STR5A464D - サンケン電気株式会社

非絶縁タイプ
PWM オフラインスイッチング電源用パワーIC
STR5A460 シリーズ
データシート
概要
パッケージ
STR5A460 シリーズは、パワーMOSFET と電流
モード型 PWM 制御 IC を内蔵した非絶縁タイプの
スイッチング電源用パワーIC です。
商用電源から、降圧コンバータ、極性反転型コン
バータが構成できます。
効率を向上するため、本 IC は負荷に応じて動作
モードを、固定スイッチング周波数からスイッチン
グ周波数制御、バースト発振動作に自動的に切り替
えます。また、充実した保護機能により、コストパ
フォーマンスの高い電源システムを、容易に構成で
きます。
DIP8
●
●
●
●
●
●
●
1
8
S/GND
VCC
2
7
S/GND
6
S/GND
S/GND
D/ST
4
5
VCC
1
8
S/GND
FB
2
7
S/GND
6
S/GND
5
S/GND
SOIC8
特長
●
●
●
●
FB
D/ST
降圧コンバータ
極性反転型コンバータ
電流モード型 PWM 制御
負荷に応じた動作モードの自動切り替え
固定スイッチング周波数、60 kHz (typ.)
グリーンモード、23 kHz (typ.)～60 kHz (typ.)
バースト発振動作
電流検出抵抗不要（電流センス抵抗向け MOSFET
内蔵）
起動回路内蔵
電力削減、起動時間の短縮
エラーアンプ内蔵
ランダムスイッチング機能
リーディング・エッジ・ブランキング機能
ソフトスタート機能
保護機能
過負荷保護(OLP)：自動復帰
過電圧保護(OVP)：自動復帰
ヒステリシス付き過熱保護(TSD)：自動復帰
応用回路例（降圧コンバータ、DIP8）
D1
D2
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
C4
R1
C3
7
6
S/GND
VOUT
5
4
D/ST
S/GND
(+)
L2
U1
VAC
C1
C2
STR5A460 シリーズ
● 代表特性
fOSC(AVG) = 60 kHz
VD/ST = 700V (max.)
製品名
STR5A464D
STR5A464S
RDS(ON)
(max.)
IDLIM
(typ.)
13.6 Ω
0.41 A
パッケージ
DIP8
SOIC8
推奨電源仕様
降圧
コンバータ
入力電圧
極性反転型
コンバータ
AC 85 V～AC 265 V
≥ 40 V
> 11 V
> – 27.5 V
出力電圧範囲*
< 27.5 V
< – 11 V
*出力電圧を上げる場合は、VCC 端子にツェナーダ
イオードまたはレギュレータを追加
D/ST 入力電圧
アプリケーション
8
L1
DR1
原寸大ではありません。
R3
R2
STR5A460D
1
4
D3
C5
●
●
●
●
●
白物家電
補助電源（マイコン搭載照明機器など）
モータ制御用電源（アクチュエータなど）
通信機器（DC48V から DC15V に変換可能）
その他 SMPS
R4
DR2
(-)
TC_STR5A400_1_R2
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STR5A460 シリーズ
目次
概要 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1. 絶対最大定格 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3
2. 電気的特性 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 3
3. 代表特性 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 5
4. ブロックダイアグラム ---------------------------------------------------------------------------------- 6
5. 各端子機能 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 6
6. 応用回路例 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 7
7. 外形図、捺印仕様 ---------------------------------------------------------------------------------------- 8
7.1 DIP8 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
7.2 SOIC8-------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
8. 動作説明 -------------------------------------------------------------------------------------------------8.1 IC の起動動作 ------------------------------------------------------------------------------------8.2 低入力時動作禁止回路（UVLO） -----------------------------------------------------------8.3 電源の起動とソフトスタート機能 ----------------------------------------------------------8.4 定電圧（CV）制御 ------------------------------------------------------------------------------8.4.1
降圧コンバータの動作 -------------------------------------------------------------------8.4.2
極性反転型コンバータの動作 ----------------------------------------------------------8.5 リーディング・エッジ・ブランキング機能-----------------------------------------------8.6 ランダムスイッチング機能 -------------------------------------------------------------------8.7 動作モード ----------------------------------------------------------------------------------------8.8 過負荷保護機能（OLP） ----------------------------------------------------------------------8.9 過電圧保護機能（OVP） ----------------------------------------------------------------------8.10 過熱保護回路（TSD） ---------------------------------------------------------------------------
10
10
10
10
11
12
12
13
13
13
14
14
14
9. 設計上の注意点 ----------------------------------------------------------------------------------------9.1 外付け部品 ----------------------------------------------------------------------------------------9.1.1
入力、出力の平滑用電解コンデンサ--------------------------------------------------9.1.2
インダクタ ----------------------------------------------------------------------------------9.1.3 VCC 端子周辺回路 -------------------------------------------------------------------------9.1.4 FB 端子周辺回路 ---------------------------------------------------------------------------9.1.5
フリーホイールダイオード -------------------------------------------------------------9.1.6
ブリーダー抵抗 ----------------------------------------------------------------------------9.2 D/ST 端子 ------------------------------------------------------------------------------------------9.3 インダクタの L 値の計算 ----------------------------------------------------------------------9.3.1
パラメータ定義 ----------------------------------------------------------------------------9.3.2
降圧コンバータの場合 -------------------------------------------------------------------9.3.3
極性反転コンバータの場合 -------------------------------------------------------------9.4 パターン設計 --------------------------------------------------------------------------------------
15
15
15
15
15
15
16
16
16
17
17
18
22
26
10. パターンレイアウト例 -------------------------------------------------------------------------------- 28
10.1 降圧コンバータの場合 -------------------------------------------------------------------------- 28
10.2 極性反転型コンバータの場合 ----------------------------------------------------------------- 29
11. 電源回路例 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 30
11.1 降圧コンバータの場合 -------------------------------------------------------------------------- 30
11.2 極性反転型コンバータの場合 ----------------------------------------------------------------- 31
注意書き ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32
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STR5A460 シリーズ
1.
絶対最大定格
● 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“+”、ソースが“−”と規定します。
● 特記がない場合は TA = 25 °C、S/GND 端子（5 番～8 番端子）はすべてショートです。
● SOIC8 パッケージ品の端子番号は括弧内に示します。
項目
記号
FB 端子電圧
VFB
VCC 端子電圧
VCC
D/ST 端子電圧
VD/ST
ドレイン電流
最大スイッチング電流(1)
IDP
IDMAX
条件
端子
1–5
(2 – 5)
2–5
(1 – 5)
4–5
シングルパルス
500ns 以内
VD/ST ≤ 400 V
4–5
負:パルス幅 2μs 以内
4–5
(2)
定格
単位
− 0.3～7
V
− 0.3～32
V
− 0.3～700
V
1.7
A
− 0.2～0.97
− 0.2～0.91
1.55
5A464D
A
5A464S
5A464D
MOSFET 部許容損失
PD1
動作周囲温度
TOP
–
− 40～125
°C
保存温度
Tstg
–
− 40～125
°C
ジャンクション温度
Tj
–
150
°C
(1)
(2)
2.
基板実装時
–
備考
W
1.51
5A464S
MOS FET Ta-PD 曲線参照
銅泊エリア 15mm×15mm
電気的特性
● 電流値の極性は、IC を基準としてシンクが“+”、ソースが“−”と規定します。
● 特記がない場合は TA = 25 °C、VCC =18 V、VD/ST = 10 V、S/GND 端子（5 番～8 番端子）はすべてショート
です。
● SOIC8 パッケージ品の端子番号は括弧内に示します。
項目
記号
条件
端子
Min.
Typ.
Max.
単位
13.6
15.0
16.6
V
7.3
8.0
8.7
V
–
–
2.0
mA
備考
電源起動動作
動作開始電源電圧
VCC(ON)
動作停止電源電圧
VCC(OFF)
動作時回路電流
ICC(ON)
VCC = 12 V
起動回路動作電圧
VST(ON)
VCC = 13.5 V
起動電流
ICC(ST)
VCC = 13.5 V
VD/ST = 100 V
2–5
(1 – 5)
2–5
(1 – 5)
2–5
(1 – 5)
4–5
2–5
(1 – 5)
19
29
39
V
− 2.7
− 1.5
− 0.5
mA
4–5
53
60
67
kHz
4–5
1–5
(2 – 5)
–
2.8
–
kHz
2.44
2.50
2.56
V
PWM 動作
平均発振周波数
発振周波数変動幅
フィードバック基準電圧
fOSC(AVG)
Δf
VFB(REF)
VFB= 2.44 V
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項目
記号
条件
フィードバック電流(1)
IFB(OP)
最低サンプリング期間
tFBMS
スタンバイドレイン電流
IDSTB
端子
1–5
(2 – 5)
1–5
(2 – 5)
4–5
スタンバイ動作周期
tSTBOP
4–5
530
740
940
μs
最大オンデューティ
DMAX
4–5
50
57
64
%
tBW
–
–
230
–
ns
IDLIM
4–5
2–5
(1 – 5)
4–5
0.37
0.41
0.45
A
27.5
29.3
31.3
V
–
72
–
ms
4–5
3.5
5.2
6.8
ms
Tj(TSD)
–
135
–
–
°C
Tj(TSDHYS)
–
–
70
–
°C
Tj = 125 °C
VD/ST = 584 V
4–5
–
–
50
µA
ID = 41 mA
4–5
–
11.0
13.6
Ω
tf
4–5
–
–
250
ns
θj-C
–
–
–
15
–
–
16
VFB = 2.3 V
Min.
Typ.
Max.
単位
− 2.4
− 0.8
−
μA
–
–
2.5
μs
–
50
–
mA
備考
保護動作
リーディング･エッジ･ブラン
キング時間(1)
ドレイン電流制限値
OVP しきい電圧
起動時過負荷保護遅延時間
起動時スタンバイ動作禁止時
間
熱保護動作温度(1)
熱保護ヒステリシス(1)
VCC(OVP)
tOLP
tSTB(INH)
VFB= 0 V
VFB= 2.6 V
MOSFET 部
ドレイン漏れ電流(1)
オン抵抗
スイッチング・タイム
IDSS
RDS(ON)
5A464D
5A464S
熱特性
ジャンクション－ケース間熱
抵抗(1)(2)
(1)
(2)
5A464D
°C/W
5A464S
設計保証項目
MIC のジャンクションとケース間の熱抵抗。ケース温度(TC)は、捺印面中央部の温度で規定
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STR5A460 シリーズ
3.
代表特性
● STR5A464D
過渡熱抵抗曲線
PD = 1.55 W
許容損失PD (W)
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
10
過渡熱抵抗 θj-c (°C /W)
PD_STR5A464D_R1
1.6
0.0
0
25
50
75
100
125
TR_STR5A464D_R1
Ta-PD1 曲線
1.8
1
0.1
0.01
150
1μ
10μ
100μ
周囲温度 TA (°C )
1m
10m
100m
1m
10m
100m
時間 (s)
● STR5A464S
過渡熱抵抗曲線
PD = 1.51 W
許容損失PD (W)
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
過渡熱抵抗 θj-c (°C /W)
PD_STR5A464S_R1
1.6
1
0.1
0.01
0
25
50
75
100
125
150
TR_STR5A464S_R1
Ta-PD1 曲線
1.8
1μ
10μ
周囲温度 TA (°C )
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100μ
時間 (s)
5
STR5A460 シリーズ
4.
ブロックダイアグラム
括弧内の端子番号は SOIC8 パッケージ品を示します。
2
(1)
VCC
D/ST
STARTUP
4
UVLO
OVP
REG
PROTECTION
TSD
DRV
PWM
OSC
S Q
R
OCP
1
(2)
FB
S/H
E/A
VFB(REF)
Feedback
Control
S/GND
LEB
5, 6, 7, 8
BD_STR5A400_R2
5.
各端子機能
● DIP8
端子番号
記号
S/GND
1
FB
7
S/GND
2
VCC
3
–
6
S/GND
4
D/ST
5
S/GND
5~8
S/GND
端子番号
記号
機能
1
VCC
制御回路電源入力／過電圧保護信号入力
2
FB
3
–
4
D/ST
5~8
S/GND
FB
1
8
VCC
2
D/ST
4
機能
定電圧制御信号入力
制御回路電源入力／過電圧保護信号入力
（抜きピン）
MOSFET ドレイン／起動電流入力
MOSFET ソース／グランド
● SOIC8
VCC
1
8
S/GND
FB
2
7
S/GND
6
S/GND
5
S/GND
D/ST
4
定電圧制御信号入力
（抜きピン）
MOSFET ドレイン／起動電流入力
MOSFET ソース／グランド
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STR5A460 シリーズ
6.
応用回路例
図 6-1、図 6-2 に DIP8 品の降圧と極性反転コンバータの回路例を示します。
放熱効果を上げるため、S/GND 端子（5～8 番ピン）のパターンは極力広くします。
出力電圧の絶対値｜VOUT｜を 27.5 V 以上にする場合は、図 6-3 のように、D1 と直列にツェナーダイオード
DZ1 を接続します。定常動作時のオンデューティを最大 50%とすると、出力電圧の絶対値｜VOUT｜は、次項
を満たすようにします。ここで、VDZ1 は DZ1 のツェナー電圧です。
出力電圧の絶対値｜VOUT｜：11V < |VOUT | − VDZ1 < 27.5V
入力電圧に対する｜VOUT｜：降圧コンバータは、1 / 2 以下に降圧できます。
極性反転コンバータは、入力電圧以下に降圧できます
D1
FB
S/GND
VCC
S/GND
R3
R2
STR5A460D
1
D2
8
2
7
R1
C4
C3
6
S/GND
L2
L1
DR1
S/GND
D/ST
C1
VOUT
5
4
(+)
U1
C2
C5
R4
D3
VAC
DR2
(-)
TC_STR5A400D_2_R2
図 6-1
降圧コンバータ
D1
FB
S/GND
VCC
S/GND
R3
R2
STR5A460D
1
D2
8
2
7
R1
C4
C3
NC
6
S/GND
L1
DR1
D3
5
4
U1
C1
VOUT
(-)
S/GND
D/ST
C5
C2
VAC
R4
L2
DR2
(+)
TC_STR5A400D_3_R2
図 6-2
極性反転型コンバータ
STR5A460D
D1
DZ1
D2
(+)
VCC
2
C4
S
U1
図 6-3
C3
5,6,7,8
TC_STR5A400D_4_R2
出力電圧｜VOUT｜を上げる場合
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7
STR5A460 シリーズ
7.
7.1
外形図、捺印仕様
DIP8
● 外形図
備考:
1) 単位：mm (inch)
2) パッケージ寸法は inch 管理(mm は参考値)
3) Pbフリー品(RoHS対応)
● 捺印仕様
DIP8
8
5A46×D
製品名
SKYMD
1
ロット番号
Y = 西暦下一桁(0 ~ 9)
M = 月 (1 ~ 9、O、N、D)
D = 日(1 ~ 3)
1 : 1日~10日
2 : 11日~20日
3 : 21日~ 31日
管理番号
STR5A460-DSJ Rev.3.3
サンケン電気株式会社
2016.10.19
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8
STR5A460 シリーズ
7.2
SOIC8
● 外形図
NOTES:
1) 単位：mm
2) パッケージ寸法は inch 管理(mm は参考値)
3) Pb フリー品(RoHS 対応)
Land Pattern Example (not to scale)
1.6
(0.063)
3.8
(0.15)
1.27
(0.0500)
● 捺印仕様
0.61
(0.024)
単位 : mm (inch)
SOIC8
8
5A46×S
製品名
SKYMD
1
ロット番号
Y = 西暦下一桁(0 ~ 9)
M = 月 (1 ~ 9、O、N、D)
D = 日(1 ~ 3)
1 : 1日~10日
2 : 11日~20日
3 : 21日~ 31日
管理番号
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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STR5A460 シリーズ
動作説明
特記のない場合の特性数値は Typ.値を表記しま
す。電流値の極性は、IC を基準として、シンクを“+”、
ソースを“−”と規定します。
本章に示す回路図において、SOIC8 パッケージ品
の端子番号は、括弧内に示します。
以下の説明において、降圧と極性反転コンバータ
の共通項目は降圧コンバータを用いて行います。
ダイオード D1、D2、D3 の順方向電圧を VFD1、
VFD2、VFD3 とすると、定常時の VCC 端子と S/GND
端子間の電圧は式(2)で算出できます。
VCC = VOUT + VFD3 − (VFD1 + VFD2 ) (V)
8.2
VCC 端子周辺回路を図 8-1 に示します。
起動時
U1
ISTRTUP
D2
D1
定常動作時
VCC 2(1)
Contro1
STARTUP
C3
C4
VOUT
(＋)
4
D/ST
C2
S/GND
VIN
低入力時動作禁止回路（UVLO）
VCC 端子電圧と回路電流 ICC の関係を図 8-2 に示
します。 VCC 端子電圧が動作開始電源電圧
VCC(ON) = 15.0 V に達すると、制御回路が動作を開始
し、回路電流が増加します。制御回路動作後、VCC
端子電圧が動作停止電源電圧 VCC(OFF) = 8.0 V に低下
すると、低入力時動作禁止（UVLO：Undervoltage
Lockout）回路により、制御回路は動作を停止し、再
び起動前の状態に戻ります。
IC の起動動作
8.1
5~8
L2
D3
回路電流 ICC
R4
停止
C5
(－)
図 8-1
VCC 端子周辺回路（降圧コンバータ）
VCC（OFF）
本 IC は起動回路を内蔵し､起動回路は D/ST 端子
に接続しています。D/ST 端子の電圧が起動回路動
作電圧 VST(ON) = 29 V になると起動回路が動作しま
す。IC 内部で定電流化した起動電流 ICC(ST) = − 1.5
mA は、図 8-1 のように VCC 端子に接続した電解
コンデンサ C4 を充電し、VCC 端子電圧が動作開始
電源電圧 VCC(ON) = 15.0 V まで上昇すると、制御回路
が動作を開始します。
電源起動後、起動回路は自動的に IC 内部で遮断
するため、起動回路による電力消費はなくなります。
なお、IC の起動時間の概算値は次式で算出します。
t START = C4 ×
ここで、
tSTART
VCC(INT)
(2)
VCC(ON) − VCC(INT)
�ICC(ST) �
(s)
(1)
：IC の起動時間 (s)
：VCC 端子の初期電圧 (V)
内部のパワーMOSFET がターンオフすると、出力
電圧 VOUT が D1、D2 を通って C4 を充電します
（図 8-1 参照）。
図 8-2
8.3
起動
8.
VCC端子
VCC（ON）電圧
VCC 端子電圧と回路電流 ICC
電源の起動とソフトスタート機能
ソフトスタート機能は、パワーMOSFET およびフ
リーホイールダイオード D3 の、電圧・電流ストレ
スを低減します。
図 8-3 に起動時の動作波形を示します。
IC の起動後、ソフトスタート動作を開始できるよ
うに、スタンバイ動作禁止時間 tSTB(INH)を設け、バー
スト発振動作を禁止しています。ソフトスタート動
作期間は、IC 内部で設定されており（約 5.2 ms）、
この期間に過電流しきい値が 7 段階でステップアッ
プします。IC は出力電圧が設定電圧になるまで、FB
端子電圧に応じた周波数でスイッチング動作をし
ます。
IC が起動してから、FB 端子電圧が 1.6 V になる
までの時間を tLIM とすると、tLIM が起動時過負荷保
護遅延時間 tOLP = 72 ms 以上になると、IC は発振を
停止します。そのため、tLIM は、tOLP 未満になるよう
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STR5A460 シリーズ
に、出力の電解コンデンサ（図 8-1 の C5）の容量
を調整します。
なお、図 8-4 のように VCC 端子電圧が VCC(OFF)に
達し、起動不良になる場合は、C4 の容量を大きく
したり、出力の電解コンデンサ C5 の容量を小さく
したりします。なお、容量を大きくすると IC の起
動時間が長くなるので、最終的に実機で動作を確認
し、定数を調整します。また、ソフトスタート動作
期間は、8.5 項のリーディング・エッジ・ブランキン
グ機能が無効になるため、tBW = 230 ns 未満のオン時
間になる場合があります。
ICの起動
VCC端子
電圧
定電圧（CV）制御
8.4
出力電圧の定電圧(CV)制御は、過渡応答および安
定性に優れたピーク電流モード制御を使用してい
ます。パワーMOSFET のターンオフ時にターンオフ
した瞬間から tFBFS = 2.5 μs(max.)の時点の FB 端子電
圧をパルスバイパルスでサンプリングして作った
目標電圧（VSC）と IC 内部のセンス抵抗の電圧
（VROCP）
を内部の FB コンパレータで比較し、VROCP のピーク
値が VSC に近づくように制御します（図 8-5、図 8-6
参照）。
U1
電源の起動
定常状態
tSTART
Feedback
Control
E/A
FB comp VSC
+ S/H
-
+
VCC(ON)
VCC(OFF)
4
D/ST
tSTB(INH)
PWM
Control
VROCP
ROCP
時間
ソフトスタート動作期間
STR5A464の場合は
約5.2ms（内部固定）
D/ST端子
電流, ID
5~8
S/GND
C3
L2
VOUT
(＋)
D3
C5
R4
(－)
時間
tLIM < tOLP
1.6V
R1
ILON
C2
図 8-5
FB端子電圧
VFB(REF)
1(2) R2 R3
FB
FB 端子周辺回路（降圧コンバータ）
-
VSC
+
VROCP
FBコンパレータ
ROCPの両端電圧
時間
図 8-3
VCC端子電圧
ドレイン電流
ION
起動タイミング動作
IC動作開始
図 8-6
起動成功
定常時の ID と FB コンパレータ動作
設定電圧
VCC(ON)
出力電圧の
立ち上がりによる上昇
VCC(OFF)
起動不良時
時間
ICの起動時間ｔSTART
図 8-4
起動時の VCC 端子電圧
● 負荷が減少するとき
負荷が減少すると、出力電圧の上昇に伴い FB 端
子電圧は上昇します。これにより、目標電圧 VSC
（エラーアンプ E/A の出力電圧）が下がるため、
VROCP のピーク値が低下するように制御します。
その結果、ドレイン電流のピーク値が減少し、出
力電圧の上昇を抑えます。
● 負荷が増加するとき
負荷が増加すると、前記の逆の動作になり、目標
電圧 VSC が高くなるため、ドレイン電流のピーク
値が増加し、出力電圧の低下を抑えます。
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降圧コンバータの動作
8.4.1
図 8-7 に降圧コンバータの場合の負荷電流経路、
図 8-8 にその動作波形を示します。
U1
Contro1
VCC 2(1)
FB 1(2)
C4
VROCP
C3
IL
ROCP
4
L2
5~8
D/ST
C2
VIN
D2
D1
S/GND
VOUT
(＋)
VL
ILON
(MOSFET ON) D3
ILOFF
(MOSFET OFF)
C5
2) PWM オフ期間
パワーMOSFET がターンオフすると、L2 に蓄え
たエネルギにより逆起電力が発生し、フリーホ
イールダイオード D3 は順方向にバイアスされ、
ターンオンします。これにより図 8-7 の ILOFF で
示す経路を通って電流が流れます。
図 8-8 の平均発振周期 1 / fOSC(AVG)が経過すると、
出力 MOSFET が再度ターンオンし、1)の PWM
オン期間が開始します。
出力電流は、インダクタ L2 に流れる ILの平均値
になります。
R4
極性反転型コンバータの動作
8.4.2
(－)
負荷電流経路（降圧コンバータ）
VL
MOSFET
ON
OFF
U1
ON
VCC
2(1)
FB
1(2)
Contro1
図 8-7
図 8-9 に極性反転型コンバータの場合の負荷電流
経路、図 8-10 にその動作波形を示します。
VIN-VRON-VOUT
D2
D1
C3
C4
VROCP
0
t
-(VOUT+VFD3)
ROCP
4
IL
S/GND
IL
C2
t
ILON
(MOSFET ON) VL
VIN
VOUT
(－)
D3
5~8
D/ST
ILON
ILOFF
(MOSFET OFF)
C5
R4
L2
(＋)
t
ILOFF
図 8-9
負荷電流経路（極性反転型コンバータ）
t
1/fOSC(AVG)
図 8-8
VL
降圧コンバータの動作波形
MOSFET
ON
OFF
ON
VIN-VRON
降圧コンバータの場合の PWM 制御を以下に示し
ます。
t
0
-(VOUT+VFD3)
IL
1) PWM オン期間
パワーMOSFET がオンすると、図 8-7 の ILON で
示す経路に電流が流れ、インダクタ L2 にエネル
ギを蓄えます。このとき、IC 内部のセンス抵抗
ROCP に ILON が流れ、この電流を ROCP の両端電圧
VROCP として検出します。また、FB 端子は、C3
の両端電圧を抵抗分圧した電圧を入力し、この
電圧から目標電圧 VSC を作ります。電流検出電
圧 VROCP が VSC に達したときにパワーMOSFET
をターンオフします。
t
ILON
t
ILOFF
t
1/fOSC(AVG)
図 8-10
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極性反転型コンバータの動作波形
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極性反転型コンバータの場合の PWM 制御を以下
に示します。
1) PWM オン期間
パワーMOSFET がオンすると、図 8-9 の ILON で
示す経路に電流が流れ、インダクタ L2 にエネル
ギを蓄えます。このとき、IC 内部のセンス抵抗
ROCP に ILON が流れ、この電流を ROCP の両端電圧
VROCP として検出します。また、FB 端子は、C3
の両端電圧を抵抗分圧した電圧を入力し、この
電圧から目標電圧 VSC を作ります。電流検出電
圧 VROCP が VSC に達したときにパワーMOSFET
をターンオフします。
2) PWM オフ期間
パワーMOSFET がターンオフすると、L2 に蓄え
たエネルギにより逆起電力が発生し、フリーホ
イールダイオード D3 は順方向にバイアスされ、
ターンオンします。これにより図 8-9 の ILOFF で
示す経路を通って電流が流れます。
図 8-10 の平均発振周期 1 / fOSC(AVG)が経過すると、
出力 MOSFET が再度ターンオンし、1)の PWM
オン期間が開始します。
出力電流は、インダクタ L2 に流れる ILOFFの平均
値になります。
8.5
リーディング・エッジ・ブランキン
グ機能
出力電圧の定電圧(CV)制御はピーク電流モード
制御方式を使用しています。ピーク電流はパワー
MOSFET のドレイン電流を IC 内部のセンス抵抗
ROCP で検出しています。パワーMOSFET がターン
オンした直後に急しゅんなサージ電流が生じ、これ
に過電流保護回路 (OCP) が応答すると、パワー
MOSFET がオフすることがあります。これを防ぐた
めパワーMOSFET がターンオンした瞬間からリー
ディング・エッジ・ブランキング時間 tBW = 230 ns
は OCP 検出を無効にしています。
ランダムスイッチング機能
8.6
平均発振周波数 fOSC(AVG)にランダムな周波数の微
変動を重畳する機能を内蔵しています。
これにより、この機能がない製品と比較し、雑音
端子電圧（コンダクションノイズ）が低減するため、
入力部のノイズフィルタなどを簡略化できます。
動作モード
8.7
図 8-12 に示すように、出力電力が減少するとパ
ワーMOSFET のドレイン電流の減少と共に自動的
に、動作モードを、固定スイッチング周波数
(60 kHz)、スイッチング周波数制御のグリーンモー
ド (23 kHz～60 kHz）、および内部発振器によるバー
スト発振動作に切り替えます。
グリーンモードはスイッチング回数が減少、バー
スト発振動作は一定期間スイッチング動作が停止
することで、スイッチング損失を低減し、効率を改
善します。
負荷が軽くなり、ドレイン電流がスタンバイドレ
イン電流 IDSTB まで減少すると、バースト発振動作
に移行します。
図 8-12 の A 点と B 点の波形を図 8-13
に示します。バースト発振動作は、スタンバイ動作
周期 tSTBOP = 740 μs で動作します。バースト周期に
おける最低発振回数は 1 回です。なお、バースト周
期を決める発振器と、発振周波数を決める発振器は
同期していないため、tSTBOP 後の 1 回目の発振周波
数が高くなることがあります。
発振周波数
fOSC
60kHz
固定周波数モード
B
A
約23kHz
バースト
発振動作
tSTBOP = 740 µs
グリーンモード
PO
図 8-12
出力電力
負荷に応じた発振周波数
A点
ID
tBW
ROCP電圧
時間
B点
ID
tSTBOP
ターンオン時のサージ電圧幅
図 8-11
リーディング・エッジ・ブランキング時間
図 8-13
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時間
バースト発振動作波形
13
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8.8
過負荷保護機能（OLP）
パワーMOSFET のドレイン電流がドレイン電流
制限値 IDLIM に達すると、パワーMOSFET をターン
オフします。それにより、出力電圧は図 8-14 のよう
な特性になります。
過負荷状態で出力電圧が低下すると、FB 端子電
圧が低下します。FB 端子電圧が、1.6V 未満の状態
を起動時過負荷保護遅延時間 tOLP = 72 ms 継続する
と、過負荷保護機能（OLP：Overload Protection）が
動作してスイッチング動作を停止します。スイッ
チング動作が停止すると、VCC 端子電圧は VCC(OFF)
まで低下し、制御回路は動作を停止します。その後、
起動回路が動作し、起動電流の供給により VCC(ON)
まで上昇すると、制御回路が再び動作します。この
ように、過負荷状態のときは UVLO による間欠発振
動作を繰り返します（図 8-15 参照）。
この間欠発振動作により発振回数が減るため、パ
ワーMOSFET やフリーホイールダイオードなどの
部品ストレスを低減します。さらに、間欠動作中の
消費電力を小さくできます。過負荷の要因を取り除
くと、通常の動作に自動復帰します。
出力電圧
VOUT
CVモード
出力電流IOUT
図 8-14
過負荷特性
発振停止期間
VOUT(OVP) = VCC(OVP) + VFD1 + VFD2 − VFD3
(3)
8.10 過熱保護回路（TSD）
図 8-16 に TSD 動作波形を示します。IC の制御回
路部のジャンクション温度が、熱保護動作温度
Tj(TSD) = 135 °C (min.)以上に達すると、過熱保護機能
(TSD)が動作し、スイッチング動作を停止します。
TSD には温度ヒステリシスがあります。ジャンク
ション温度が Tj(TSD)−Tj(TSD)HYS より高いときは、VCC
端子電圧が約 9.4 V まで低下すると起動回路が動作
し起動電流を供給するバイアスアシスト機能によ
り VCC 端子電圧を VCC(OFF)以上に保持して、停止状
態を継続します。Tj(TSD)−Tj(TSD)HYS 以下になると、バ
イアスアシスト機能が無効になるため、VCC 端子電
圧が VCC(OFF)以下に低下して、制御回路は動作を停
止します。その後、起動回路が動作し、起動電流の
供給により VCC(ON)まで上昇すると、制御回路が再び
動作します。
過熱の要因を取り除き、IC 制御回路部の温度が
Tj(TSD)−Tj(TSD)HYS 以下になると通常の動作に自動復
帰します。
ジャンクション温度 Tj
VCC端子電圧
VCC(ON)
復帰
TSD動作
Tj(TSD)
VCC(OFF)
ドレイン電流, ID
チング動作を停止します。OVP 動作時は ULVO に
よる間欠発振動作を繰り返します（ULVO による間
欠発振動作は 8.8 項を参照）。過電圧の要因を取り
除くと、通常の動作に自動復帰します。
図 8-1 の D1、D2、D3 のダイオードの順方向電圧
をそれぞれ VFD1、VFD2、VFD3 とすると、OVP が動作
する出力電圧 VOUT(OVP)の概算値は、次式になります。
VOUT(OVP)は VOUT(+)と VOUT(−)の間の電圧です。
Tj(TSD)−Tj(TSD)HYS
tOLP
tOLP
バイアスアシスト
機能
ON
OFF
OFF
VCC端子電圧
図 8-15
8.9
VCC(ON)
VCC(BIAS)
VCC(OFF)
OLP 動作波形
過電圧保護機能（OVP）
ドレイン電流
ID
VCC 端子と S/GND 端子間に、OVP しきい電圧
VCC(OVP) = 29.3 V 以上を印加すると、過電圧保護機
能（OVP：Overvoltage Protection）が動作し、スイッ
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図 8-16 TSD 動作波形
14
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設計上の注意点
9.
9.1.2
外付け部品
9.1
各部品は使用条件に適合したものを使用します。
必要に応じディレーティングを考慮します。
図 9-1 に降圧コンバータの IC 周辺回路を示します。
括弧内の端子番号は SOIC8 パッケージ品です。
D1
R3
R2
1(2)
2(1)
S/GND
FB
S/GND
VCC
8
D2
C4
R1
銅損・鉄損による温度上昇に対し、適宜マージン
を設けます。また、インダクタは磁気飽和しないよ
うに設計します。インダクタンス値は、9.3 項を参
考に、マイナス側許容誤差や直流重畳のインダク
タンス低下を考慮した最小値で検討します。なお、
IC が定電圧制御をするためにはリーディング・エッ
ジ・ブランキング時間よりもオン時間を長くする必
要があります。ユニバーサル入力で設計する場合、
AC 入力電圧が最大の軽負荷時にオン時間が短くな
りやすいので、インダクタの値を小さくしすぎない
ように注意します（600 μH 以上を推奨）。
C3
7
9.1.3
6
S/GND
VCC 端子周辺回路
VOUT
L1
DR1
インダクタ
5
4
D/ST
S/GND
(+)
L2
U1
VAC
C1
C2
D3
C5
R4
IC の起動時間は、図 9-1 の C4 のコンデンサ容量
で決まり、一般的な電源仕様の場合、10 μF～47 μF
程度です。起動時間は 8.1 項を参照。
DR2
(-)
図 9-1
9.1.1
9.1.4
降圧コンバータの IC 周辺回路図
入力、出力の平滑用電解コンデンサ
電解コンデンサは、リップル電流・電圧・温度上
昇に対し、適宜設計マージンを設けます。
出力の電解コンデンサ C5 の容量は、リップル電
圧仕様を満足し、かつ起動時に出力立ち上がり時間
が起動時過負荷保護遅延時間 tOLP = 72 ms より十分
に短くなる容量を選択します。電解コンデンサはス
イッチング電源設計に適した、低 ESR タイプを推奨
します。C5 の ESR は次式を満たすものを選択しま
す。
ZCO <
∆VOR
ILRP
(4)
ここで、
ZCO：動作周波数における出力電解コンデンサの
ESR（一般的なカタログに記載している ESR は
100 kHz 規定している場合が多いため、周波数特
性を確認する必要があります）
ΔVOR：出力リップル電圧仕様
ILRP：インダクタのリップル電流（9.3 項参照）
FB 端子周辺回路
図 9-1 のように、FB 端子は、出力電圧 VOUT(+)と
S/GND 端子間電圧を抵抗分圧した電圧を入力しま
す。
C3 は平滑コンデンサです。C3 の容量は出力の電
解コンデンサ C5 の値に依存します。通常、C3 の容
量は 0.022 μF～0.22 μF 程度です。容量を大きくする
と軽負荷時のラインレギュレーション特性は向上
しますが、ダイナミック負荷変動時の応答が遅くな
るため、注意が必要です。
R1、R2、R3 は FB 端子の基準電圧 VFB(REF) = 2.50 V、
出力電圧 VOUT などで決まり、次式(5)の関係があり
ます。R1 の定数は 10 kΩ～22 kΩ 程度が目安です。
R2、R3 の定数は実機で動作を確認しながら、定数
を調整します。
D2、D3 の順方向電圧 VF は、出力電圧に影響を与
えるため、極力 VF が小さいものを使用します。
|VOUT | ≅ VFB(REF) ×
⇒ R2 + R3 = �
ここで、
VFD2
VFD3
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R1 + R2 + R3
+ VFD2 − VFD3
R1
|VOUT |−VFD2 + VFD3
− 1� × R1 (5)
VFB(REF)
：D2 の順方向電圧
：D3 の順方向電圧
15
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フリーホイールダイオード
9.1.5
図 9-1 の D3 はフリーホイールダイオードです。
パワーMOSFET がターンオフする際、D3 にはリカ
バリー電流が流れます。このリカバリー電流は回路
の損失やノイズに大きな影響を与えます。また、VF
は出力電圧に影響を与えます。このため、フリーホ
イールダイオードは、高速リカバリー特性で、極力
順方向電圧 VF が小さいものを使用します。
ブリーダー抵抗
9.1.6
軽負荷で使用する場合は、出力電圧の上昇を防止
するため、図 9-1 のように、出力平滑電解コンデン
サ C5 の両端にブリーダー抵抗 R4 を挿入します。
R4 は、次式(6)を満たす抵抗値を接続し、実機で動
作を確認して値を調整します。
R4 ≤
9.2
|VOUT |
3mA
(6)
D/ST 端子
図 9-1 の D/ST 端子の内部に接続しているパワー
MOSFET は、D/ST 端子電圧および電流が、絶対最
大定格を超えると破壊する可能性があります。
D/ST 端子電圧は、
電源入力電圧が最大の条件で、
起動時を含むすべての動作において絶対最大定格
700 V の 90%となる 630 V 未満になるように実機で
動作を確認し、トランスや部品の定数を調整します。
および、定常動作時の D/ST 端子電圧は 560 V 未
満になるように設定します。
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9.3
インダクタの L 値の計算
9.3.1
本計算はあくまでも机上計算のため、マージンの
配慮や実機による動作確認が必要です。
次の項目は、図 6-1 降圧コンバータ、図 6-2
性反転型コンバータの回路図を参照。
表 9-1 動作モードの比較
L
ILR
PRD(ON)
PSW
CCM
Large
Large
Small
Small
Large
CRM
Middle Middle Middle Middle Small
DCM
Small
Small
Large
Large
極
VDCIN_MIN： C2 位置の直流入力電圧下限
VDCIN_MAX： C2 位置の直流入力電圧上限
VOUT：出力電圧
IOUT：出力電流
VRON：内部パワーMOSFET のオン電圧、
ドレイン電流×RDS(ON)
VFD1： D1 の順方向電圧
VFD2： D2 の順方向電圧
VFD3： D3 の順方向電圧
VDZ1： DZ1 のツェナー電圧
| VOUT |を 27.5 V 以上にするときにツェナー
ダイオードまたはレギュレータを追加。損失
に留意
PMW 制御は、図 9-2 に示す 3 つの動作モードが
あります。動作モードごとに特長があるため、動作
モードの選定に配慮が必要です。
表 9-1 は、同一入出力仕様の場合の 3 つの動作
モードの比較表です。
POW
パラメータ定義
Small
次の項目中、数値がないものは、2.電気的特性を
参照。
表 9-1 において、
CCM：電流連続モード
CRM：電流臨界モード
DCM：電流不連続モード
POW：許容電力
L：L2 のインダクタンス
ILR：インダクタリップル電流
PRDS(ON)：パワーMOSFET 導通損失
PSW：スイッチング損失
DON_MAX：定常動作時のオンデューティの最大値、
0.5
KRP_MIN： 0.4
VST_MAX：VST(ON)の Max.値
VDC(MAX)：直流入力電圧上限推奨値、400 V
VCC_MIN： VCC 端子最小値、10 V
VCC(OVP)_MIN：VCC(OVP)の Min.値
IDLIM_MIN： IDLIM の Min.値
IDLIM_TYP： IDLIM の Typ.値
fTYP： fOSC(AVG)の Typ.値
fMIN：最小発振周波数、23 kHz
IDSTB：スタンバイドレイン電流の Typ.値
CCM
CRM
DCM
ILH
ILH
ILH
ILR
ILR
ILR
ILL
0A
tON
tOFF
1/fSW
tON
tOFF
1/fSW
I
KRP = LR
ILH
図 9-2
tON tOFF tD
1/fSW
PWM 制御の動作モード
ここで、
fSW: スイッチング周波数、tON: オン時間、tOFF: オフ時間、tD: 不連続時間
ILH: インダクタ電流上限、ILL: インダクタ電流下限、ILR: インダクタリップル電流
KRP: インダクタ電流のリップルと上限の比率ILR ⁄ILH
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9.3.2
降圧コンバータの場合
(B-1) 入出力条件
パラメータの定義は、9.3.1 項を参照。
下限値は VST_MAX か2 × VOUT + VFD3 + VRON の高い方の電圧以上、上限値は VDC(MAX) 以下
VDCIN_MIN
VDCIN_MIN ≤ 𝐕𝐃𝐂𝐈𝐍_𝐌𝐀𝐗 < VDC(MAX)
VDCIN_MAX
VCC_MIN + VDZ1 − VFD3 + (VFD1 + VFD2 ) < 𝐕𝐎𝐔𝐓 < 0.5 × �VDCIN_MIN − VRON − VFD3 �
VOUT
𝐈𝐎𝐔𝐓 < 0.8 × IDLIM_MIN
IOUT
VDZ1
(B-2) 計算方法
下限値は 0 かVOUT + VFD3 − �VFD1 + VFD2 + VCC(OVP)_MIN �の高い方の電圧以上、
上限値はVOUT + VFD3 − �VFD1 + VFD2 + VCC_MIN �
入出力仕様からインダクタンス LCALC 値を求める
方法と、インダクタンス LUSER 値を指定してパラ
メータを求める方法に分けて説明します。
(B-2-1) 入出力仕様からインダクタンス LCALC 値を
求める方法
VDCIN_MIN のときの動作モードを選択して LCALC を
求め、これを用いて VDCIN_MIN と VDCIN_MAX 双方のパ
ラメータを求める。
(B-2-1-1) VDCIN_MIN のときのパラメータ
(B-2-1-1-1) 連続動作時のオンデューティ DCCM1
DCCM1 =
VOUT + VFD3
VDCIN_MIN − VRON + VFD3
DCCM1 条件：< 0.5
(B-2-1-1-2) 動作モードと KRP1 または DDCM1 の指定
● CCM モードの場合
インダクタ電流のリップルと上限の比率 KRP1 を
次の範囲内で指定します。
0.4 ≤ K RP1
IDLIM_MIN − IOUT
<2×
<1
IDLIM_MIN
IOUT 条件：< 0.8 × IDLIM_MIN
● CRM モードの場合
IOUT 条件： ≤ 0.5 × IDLIM_MIN
● DCM モードの場合
オンデューティ DDCM1 を
2 × IOUT × DCCM1
≤ DDCM1 < DCCM1
IDLIM_MIN
の範囲内で指定します。
IOUT 条件：< 0.5 × IDLIM_MIN
(B-2-1-1-3) インダクタ電流
オンデューティを DON1、インダクタ電流の上限を
ILH1、下限を ILL1、リップル電流を ILR1 で表示します。
● CCM モードの場合
DON1 = DCCM1
ILH1 =
2 × IOUT
2 − K RP1
ILR1 = K RP1 × ILH1
ILL1 = ILH1 − ILR1
● CRM モードの場合
DON1 = DCCM1
ILH1 = 2 × IOUT
ILR1 = ILH1 , ILL1 = 0
● DCM モードの場合
DON1 = DDCM1
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ILH1 = 2 × IOUT ×
DCCM1
DDCM1
ILR1 = ILH1 , ILL1 = 0
(B-2-1-1-4) 発振周波数 fSW1
選択した動作モードの ILH1 により、fSW1 は次の条
件と式から求める。
● ILH1 ≤ IDSTB の場合は、fMIN
● ILH1 ≥ 0.8 × IDLIM_TYP の場合は、fTYP
● IDSTB < ILH1 < 0.8 × IDLIM_TYP の場合は、
K=�
fTYP − fMIN
�
0.8 × IDLIM_TYP − IDSTB
とおくと
K × (ILH1 − IDSTB ) + fMIM
(B-2-1-1-5) オン時間 tON1
選択した動作モードの DON1 と fSW1 より、
t ON1 =
DON1
fSW1
1
IDRMS1 = �� × (ILH1 − ILL1 )2 + ILH1 × ILL1 � × DON1
3
パワーMOSFET のオン抵抗 RDS(ON)による導通損
失は、IDRMS1 2 × R DS(ON)
1
DON1
ILRMS1 = �� × (ILH1 − ILL1 )2 + ILH1 × ILL1 � ×
DCCM1
3
インダクタの定格電流値に相当
(B-2-1-2) VDCIN_MAX 時のパラメータ
(B-2-1-2-1) 連続動作時のオンデューティ DCCM2
DCCM2 =
VOUT + VFD3
VDCIN_MAX − VRON + VFD3
DCCM2 条件：< 0.5
(B-2-1-2-2) 動作モード判定
tON1 < 400 ns の場合は、tON1 を大きくするため、以
下の対策 1 を行います。
● 対策 1
CCM モードの場合：KRP1 を小さく、または IOUT
を小さく設定し直す。
CRM モードの場合：CCM モードに選択し直す。
DCM モードの場合：DDCM1 を大きくするか、CRM
または CCM モードに選択し直す。
設定変更後、(B-1) 入出力条件から再計算する。
(B-2-1-1-6) インダクタンス LCALC
選択した動作モードの ILH1 と ILL1、fSW1 より、
LCALC =
(B-2-1-1-7) ドレイン電流、インダクタ電流の実効
値：IDRMS1、ILRMS1
2 × IOUT × (VOUT + VFD3 ) × (1 − DCCM1 )
�ILH1 2 − ILL1 2 � × fSW1
マイナス側許容誤差や直流重畳のインダクタン
ス低下を考慮した最小値。
LCALC < 600 µH の場合は、LCALC を大きくするため、
(B-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
1) まず、以下の係数を求める。
(B-2-1-1-6)項で求めた LCALC を使用し、
K=�
M2 =
fTYP − fMIM
�
0.8 × IDLIM_TYP − IDSTB
2 × IOUT × (VOUT + VFD3 ) × (1 − DCCM2 )
LCALC
A = 4 × IOUT × K
B = 4 × IOUT × {fMIM − K × (IDSTB + IOUT )}
C = −4 × IOUT 2 × (fMIM − K × IDSTB ) − M2
2) ILH2 を次式から求める。
ILH2 =
1
× �−B + �B 2 − 4 × A × C�
2×A
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3) fSW2 を ILH2 と次の条件から求める。
fSW2 = K × (ILH2 − IDSTB ) + fMIN
ここで、
fSW2 < fMIN のときは、fSW2 を fMIN、
fTYP < fSW2 のときは、fSW2 を fTYP にして、
ILH2 を次式から求め直します。
ILH2 =
M2
+ IOUT
4 × IOUT × fSW2
fSW2 が fMIN ≤ fSW2 ≤ fTYP のときは ILH2 は前述 2)の値
です。
ILH2 ≥ IDLIM_MIN の場合は、ILH2 を小さくするため、
(B-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
4) ILL2 を次式から求める。
ILL2 = 2 × IOUT − ILH2
5) 動作モードを次の判定条件から求める。
● ILL2 > 0 の場合は、CCM モード
● ILL2 = 0 の場合は、CRM モード
● ILL2 < 0 の場合は、DCM モード
(B-2-1-2-3) 動作モードごとの DON2、fSW2、ILH2、ILL2
(B-2-1-2-2)項の 5)の動作モード結果により、DON2、
fSW2、ILH2、ILL2 の求め方が異なります
fSW2 は(B-2-1-2-2)項 3)の fSW2
ILH2 = 2 × IOUT
ILR2 = ILH2 , ILL2 = 0
● DCM モードの場合
1) 次式の fSW2 を変数とする ILH_f と ILH_DCM、CRM
モード条件の ILH2_CRM をグラフにして、fSW2 と
DCM モードの ILH2 を求める。
ILH2_f =
M2
ILH2_DCM = �
fSW2
ILH2_CRM = 2 × IOUT
I LH (A)
0.7
0.3
I LH2_f
ILH_
f
I LH2_DCM
ILH_
DCM
ILH_
I LH2_CRM
CRM
f MIN
fmin
0.2
f TYP
fmax
0.6
0.5
0.4
0.1
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
● CCM モードの場合
DON2 = DCCM2
fSW2 − fMIN
+ IDSTB
K
f SW (kHz)
図 9-3 DCM の fSW2 と ILH2 のグラフ
ILH_f と ILH_DCM の交点が fMIN～fTYP の範囲内
fSW2 は(B-2-1-2-2)項 3)の fSW2
ILH2 は、(B-2-1-2-2)項 3)の ILH2
ILL2 は、(B-2-1-2-2)項 4)の ILL2
ILR2 = ILH2 − ILL2
K RP2 =
ILR2
ILH2
● CRM モードの場合
DON2 = DCCM2
I LH (A)
0.7
0.3
I LH2_f
ILH_
f
I LH2_DCM
ILH_
DCM
ILH_
I LH2_CRM
CRM
f MIN
fmin
0.2
f TYP
fmax
0.6
0.5
0.4
0.1
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
f SW (kHz)
図 9-4 DCM の fSW2 と ILH2 のグラフ
ILH_f と ILH_DCM の交点が fMIN～fTYP の範囲外
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DCM モードの場合は、ILH2_f と ILH2_DCM の交点の
ILH が ILH2_CRM よりも大きくなります。
(B-2-2) インダクタンス LUSER 値を指定してパラ
メータを求める方法
2) fSW2 を求める。
図 9-3 のように ILH2_f と ILH2_DCM の交点の fSW が
fMIN と fTYP の範囲内のときは、その値を fSW2 に設
定し、図 9-4 のようにオーバしたときはオーバ側
の fMIN または fTYP を fSW2 に設定します。
LUSER 値を指定した場合の VDCIN_MIN と VDCIN_MAX
のパラメータは、(B-2-1-2) VDCIN_MAX 時のパラメー
タの項と同じ方法を用い、VDCIN_MAX と LCALC に、そ
れぞれ入力電圧と LUSER を代入して求めることがで
きます。なお、計算条件を満たさない場合は、LUSER
値を大きくまたは IOUT を小さくした設定に直し、再
計算を行います。
3) DON2 を求める。
DON2 = DDCM2 = 2 × IOUT × DCCM2 × �
DDCM2 条件：< DCCM2
fSW2
M2
4) ILH2、ILL2、ILR2 を求める。
2)項で求めた fSW2 と ILH2_DCM 曲線の交点が ILH2 に
なります。なお、ILH2 は次式からも求めることが
できます。
ILH2 = 2 × IOUT ×
DCCM2
DDCM2
ILR2 = ILH2 , ILL2 = 0
(B-2-1-2-4) ILH2
ILH2 ≥ IDLIM_MIN の場合は、ILH2 を小さくするため、
(B-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
(B-2-1-2-5) オン時間 tON2
t ON2 =
DON2
fSW2
tON2 < 400 ns のときは、tON2 を大きくするため、
(B-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
(B-2-1-2-6) IDRMS2、ILRMS2
(B-2-1-1-7)項の式に、ILH2、ILL2、DON2、DCCM2 を代
入して求めることができます。
(B-2-1-3) インダクタ電流仕様
インダクタが磁気飽和する電流は、IDLIM_MAX より
十分に大きいことが必要です。
定格電流は、(B-2-1-1-7)項のインダクタ電流の実
効値の式を参照。
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9.3.3
極性反転コンバータの場合
(I-1) 入出力条件
パラメータ定義は、9.3.1 項を参照。|VOUT|は VOUT の絶対値。
VDCIN_MIN
VDCIN_MAX
下限値は VST_MAX かVOUT + VFD3 + VRON の高い電圧以上、上限値は VDC(MAX) 以下
VDCIN_MIN ≤ 𝐕𝐃𝐂𝐈𝐍_𝐌𝐀𝐗 < VDC(MAX)
VCC_MIN + VDZ1 − VFD3 + (VFD1 + VFD2 ) < |𝐕𝐎𝐔𝐓 | < VDCIN_MIN − VRON − VFD3
|VOUT|
𝐈𝐎𝐔𝐓 < 0.8 × IDLIM_MIN × (1 − DCCM1 )
ここで、
VOUT + VFD3
DCCM1 =
VDCIN_MIN − VRON + VOUT + VFD3
IOUT
VDZ1
(I-2) 計算方法
下限値は 0 かVOUT + VFD3 − �VFD1 + VFD2 + VCC(OVP)_MIN �の高い電圧以上、
上限値はVOUT + VFD3 − �VFD1 + VFD2 + VCC_MIN �
● CRM モードの場合
入出力仕様からインダクタンス LCALC 値を求める
方法と、インダクタンス LUSER 値を指定してパラ
メータを求める方法に分けて説明します。
(I-2-1) 入出力仕様からインダクタンス LCALC 値を求
める方法
VDCIN_MIN のときの動作モードを選択して LCALC を
求め、これを用いて VDCIN_MIN と VDCIN_MAX 双方のパ
ラメータを求める。
(I-2-1-1) VDCIN_MIN 時のパラメータ
IOUT 条件： ≤ 0.5 × IDLIM_MIN × (1 − DCCM1 )
● DCM モードの場合
オンデューティ DDCM1 を
2 × ILAVG1 × DCCM1
≤ DDCM1 < DCCM1
IDLIM_MIN
の範囲内で指定する。
IOUT 条件： < 0.5 × IDLIM_MIN × (1 − DCCM1 )
(I-2-1-1-3) インダクタ電流
(I-2-1-1-1) 連続動作時のオンデューティ DCCM1 と
インダクタ平均電流 ILAVG1
DCCM1 =
VOUT + VFD3
VDCIN_MIN − VRON + VOUT + VFD3
DCCM1 条件：< 0.5
ILAVG1 =
● CCM モードの場合
DON1 = DCCM1
ILH1 =
IOUT
1 − DCCM1
(I-2-1-1-2) 動作モードと KRP1 または DDCM1 の指定
● CCM モードの場合
インダクタ電流のリップルと上限の比率 KRP1 を
次の範囲内で指定します。
0.4 ≤ K RP1 < 2 × �1 −
オンデューティを DON1、インダクタ電流の上限を
ILH1、下限を ILL1、リップル電流を ILR1 で表示します。
ILAVG1
IDLIM_MIN
�<1
IOUT 条件：< 0.8 × IDLIM_MIN × (1 − DCCM1 )
2 × ILAVG1
2 − K RP1
ILR1 = K RP1 × ILH1
ILL1 = ILH1 − ILR1
● CRM モードの場合
DON1 = DCCM1
ILH1 = 2 × ILAVG1
ILR1 = ILH1 , ILL1 = 0
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● DCM モードの場合
DON1 = DDCM1
ILH1 = 2 × ILAVG1 ×
DCCM1
DDCM1
ILR1 = ILH1 , ILL1 = 0
(I-2-1-1-4) 発振周波数 fSW1
選択した動作モードの ILH1 により、fSW1 は次の条
件と式から求める。
● ILH1 ≤ IDSTB の場合は、fMIN
● ILH1 ≥ 0.8 × IDLIM_TYP のと場合は、fTYP
● IDSTB < ILH1 < 0.8 × IDLIM_TYP の場合は、
K=�
fTYP − fMIN
�
0.8 × IDLIM_TYP − IDSTB
とおくと
K × (ILH1 − IDSTB ) + fMIM
(I-2-1-1-5) オン時間 tON1
選択した動作モードの DON1 と fSW1 より、
t ON1
DON1
=
fSW1
tON1 < 400 ns の場合は、tON1 を大きくするため、以
下の対策 1 を行います。
● 対策 1：
CCM モードの場合：KRP1 を小さく、または IOUT
を小さく設定し直す。
CRM モードの場合：CCM モードに選択し直す。
DCM モードの場合：DDCM1 を大きくするか、CRM
または CCM モードに選択し直す。
設定変更後、(I-1) 入出力条件から再計算する。
(I-2-1-1-6) インダクタンス LCALC
選択した動作モードの ILH1 と ILL1、fSW1 より、
LCALC =
2 × IOUT × (VOUT + VFD3 )
�ILH1 2 − ILL1 2 � × fSW1
マイナス側許容誤差や直流重畳のインダクタン
ス低下を考慮した最小値。
LCALC < 600 µH の場合は、LCALC を大きくするため、
(I-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
(I-2-1-1-7) ドレイン電流、インダクタ電流の実効
値：IDRMS1、ILRMS1
1
IDRMS1 = �� × (ILH1 − ILL1 )2 + ILH1 × ILL1 � × DON1
3
パワーMOSFET のオン抵抗 RDS(ON)による導通損
失は、IDRMS1 2 × R DS(ON)
1
DON1
ILRMS1 = �� × (ILH1 − ILL1 )2 + ILH1 × ILL1 � ×
DCCM1
3
インダクタの定格電流値に相当
(I-2-1-2) VDCIN_MAX 時のパラメータ
(I-2-1-2-1) 連続動作時のオンデューティ DCCM2 と
インダクタ平均電流 ILAVG2
DCCM2 =
VOUT + VFD3
VDCIN_MAX − VRON + VOUT + VFD3
DCCM2 条件：< 0.5
ILAVG2 =
IOUT
1 − DCCM2
(I-2-1-2-2) 動作モード判定
1) まず、以下の係数を求める。
(I-2-1-1-6)項で求めた LCALC を使用し、
K=�
M2 =
fTYP − fMIN
�
0.8 × IDLIM_TYP − IDSTB
2 × ILAVG2 × (VOUT + VFD3 ) × (1 − DCCM2 )
LCALC
A = 4 × ILAVG2 × K
B = 4 × ILAVG2 × {fMIM − K × (IDSTB + ILACG2 )}
C = −4 × ILAVG2 2 × (fMIM − K × IDSTB ) − M2
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2) ILH2 を次式から求める。
ILH2
1
=
× �−B + �B 2 − 4 × A × C�
2×A
● DCM モードの場合
1) 次式の fSW2 を変数とする ILH_f と ILH_DCM、CRM
モード条件の ILH2_CRM をグラフにして、fSW2 と
DCM モードの ILH2 を求める。
3) fSW2 を ILH2 と次の条件から求める。
fSW2 = K × (ILH2 − IDSTB ) + fMIN
ここで、
fSW2 < fMIN のときは、fSW2 を fMIN、
fTYP < fSW2 のときは、fSW2 を fTYP にして、
ILH2 を次式から求め直します。
ILH2 =
M2
+ ILAVG2
4 × ILAVG2 × fSW2
ILH2_f =
fSW2 − fMIN
+ IDSTB
K
M2
ILH2_DCM = �
fSW2
ILH2_CRM = 2 × ILAVG2
I LH (A)
fSW2 が fMIN ≤ fSW2 ≤ fTYP のときは、ILH2 は前述 2)の
値です。
ILH2 ≥ IDLIM_MIN の場合は、ILH2 を小さくするため、
(I-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
0.7
4) ILL2 を次式から求める。
0.3
I LH2_f
ILH_
f
I LH2_DCM
ILH_
DCM
ILH_
I LH2_CRM
CRM
f MIN
fmin
0.2
f TYP
fmax
ILL2 = 2 × ILAVG2 − ILH2
5) 動作モードを次の判定条件から求める。
0.6
0.5
0.4
0.1
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
● ILL2 > 0 の場合は、CCM モード
● ILL2 = 0 の場合は、CRM モード
● ILL2 < 0 の場合は、DCM モード
f SW (kHz)
図 9-5 DCM の fSW2 と ILH2 のグラフ
ILH_f と ILH_DCM の交点が fMIN～fTYP の範囲内
(I-2-1-2-3) 動作モードごとの DON2、fSW2、ILH2、ILL2
(I-2-1-2-2)項の 5)の動作モード結果により、DON2、
fSW2、ILH2、ILL2 の求め方が異なります。
I LH (A)
0.7
DON2 = DCCM2
0.5
fSW2 は(I-2-1-2-2)項 3)の fSW2
0.3
I LH2_f
ILH_
f
I LH2_DCM
ILH_
DCM
ILH_
I LH2_CRM
CRM
f MIN
fmin
ILH2 は、(I-2-1-2-2)項 3)の ILH2
0.2
f TYP
fmax
ILL2 は、(I-2-1-2-2)項 4)の ILL2
0.1
● CCM モードの場合
ILR2 = ILH2 − ILL2
K RP2
ILR2
=
ILH2
● CRM モードの場合
DON2 = DCCM2
fSW2 は(I-2-1-2-2)項 3)の fSW2
ILH2 = 2 × ILAVG2
0.6
0.4
0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
f SW (kHz)
図 9-6 DCM の fSW2 と ILH2 のグラフ
ILH_f と ILH_DCM の交点が fMIN～fTYP の範囲外
DCM モードの場合は、ILH2_f と ILH2_DCM の交点の
ILH が ILH2_CRM よりも大きくなります。
ILR2 = ILH2 , ILL2 = 0
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2) fSW2 を求める。
図 9-5 のように ILH2_f と ILH2_DCM の交点の fSW が
fMIN と fTYP の範囲内のときは、その値を fSW2 に設
定し、図 9-6 のようにオーバしたときはオーバ側
の fMIN または fTYP を fSW2 に設定します。
3) DON2 を求める
DON2 = DDCM2 = 2 × ILAVG2 × DCCM2 × �
DDCM2 条件：< DCCM2
fSW2
M2
(I-2-2) インダクタンス LUSER 値を指定してパラメー
タを求める方法
LUSER 値を指定した場合の VDCIN_MIN と VDCIN_MAX
のパラメータは、(I-2-1-2) VDCIN_MAX 時のパラメータ
の項と同じ方法を用い、VDCIN_MAX と LCALC に、それ
ぞれ入力電圧と LUSER を代入して求めることができ
ます。なお、計算条件を満たさない場合は、LUSER
値を大きくまたは IOUT を小さくした設定に直し、再
計算を行います。
4) ILH2、ILL2、ILR2 を求める
2)項で求めた fSW2 と ILH2_DCM 曲線の交点が ILH2 に
なります。なお、ILH2 は次式からも求めることが
できます。
ILH2 = 2 × ILAVG2 ×
DCCM2
DDCM2
ILR2 = ILH2 , ILL2 = 0
(I-2-1-2-4) ILH2
ILH2 ≥ IDLIM_MIN の場合は、ILH2 を小さくするため、
(I-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
(I-2-1-2-5) オン時間 tON2
t ON2 =
DON2
fSW2
tON2 < 400 ns のときは、tON2 を大きくするため、
(I-2-1-1-5)項の対策 1 を行います。
(I-2-1-2-6) IDRMS2、ILRMS2
(I-2-1-1-7)項の式に、ILH2、ILL2、DON2、DCCM2 を代
入して求めることができます。
(I-2-1-3) インダクタ電流仕様
インダクタが磁気飽和する電流は、IDLIM_MAX より
十分に大きいことが必要です。
定格電流は、(I-2-1-1-7)項のインダクタ電流の実効
値の式を参照。
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9.4
れると、IC の動作に影響を与える可能性があり
ます。制御系のグランドは、S/GND 端子のでき
るだけ近くに一点で配線します。
パターン設計
スイッチング電源は、高周波かつ高電圧の電流経
路が存在し、基板のパターンや部品の実装条件が、
動作、ノイズ、損失などに大きく影響します。その
ため、高周波電流ループは極力小さくし、パターン
を太くして、ラインインピーダンスを低くする必要
があります。
また、GND ラインは輻射ノイズに大きな影響を
与えるため、極力太く、短く配線します。
さらに、以下に示す内容を配慮したパターン設計
が必要です。
図 9-7、図 9-8 に IC 周辺回路の接続例を示します。
4) VCC 端子周り
このパターンは、IC の電源供給用パターンのた
め、極力電流ループを小さく配線します。
IC と電解コンデンサ C4 の距離が離れている場
合は、VCC 端子と S/GND 端子の近くにフィルム
コンデンサ Cf（0.1μF～1.0μF 程度）などを追加
します。
1) 主回路パターン
スイッチング電流が流れる主回路パターンです。
このパターンは極力太く、電流ループを小さく
配線します。
5) FB 端子周り
FB 端子は、出力電圧を分圧抵抗 R2 + R3、R1 で
抵抗分圧した電圧を入力します。検出の精度を
上げるため、R3 は C3 の根元、R1 は S/GND 端
子根元に接続し、R1、R2、FB 端子間の接続パ
ターンは最短で接続します。
2) インダクタの還流ループ
このパターンは、パワーMOSFET がオフの際、
フリーホイールダイオード D3 に電流が流れる
パターンです。このパターンは極力太く、電流
ループを小さくします。
6) 温度に関する注意事項
パワーMOSFET の ON 抵抗 RDS(ON) は、正の温度
係数のため、熱設計に注意が必要です。IC の下
のパターンや、S/GND 端子のパターンは、放熱
板として機能するため、極力広く設計します。
3) 制御系グランドパターン
制御系グランドパターンに主回路の大電流が流
(6) S/GND端子
放熱のためパターンを広くする
D1
D2
(4) 電源供給パターンはループを小さく配線
R3
(5) FB端子接続部品は
最短で接続
R2
1
FB
8
S/GND
2
VCC
C3
C4
S/GND
R1
7
6
S/GND
VOUT
5
4
D/ST
(＋)
S/GND
L2
U1
C5
D3
C2
R4
(－)
(1)主回路パターン
太く、ループを小さく配線
(2) インダクタの還流ループ
太く、ループを小さく配線
(3) 制御系GND
S/GND端子の根元で一点で配線
図 9-7
降圧コンバータの接続例（DIP8 品）
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(6) S/GND端子
放熱のためパターンを広くする
D1
D2
(4) 電源供給パターンはループを小さく配線
R3
(5) FB端子接続部品は
最短で接続
R2
1
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
8
C3
C4
R1
7
6
S/GND
VOUT
D3
5
4
(－)
S/GND
D/ST
U1
C5
C2
R4
L2
(＋)
(1)主回路パターン
太く、ループを小さく配線
(2) インダクタの還流ループ
太く、ループを小さく配線
(3) 制御系GND
S/GND端子の根元で一点で配線
図 9-8
極性反転型コンバータの接続例（DIP8 品）
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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STR5A460 シリーズ
10. パターンレイアウト例
10.1 降圧コンバータの場合
以下に、DIP8 の STR5A460D シリーズを使用したパターンレイアウト例と、その回路図を示します。
図 10-2 に記載してある部品のみ使用します。
SOIC8 の STR5A460S シリーズのパターンレイアウト例は、一部の端子配列以外は同じです。
図 10-1
パターンレイアウト例（降圧コンバータ）
Z1
1
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
D5
JW10
R2
R3
D6
8
7
R1
C4
C5
6
S/GND
L2
L1
D/ST
VAC
D4
S/GND
D3
C1
VOUT
5
4
C2
(+)
D7
C6
R6
F1
JW9
D2
D1
(-)
TC_STR5A400D_5_R1
図 10-2
パターンレイアウト回路図（降圧コンバータ）
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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10.2 極性反転型コンバータの場合
以下に、DIP8 の STR5A460D シリーズを使用したパターンレイアウト例とその回路図を示します。
図 10-4 に記載してある部品のみ使用します。
SOIC8 の STR5A460S シリーズのパターンレイアウト例は、一部の端子配列以外は同じです。
図 10-3
パターンレイアウト例（極性反転型コンバータ）
D5
R2
Z1
1
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
D6
R3
8
7
R1
C4
C5
6
S/GND
L1
JW1
D/ST
VAC
DR4
S/GND
(-)
DR3
C1
C2
F1
DR2
VOUT
D7
5
4
L2
DR1
C6
C7
R6
L3
(+)
TC_STR5A400D_6_R2
図 10-4
パターンレイアウト回路図（極性反転型コンバータ）
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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11. 電源回路例
11.1 降圧コンバータの場合
電源回路例として、電源仕様と、その回路図および部品表を以下に示します。
● 電源仕様
使用 IC
入力電圧
最大出力電力
出力電圧
出力電流
STR5A464D
AC 85 V～AC 265 V
3 W (max.)
15 V
0.2 A
● 回路図
D1
R2
U1
1
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
D2
R3
8
7
R1
C4
C3
6
S/GND
F1
L2
L1
DR1
4
C1
VOUT
5
D/ST
S/GND
(+)
C5
C2
VAC
R4
DZ1
D3
(-)
TC_STR5A400D_7_R2
● 部品表
記号
部品名
定格(1)
DR1
General
1k V, 1 A
F1
Fuse
250 V, 1 A
(2)
CM inductor
L1
330μH
Inductor
L2
1 mH
C1
Electrolytic
400 V, 8.2 μF
C2
Electrolytic
400 V, 8.2 μF
C3
Ceramic
50 V, 0.22 µF
C4
Electrolytic
50 V, 10 µF
C5
Electrolytic, Low impedance
25 V, 220 µF
DZ1
Zener diode
VZ = 18.8 V (min.)
R1
General
10 kΩ
(2)
R2
General
47 kΩ
(2)
R3
General
4.7 kΩ
(2)
R4
General
6.8 kΩ, 1/4 W
D1
Fast recovery
200V, 1 A
D2
Fast recovery
500 V, 1 A
D3
Fast recovery
500 V, 1 A
U1
IC
(1)
特記のない部品の定格は、コンデンサ：50 V 以下、抵抗：1/8 W 以下
(2)
実機評価で調整が必要な部品
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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弊社推奨部品
EM1C
SJPZ-E20
SJPL-D2
SJPD-D5
SJPD-D5
STR5A464D
30
STR5A460 シリーズ
11.2 極性反転型コンバータの場合
電源回路例として、電源仕様と、その回路図および部品表を以下に示します。
● 電源仕様
使用 IC
入力電圧
最大出力電力
出力電圧
出力電流
STR5A464D
AC 85 V～AC 265 V
3 W (max.)
− 15 V
0.2 A
● 回路図
D1
R2
U1
1
FB
S/GND
VCC
S/GND
2
D2
R3
8
7
R1
C4
C3
6
S/GND
L1
F1 DR1
4
C1
D3
5
D/ST
VOUT
S/GND
(-)
C5
C2
VAC
R4
DZ1
L2
(+)
TC_STR5A400D_8_R2
● 部品表
記号
部品名
定格(1)
DR1
General
1k V, 1 A
F1
Fuse
250 V, 1 A
(2)
CM inductor
L1
330μH
Inductor
L2
1 mH
C1
Electrolytic
400 V, 8.2 μF
C2
Electrolytic
400 V, 8.2 μF
C3
Ceramic
50 V, 0.22 µF
C4
Electrolytic
50 V, 10 µF
C5
Electrolytic, Low impedance
25 V, 220 µF
DZ1
Zener diode
VZ = 18.8 V (min.)
R1
General
10 kΩ
(2)
R2
General
47 kΩ
(2)
R3
General
4.7 kΩ
(2)
R4
General
6.8 kΩ, 1/4 W
D1
Fast recovery
200 V, 1 A
D2
Fast recovery
500 V, 1 A
D3
Fast recovery
500 V, 1 A
U1
IC
(1)
特記のない部品の定格は、コンデンサ：50 V 以下、抵抗：1/8 W 以下
(2)
実機評価で調整が必要な部品
STR5A460-DSJ Rev.3.3
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SJPL-D2
SJPD-D5
SJPD-D5
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時点のものとなります。本書に記載している内容は、改良などにより予告なく変更することがあります。
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を意図しております。ご使用の際には、納入仕様書に署名または記名押印のうえご返却をお願いします。
高い信頼性が要求される装置（輸送機器とその制御装置、交通信号制御装置、防災・防犯装置、各種安全
装置など）への使用をご検討の際には、必ず事前にその使用の適否につき弊社販売窓口へご相談および納
入仕様書に署名または記名押印のうえご返却をお願いします。本製品は、極めて高い信頼性が要求される
機器または装置（航空宇宙機器、原子力制御、その故障や誤動作が生命や人体に危害を及ぼす恐れのある
医療機器（日本における法令でクラスⅢ以上）など）（以下「特定用途」という）に使用されることは意
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え行ってください。
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