンデンサから供給されます。出力電圧が低下するにつれ、 EAの出力が上昇し始めます。出力電圧が十分下がるとITH ピンがEAの出力に再度接続され、スリープ信号が L にな り、コントローラは内部発振器の次のサイクルで外部のトップ MOSFETをオンして通常動作を再開します。 コントローラがBurst Mode動作でイネーブルされていると、 インダクタ電流の反転は許されません。インダクタ電流がゼ ロに達する直前に、逆電流コンパレータ（IR）が外付けボトム MOSFET（昇圧の場合は外付けトップMOSFET）をオフし、イ ンダクタ電流が反転して負になるのを防ぎます。したがって、コ ントローラは不連続で動作します。 強制連続動作時、またはフェーズロック・ループを使用するた め外部クロック・ソースによって駆動される場合（「周波数の 選択とフェーズロック・ループ」のセクションを参照）、インダク タ電流は軽負荷または大きな過渡状態で反転することができ ます。ピーク・インダクタ電流は、通常動作と全く同様に、ITH ピンの電圧によって決まります。このモードでは、軽負荷での 効率がBurst Mode動作の場合よりも低くなります。ただし、連 続動作には出力電圧リップルが低く、オーディオ回路への干 渉が少ないという利点があります。強制連続モードでは、出力 リップルは負荷電流に依存しません。 PLLIN/MODEピンがパルススキップ・モードになるように接続 されていると、LTC3859Aは軽負荷時にPWMパルススキップ・ モードで動作します。このモードでは、最大出力電流の設計 値の約1%まで固定周波数動作が維持されます。非常に軽い 負荷では、電流コンパレータICMPは数サイクルにわたってト リップしたままになることがあり、外付けのトップMOSFETを 同じサイクル数だけオフ状態に強制する（つまり、パルスをス キップする）ことがあります。インダクタ電流は反転することが 許されません（不連続動作）。強制連続動作と同様、このモー ドでは、Burst Mode動作に比べて出力リップルとオーディオ・ ノイズが小さくなり、RF干渉が減ります。低電流で強制連続 動作より高い効率が得られますが、Burst Mode動作ほど高く はありません。LTC3859A
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3859af動作
周波数の選択とフェーズロック・ループ（FREQピンとPLLIN/ MODEピン） スイッチング周波数の選択は効率と部品サイズの間のトレー ドオフになります。低周波数動作はMOSFETのスイッチング 損失を減らして効率を上げますが、出力リップル電圧を低く抑 えるには大きなインダクタンスや容量を必要とします。 LTC3859Aのコントローラのスイッチング周波数はFREQピン を使って選択することができます。 PLLIN/MODEピンを外部クロック・ソースによってドライブ しない場合、FREQピンをSGNDに接続するか、INTVCCに 接続するか、または外部抵抗を介してプログラムすることが できます。FREQをSGNDに接 続 すると350kHzが 選 択さ れ、FREQをINTVCCに接続すると535kHzが選択されます。 FREQとSGNDの間に抵抗を接続することにより、周波数を 50kHz∼900kHzに設定することができます。 LTC3859Aにはフェーズロック・ループ（PLL）が備わっており、 PLLIN/MODEピンに接続された外部クロック・ソースに内部 発振器を同期させることができます。LTC3859Aの位相検出 器が（内部ローパス・フィルタを介して）VCO入力の電圧を調 節してコントローラの外部トップMOSFETのターンオンを同 期信号の立ち上がりエッジに揃えます。こうして、コントローラ 2の外部トップMOSFETのターンオンは、外部クロック・ソー スの立ち上がりエッジに対して180度位相がずれます。 外部クロックが与えられる前にVCO入力の電圧をFREQピン によって設定される動作周波数に予めバイアスしておくことが できます。外部クロックの周波数の近くに予めバイアスしておく と、PLLループは、外部クロックの立ち上がりエッジをTG1の 立ち上がりエッジに同期させるのに、VCO入力をわずかに変 化させる必要があるだけです。ループ・フィルタをプリバイアス する能力により、PLLは望みの周波数から大きく外れることな く短時間でロックインすることができます。 LTC3859Aのフェーズロック・ループの標準的キャプチャ・レン ジは約55kHz∼1MHzで、全製造変動域で75kHz∼850kHz が保証されています。つまり、LTC3859AのPLLは75kHz∼ 850kHzの周波数の外部クロック・ソースにロックすることが保 証されています。 PLLIN/MODEピンの入力クロック・スレッショルドは標準で 1.6V（立ち上がり）および1.2V（立ち下がり）です。 VIN > VOUTのときの昇圧コントローラの動作 昇圧チャネルへの入力電圧がその安定化されたVOUT電圧 を上回ると、コントローラが、モード、インダクタ電流、および VIN電圧に依存して、異なった振る舞いをすることがあります。 強制連続モードでは、VINがVOUTを超えると、ループが働 いてトップMOSFETを連続的にオン状態に保ちます。内部の チャージポンプがBOOST3ピンから昇圧コンデンサに電流を 供給して十分高いTG電圧を維持します。（チャージポンプが 供給可能な電流量は「標準的性能特性」のセクションの2つ の曲線を調べて求めることができます。） パルス・スキップ・モードでは、VINが安定化されたVOUT電圧 の100%∼110%であれば、インダクタ電流がプログラムされ たILIM電流の約3%を超えるとTG3がオンします。VINのこの 同じウィンドウでデバイスがBurst Mode動作にプログラムされ ていると、デバイスが覚醒している（降圧チャネルの片方が覚 醒していてスイッチングしている）限り、TG3は同じスレッショ ルド電流でオンします。このVINウィンドウで両方の降圧チャ ネルがスリープまたはシャットダウンしていると、インダクタ電 流に関係なく、TG3はオフしたままです。 どのモードでもVINが安定化されたVOUT電圧の110%より 高くなると、インダクタ電流には関係なく、コントローラはTG3 をオンします。ただし、Burst Mode動作では、デバイス全体 がスリープ状態の場合（2つの降圧チャネルがスリープまた はシャットダウン状態）、内部のチャージポンプがオフします。 チャージポンプがオフすると、昇圧コンデンサが放電するのを 阻止するものは何もないので、トップMOSFETを完全にオン 状態に保つのに必要なTG電圧が不十分になります。デバイ スが覚醒するとチャージポンプが再度オンし、降圧チャネル の1つがスイッチングしている限りオン状態に留まります。 SENSEピンの同相電圧が低いときの昇圧コントローラの動作 昇圧コントローラの電流コンパレータはSENSE3+ピンから直 接給電され、わずか2.5Vの電圧まで動作可能です。これはデ バイスのVBIASのUVLOより低いので、図12の標準的応用 回路に示されているように、VBIASを昇圧コントローラの出力 に接続することができます。これにより、昇圧コントローラは 2.5Vまで降下する入力電圧の過渡変動に耐えて、出力電圧 のレギュレーションを維持することができます。SENSE3+が 2.5Vを再度上回ると、SS3ピンが解放され、新しいソフトスター ト・シーケンスが開始されます。LTC3859A
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3859af 降圧コントローラの出力過電圧保護 2つの降圧チャネルには過電圧コンパレータが備わっており、 過渡オーバーシュートや、出力に過電圧を生じる恐れのある 他のより深刻な状態から保護します。VFB1,2ピンがその制御 ポイントの0.800Vを10%以上超えて上昇すると、過電圧状態 が解消されるまでトップMOSFETがオフし、ボトムMOSFET がオンします。 チャネル1のパワーグッド（PGOOD1） チャネル1はPGOOD1ピンを備えており、このピンは内部N チャネルMOSFETのオープン・ドレインに接続されています。 VFB1ピンの電圧が、降圧チャネルの0.8Vリファレンス電圧の 10%以内にないと、MOSFETがオンしてPGOOD1ピンを L にします。RUN1ピンが L（シャットダウン）のときも、PGOOD1 ピンは L になります。VFB1ピンの電圧が 10%の条件を満た すと、MOSFETがオフするので、外部抵抗を使って、6Vを超え ない電源までこのピンをプルアップすることができます。 昇圧コントローラの過電圧インジケータ（OV3） OV3ピンは過電圧インジケータで、チャネル3昇圧コントローラ の出力電圧がそのプログラムされた安定化電圧を超えている かどうかを知らせます。このピンは、内部NチャネルMOSFET のオープン・ドレインに接続されています。VFB3ピンの電圧が 昇圧チャネルの1.2Vリファレンス電圧の110%より下だと、 MOSFETがオンしてOV3ピンを L にします。RUN3ピンが L （シャットダウン）のときも、OV3ピンは L になります。VFB3 ピンの電圧が1.2Vリファレンスの110%を超えるとMOSFET がオフするので、外部抵抗を使って、6Vを超えない電源にこ のピンをプルアップすることができます。 降圧コントローラのフォールドバック電流 降圧出力電圧が公称レベルの70%を下回ると、フォールド バック電流制限が作動し、ピーク電流制限を過電流または 短絡状態の程度に比例させて徐々に低下させます。フォー ルドバック電流制限は、ソフトスタートの間（VFBの電圧が TRACK/SS1,2の電圧に追従している限り）、ディスエーブルさ れます。昇圧チャネルにはフォールドバック電流制限はありま せん。 2フェーズ動作の理論と利点 なぜ2フェーズ動作が必要なのでしょうか。2フェーズの製品 ファミリが登場するまで、固定周波数デュアル・スイッチング・ レギュレータは、両チャネルが同位相で（つまり1フェーズで） 動作していました。つまり、両方のスイッチが同時にオンする ので、入力コンデンサおよびバッテリから、片方のレギュレータ の最大2倍の振幅の電流パルスが流れます。これらの大振幅 電流パルスによって入力コンデンサから流れる合計RMS電流 が増大するので、より高価な入力コンデンサが必要になり、入 力コンデンサとバッテリのEMIと損失の両方が増大します。 2フェーズ動作では、LTC3859Aの2つの降圧コントローラは 位相が180度ずれて動作します。このため、スイッチを流れる 電流パルスは実質的にインターリーブされるので、互いに重な り合う重複時間が大幅に短縮されます。その結果、合計RMS 入力電流が大幅に減少するため、安価な入力コンデンサを使 うことができ、EMI対策のシールド条件が緩和され、実際の 動作効率が向上します。動作
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代表的な1フェーズのデュアル・スイッチング・レギュレータ の入力波形と、LTC3859Aの2フェーズのデュアル降圧コン トローラの入力波形の比較を図1に示します。この条件での RMS入力電流の実測値は、2フェーズ動作により、入力電流 が2.53ARMSから1.55ARMSに減少したことを示しています。こ れ自体でも大きな減少ですが、電力損失はIRMSの2乗に比 例するので、実際に浪費される電力は2.66分の1に減少する ことに注意してください。入力リップル電圧が低下すると入力 電源経路での電力損失が減少します。入力電源経路にはバッ テリ、スイッチ、トレースやコネクタの抵抗、および保護回路が 含まれます。入力のRMS電流とRMS電圧の減少の直接の結 果として、伝導EMIと放射EMIも改善されます。 もちろん、2フェーズ動作で得られる性能の改善はデュアル・ス イッチング・レギュレータの相対的デューティサイクルの関数 なので、結局は入力電圧VINに依存します（デューティサイク ル＝VOUT/VIN）。広い入力電圧範囲にわたって、3.3Vレギュ レータと5Vレギュレータの1フェーズ動作と2フェーズ動作で、 RMS入力電流がどのように変化するかを図2に示します。 図1．12Vから5V/3Aおよび3.3V/3Aに変換するデュアル・スイッチング・レギュレータの1フェーズ動作（a）と2フェーズ 動作（b）を比較した入力波形。2フェーズ・レギュレータでは入力リップルが減少するので、安価な入力コンデンサが使 用可能となり、EMIに対するシールド要件が緩和され効率が改善される 図2．RMS入力電流の比較 （a） （b） 2フェーズ動作の利点は狭い動作範囲だけに限定されるもの ではなく、ほとんどのアプリケーションで2フェーズ動作の入 力コンデンサの要件は、最大電流で50%のデューティサイク ルで動作している1チャネルだけの場合の要件にまで緩和さ れることがすぐに分ります。 最初のページの回路図はLTC3859Aの基本的なアプリケー ション回路です。外付け部品の選択は負荷条件に基づいて行 い、RSENSEとインダクタ値の選択から始めます。次に、パワー MOSFETを選択します。最後にCINとCOUTを選択します。 INPUT VOLTAGE (V) 0INPUT RMS CURRENT (A)
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 10 20 30 40 3859A F02 SINGLE PHASE DUAL CONTROLLER 2-PHASE DUAL CONTROLLER VO1 = 5V/3A VO2 = 3.3V/3A
IIN(MEAS) = 2.53ARMS 3859A F01a IIN(MEAS) = 1.55ARMS 3859A F01b
5V SWITCH 20V/DIV 3.3V SWITCH 20V/DIV INPUT CURRENT 5A/DIV INPUT VOLTAGE 500mV/DIV
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3859af 図3．インダクタまたはセンス抵抗を使った検出ラインの配置アプリケーション情報
最初のページの「標準的応用例」はLTC3859Aの基本的なア プリケーション回路です。LTC3859AはDCR（インダクタの抵 抗）による検出または低い値の抵抗による検出のどちらかを使 うように構成することができます。2つの電流検出方式のどち らを選択するかは、主としてコスト、消費電力および精度の間 の設計上のトレードオフになります。DCRによる検出は高価 な電流センス抵抗を省くことができ、特に高電流のアプリケー ションで電力効率が高いので普及しつつあります。ただし、電 流検出抵抗はコントローラの最も正確な電流リミットを与えま す。他の外付け部品の選択は負荷条件に基づいて行い、（もし RSENSEが使われていれば）RSENSEとインダクタ値の選択から 始めます。次に、パワーMOSFETとショットキー・ダイオードを 選択します。最後に入力と出力のコンデンサを選択します。 SENSE+ピンとSENSE–ピン SENSE+ピンとSENSE–ピンは電流コンパレータへの入力です。降圧コントローラ（SENSE1+/SENSE1–、SENSE2+/SENSE2–）：
これらのピンの同相電圧範囲は0V∼28V（絶対最大値）であり、 LTC3859Aは降圧出力電圧を（許容差と過渡変動のマー ジンをもたせて）公称24Vまで安定化することができます。 SENSE+ピンは最大同相範囲にわたって高インピーダンスな ので、高々 1µA流れるだけです。このように高インピーダンス なので、電流コンパレータをインダクタのDCRによる検出に使 うことができます。SENSE–ピンのインピーダンスは同相電圧 に依存して変化します。SENSE–がINTV CC0.5Vより低いと、 1μA未満の小さな電流がこのピンから流れ出します。SENSE– がIINTVCC＋0.5Vより高いと、もっと大きな電流（約700μA） がこのピンに流れ込みます。INTVCC0.5VとINTVCC＋0.5V の間では、電流は小電流からもっと大きな電流に遷移します。 昇圧コントローラ（SENSE3+/SENSE3–）：これらのピンの同相 入力範囲は2.5V∼38Vなので、昇圧コンバータはこの最大 範囲の入力で動作することができます。SENSE3+ピンは電流 コンパレータへ電力も供給し、通常動作時に（シャットダウン していないとき、またはBurst Mode動作でスリープ状態でな いとき）約170μA流します。SENSE3–ピンから流れ出す1μA 未満の小さなバイアス電流があります。SENSE3–ピンはこのよ うに高インピーダンスなので、電流コンパレータをインダクタ のDCRによる検出に使うことができます。 検出ラインに関係するフィルタ部品はLTC3859Aの近くに配 置し、検出ラインは電流検出素子の下の4端子接続に近づけ て一緒に配線します（図3を参照）。他の場所で電流を検出す ると、寄生インダクタンスと容量が電流検出素子に実効的に 追加され、検出端子の情報が劣化して、プログラムされた電 流リミットに予測できない変化を生じることがあります。DCR による検出を使う場合（図4b）、センス抵抗R1をスイッチング・ ノードの近くに配置して、敏感な小信号ノードへノイズがカッ プリングするのを防ぎます。 小さな値の抵抗による電流検出 ディスクリート抵抗を使った標準的検出回路を図4aに示します。 RSENSEは必要な出力電流に基づいて選択します。 電流コンパレータの最大スレッショルドVSENSE（MAX）は 50mVです。ピーク・インダクタ電流は電流コンパレータの スレッショルドによって設定されます。最大平均出力電流 （IMAX）はインダクタ電流のこのピーク値よりピーク・トゥ・ ピーク・リップル電流ΔILの半分だけ小さい値になります。セ ンス抵抗の値を計算するには次式を使います。 RSENSE=VSENSE(MAX) IMAX+ DIL 2 非常に低い損失電圧で降圧コントローラを使用すると、 デューティ・ファクタ50%以上で動作中の降圧レギュレータの 安定性基準に適合するために必要な内部補償のため、最大 出力電流レベルが低下します。動作デューティ・ファクタに依 存するピーク出力電流レベルのこの減少を推定するための特 性曲線が「標準的性能特性」のセクションに示してあります。 3859A F03 RSENSE コントローラに隣接する 検出フィルタへ インダクタまたは 電流の流れ
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インダクタのDCRによる検出 高負荷電流で可能な限り高い効率を必要とするアプリケー ションでは、図4bに示すように、LTC3859 はインダクタの DCR両端の電圧降下を検出することができます。インダクタ のDCRは小さな値の銅のDC巻線抵抗を表し、最近の値の 低い高電流インダクタでは1mΩより小さいことがあります。こ のようなインダクタを必要とする高電流アプリケーションでは、 センス抵抗による導通損失はDCRによる検出に比べると数ポ イントの効率低下になるでしょう。 外部のR1||R2・C1の時定数が正確にL/DCRの時定数に等し くなるように選択すると、外部コンデンサ両端の電圧降下は インダクタのDCR両端の電圧降下にR2/（R1＋R2）を掛けた ものに等しくなります。R2は、目標とするセンス抵抗の値より DCRが大きなアプリケーションの検出端子両端の電圧のス ケールを設定します。外部フィルタ部品の大きさを適切に定 めるには、インダクタのDCRを知る必要があります。それは十 分な性能のRLCメータを使って測定することができますが、 DCRの許容誤差は常に同じではなく、温度によって変化しま す。詳細については、メーカーのデータシートを参照してくだ さい。 「インダクタの値の計算」のセクションのインダクタ・リップル電 流値を使うと、目標センス抵抗値は次のようになります。 R(EQUIV)=VSENSE(MAX) IMAX+ DIL 2 アプリケーションが全温度範囲にわたって確実に最大負荷電 流を供給するようにするには、LTC3859Aの最大電流検出ス レッショルド（VSENSE（MAX））が50mVに固定されていること を考慮に入れて、RSENSE（EQUIV）を決めます。 次に、インダクタのDCRを決めます。与えられている場合は、 通常20 Cで与えられているメーカーの最大値を使います。約 0.4%/ Cの銅の温度係数を考慮して、この値を増加させます。 （TL（MAX））の控えめな値は100 Cです。 インダクタの最大DCRを必要なセンス抵抗値に合わせてス ケール調整するには、次の分圧器の比を使います。 RD=DCRRSENSE(EQUIV)MAXatTL(MAX)
0.1µF∼0.47µFのC1を通常選択します。これにより、R1||R2 が約2kΩに強制されるので、SENSE+ピンの 1μAの電流に よって生じるであろう誤差が減少します。 等価抵抗R1||R2は室温のインダクタンスと最大DCRに従っ て次のようにスケール調整されます。 R1||R2= L (DCR at 20°C) • C1 センス抵抗値は次のようになります。 R1=R1||R2 RD ; R2= R1• RD 1−RD 4b．電流検出にインダクタのDCRを利用 4a．電流検出に抵抗を利用 図4．電流検出方法 3859A F04a LTC3859A INTVCC BOOST TG SW BG SENSE1,2+ (SENSE3–) SENSE1, 2– (SENSE3+) SGND VIN1,2 (VOUT3) VOUT1,2 (VIN3) RSENSE CAP SENSEピンの近くに配置されたコンデンサ 3859A F04b LTC3859A INTVCC BOOST TG SW BG SENSE1, 2+ (SENSE3–) SENSE1, 2– (SENSE3+) SGND VIN1,2 (VOUT3) VOUT1,2 (VIN3) C1* R2 RSENSE(EQ) = DCR(R2/(R1+R2)) L DCR INDUCTOR R1 (R1||R2) • C1 = L/DCR *C1を SENSE ピンの近くに配置
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R1の最大電力損失はデューティサイクルに関係しています。 降圧コントローラの場合、最大電力損失は連続モードのとき 最大入力電圧で生じます。PLOSSR1=(VIN(MAX)− VOUT) • VOUT
R1 昇圧コントローラの場合、R1の最大電力損失は連続モードの ときVIN＝1/2•VOUTで生じます。 PLOSSR1=(VOUT(MAX)R1− VIN) • VIN R1の電力定格がこの値より大きいことを確認します。軽負 荷で高い効率が必要なら、DCRによる検出とセンス抵抗のど ちらを使うか決定するとき、この電力損失を検討します。軽負 荷での電力損失は、R1によって生じる余分のスイッチング損 失のため、センス抵抗の場合よりDCRネットワークの方が少 し高いことがあります。ただし、DCRによる検出ではセンス抵 抗が取り除かれるので、導通損失が減少し、重負荷で効率が 改善されます。ピーク効率はどちらの方法でもほぼ同じです。 インダクタの値の計算 動作周波数が高いほど小さい値のインダクタとコンデンサを使 用できるという意味で、動作周波数とインダクタの選択には相 関関係があります。そうであれば、なぜ誰もが大きな値のコン ポーネントを使った低い周波数での動作を選ぶのでしょうか。 答えは効率です。MOSFETのゲート電荷による損失のために、 一般に周波数が高いほど効率が低下します。この基本的なト レードオフに加えて、リップル電流と低電流動作に対するイン ダクタ値の影響も考慮しなければなりません。 インダクタの値はリップル電流に直接影響を与えます。インダ クタのリップル電流ΔILはインダクタンスあるいは周波数が高 いほど減少します。降圧コントローラの場合、VINが高いほど ΔILが増加します。 DIL=(f)(L)1 VOUT 1−VVOUT IN 昇圧コントローラの場合、VOUTが高いほどインダクタのリッ プル電流ΔILが増加します。 DIL=(f)(L)1 VIN 1−VVIN OUT 大きなΔILの値を許容できれば低インダクタンスを使用で きますが、出力電圧リップルが高くなりコア損失が大きくな ります。リップル電流を設定するための妥当な出発点はΔIL＝
0.3（IMAX）です。ΔILは、降圧の場合は最大入力電圧で最大
になり、昇圧の場合はVIN＝1/2•VOUTで最大になります。 インダクタの値は2次的な影響も与えます。必要な平均インダク タ電流が低下した結果、ピーク電流がRSENSEによって決定さ れる電流リミットの25%（昇圧の場合は30%）を下回ると、Burst Mode動作への移行が始まります。インダクタ値を低くする（ΔIL を高くする）と、相対的に低い負荷電流でBurst Modeに移行 するので、低電流動作の相対的に上の範囲の効率が低下す る可能性があります。Burst Mode動作では、インダクタンス値 が小さくなるとバースト周波数が低下します。 インダクタのコアの選択 Lの値が求まったら、次にインダクタの種類を選択します。高 効率コンバータは低価格の鉄粉コアに見られるコア損失は 一般に許容できないので、もっと高価なフェライトまたはモリ パーマロイのコアを使わざるをえません。一定のインダクタの 値に対して実際のコア損失はコア・サイズには依存せず、選択 したインダクタンスに大きく依存します。インダクタンスが増加 するとコア損失が減少します。インダクタンスを大きくするには ワイヤの巻数を増やす必要があるため,残念ながら銅損失が 増加します。 フェライトを使用した設計ではコア損失がきわめて小さく、高 いスイッチング周波数に適しているため、設計目標を銅損と飽 和を防ぐことに集中することができます。フェライト・コアの材 質は「ハードに」飽和します。つまり、設計電流のピーク値を超 えるとインダクタンスが突然低落します。その結果、インダクタ のリップル電流が突然増加し、そのため出力電圧リップルが 増加します。コアを飽和させないでください。
