Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Микросхема понижающего преобразователя напряжения Основные характеристики микросхемы: FBSEL Ucc COMP IN IN IN IN IN • • • 15 22 LX FB 24 LX REF 1 LX 3 GND SS /SHDN TOFF PGND PGND PGND PGND LX LX PGND K1310ПН1У XXYY 14 10 11 • • • • • • • • • • Входное напряжение от 3,0 В до 5,5 В Ток нагрузки до 1,5А Фиксированные (3,3 В/2,5 В/1,1 В) и регулируемые (от 1,1 В до UIN) выходные напряжения Выходная точность: 3% Ток потребления холостого хода: не более 400 мкА Обратная связь по току Синхронный выпрямитель Рабочая частота: до 400 кГц Встроенная защита от короткого замыкания Встроенная тепловая защита Режим микропотребления Регулируемый мягкий запуск схемы Рабочий диапазон температур: XX – год выпуска YY – неделя выпуска Обозначение 1310ПН1У К1310ПН1У К1310ПН1АУ Примечание. Микросхема К1310ПН1АУ является полным К1310ПН1У с другим температурным диапазоном. Диапазон минус 60 – 85 °С минус 60 – 85 °С 0 – 70 °С аналогом микросхемы Тип корпуса: - 24-х выводной металлокерамический корпус Н06.24-2В Общее описание и области применения микросхемы Микросхема 1310ПН1У - индуктивный понижающий преобразователь напряжения, изготавливаемый по КМОП технологическому процессу и обладающий рядом улучшенных параметров. Некоторые параметры такие как: частота преобразования до 350 кГц, обратная связь по току, 100% коэффициент заполнения, режимы ШИМ и ЧИМ значительно расширяют область применения данной микросхемы. Обладая высокой частотой преобразования, микросхема 1310ПН1У может применяться в малогабаритных DC-DC источниках питания с относительно высокой нагрузочной способностью – 1,5 А. Динамические характеристики преобразователя позволяют использовать совместно с ним индуктивности малых номиналов. Использование микросхемы 1310ПН1У как традиционного импульсного источника питания дает преимущества в сравнении с классическими линейными регуляторами напряжения. © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП Версия 2.4 от 08.07.2010 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Описание выводов Таблица 1 Вывод Условное обозначение 1, 2, 3, 23, 24 LX 4, 5, 6, 7, 8 PGND «Общий» для встроенного NMOS силового ключа 9 TOFF Выбор времени выключения 10 SHDN Выключение схемы. При подаче низкого уровня напряжения на вывод отключаются источник опорного напряжения, схема управления и встроенные выходные MOSFET тр-ры. При подаче высого уровня напряжения на вывод или соединения с UCC схема работает в нормальном режиме 11 SS 12 GND «Общий» 13 REF Выход источника опорного напряжения 14 FB 15 FBSEL 16 UCC 17 COMP 18, 19, 20, 21, 22 IN © ЗАО «ПКК Миландр» Описание Вывод стоков PMOS NMOS силовых ключей Плавный запуск Вход обратной связи для обоих режимов работы с фиксированным и с настраиваемым выходным напряжением Вход выбора типа обратной связи Напряжение питания Коррекция интегратора Вход для встроенного PMOS силового ключа ТСКЯ.431329.001СП 2 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Структурная блок-схема микросхемы SS Блок плавного запуска Датчик тока IN FB FBSEL Блок выбора режима Усилитель ошибки ШИМ/ЧИМ формирователь Выходной каскад LX PGND TOFF COMP SHDN Блок опорного напряжения и токов REF UCC GND Рисунок 1 Структурная блок-схема Примечание Все элементы схемы имеют электрическую связь с соответствующими контактными площадками Описание функционирования микросхемы Микросхема индуктивного понижающего преобразователя включает блок Широко-импульсной модуляции (ШИМ) и управления, источник опорного напряжения, усилитель ошибки, выходной каскад и датчик тока. В свою очередь блок ШИМ и управления состоит из блока плавного запуска и (ШИМ)/частотно-импульсный (ЧИМ) формирователя. После подачи напряжения питания UСС блок плавного запуска начинает заряжать постоянным током внешний конденсатор С6, напряжение которого определяет максимальный выходной ток преобразователя. Таким образом, заряд выходного конденсатора С7 происходит без перегрузок по току. Напряжение на входе FBSEL блока выбора режима коммутирует внутренний резистивный делитель обратной связи. Соединение входа FBSEL c выходом REF или «Общий» обеспечивает номинальное напряжение 1,1 В на выходе схемы включения, подключение входа FBSEL к шине «Питание» UCC дает выходное напряжение 2,5 В, а неподключенное состояние входа FBSEL приводит к выходному напряжению 3,3 В. Выходное напряжение может быть установлено внешним резистивным делителем подключенным к выводу FB. Вход FBSEL соединен c выходом REF или «Общий». Типовая схема включения микросхемы в режиме регулируемого выходного напряжения устанавливаемого внешним резистивным делителем приведена на рисунке 3. Источник опорного напряжения вырабатывает стабильное напряжение 1,1 В на выход REF микросхемы, а также опорные токи для функционирования всех блоков преобразователя. Усилитель ошибки сравнивает опорное напряжение с напряжением обратной связи, поданным на вход FB, (или его частью) и вырабатывает сигнал управления для ШИМ/ЧИМ формирователя. При токах нагрузки менее 200 мА микросхема работает в более экономичном ЧИМ режиме, в другом случае обеспечивается ШИМ © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 3 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У режим. К выводу COMP подключается внешний конденсатор частотной компенсации С3. Выходной каскад содержит мощные р-канальный проходной транзистор и n-канальный транзистор синхронного выпрямителя, имеющим встроенный диод между подложкой и стоком. Датчик тока обеспечивает в преобразователе обратную связь по выходному току, что повышает устойчивость и улучшает динамические свойства микросхемы. Внешний резистор R2 регулирует частоту коммутации преобразователя fS . Внешняя индуктивность L1 совместно с конденсатором С7 образует сглаживающий фильтр, выбор номиналов этих элементов определяет уровень пульсаций выходного напряжения преобразователя. Внешний резистор R1 и конденсатор С4 фильтруют напряжение питания схемы от помех. Подключение входа SHDN к шине «Общий» переводит микросхему в режим микропотребления, выходное напряжение при этом не вырабатывается. Для типовых применений рекомендуется использовать компоненты с указанными в таблице 8 значениями. Формулы приведены для ориентировочного расчета. Общие рекомендации и этапы проектирования следующие: 1) Выбирается желаемая частота коммутации fS в ШИМ режиме (когда ILOAD>200 мА), рекомендуемая частота около 300 кГц 2) Выбирается время сохранения сигнала tV как функция входного напряжения, выходного напряжения и частоты коммутации. 3) Выбирается номинал резистора подключенного к выводу TOFF R2 как функция времени сохранения сигнала 4) Выбираются параметры катушки индуктивности как функции выходного напряжения, времени сохранения сигнала и амплитуды переменного тока протекающего через катушку индуктивности. Выбор времени сохранения сигнала Время сохранения сигнала в ШИМ режиме (когда ILOAD>200 мА) определяется по следующей формуле: tV=(UIN-UO-UPMOS)/ fS•(UIN-UPMOS+ UNMOS) (1) где: UIN-входное напряжение; UO-выходное напряжение; UNMOS-напряжение падающее на NMOS силовом встроенном транзисторе; (2) UNMOS= ILOAD•RON_N UPMOS-напряжение падающее на PMOS силовом встроенном транзисторе; UPMOS= ILOAD•RON_P (3) fS-частота коммутации в ШИМ режиме (когда ILOAD>200 мА). Выбор резистора на выводе TOFF Значение сопротивления резистора RTOFF определяется по следующей формуле: RTOFF = (tV-0,07) • 150/1,26 (кОм) (4) где: RTOFF -сопротивление резистора в килоомах tV-время сохранения сигнала в микросекундах Рекомендуемые значения сопротивления для RTOFF лежат в диапазоне от 39 кОм до 470 кОм, при tV от 0,4 мкс до 4 мкс. © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 4 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Выбор параметров катушки индуктивности Для выбора катушки индуктивности необходимо определить параметра: - значение индуктивности; - значение пикового тока; - значение сопротивления катушки по постоянному току. три основных Значение индуктивности определяется по следующей формуле: L=UO• tV/(ILOAD•LIR) (5) IP=1,125•ILOAD (6) где: UO-выходное напряжение; tV-время сохранения сигнала; ILOAD-максимальный постоянный ток через нагрузку; LIR-отношение амплитуды переменного тока, протекающего через катушку индуктивности к максимальному постоянному току через нагрузку, рекомендуемое значение LIR=0,25 соответствует тому, что значение пикового тока протекающего через катушку индуктивности в 1,125 раз больше значения постоянного тока через нагрузку. Более высокие значения LIR позволяют применить катушку с меньшей индуктивностью, но это приведёт к большим потерям и пульсациям. Значение LIR=0,25 является компромиссом между габаритами катушки и потерями. Таким образом, при LIR=0,25 значение пикового тока протекающего через катушку индуктивности определяется следующей формулой: В общем случае значение пикового тока протекающего через катушку индуктивности определяется по следующей формуле: IP=ILOAD+UO• tV/(2•L) где: ILOAD- значение максимального постоянного тока через нагрузку; UO-выходное напряжение; tV-время сохранения сигнала; L-значение индуктивности. (7) Катушку индуктивности следует выбирать с током насыщения не менее пикового тока. Для минимизации потерь, катушка индуктивности выбирается с наименьшим сопротивлением по постоянном току. © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 5 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Типовая схема включения микросхемы 18 G1 19 20 + C1 R1 C4 21 22 16 C2 IN IN IN IN IN UCC 15 FBSEL 10 SHDN 17 COMP 09 TOFF 13 REF C3 11 R2 C5 SS D LX LX LX LX LX FB 01 02 UO1-O3 L1 03 23 24 14 PGND 04 05 PGND 06 PGND PGND 07 08 PGND 12 GND + C7 C6 Рисунок 2 Типовая схема включения микросхемы D G1 L1 С1–С7 R1, R2 –микросхема; – источник постоянного напряжения (3,0 – 5,5) В; – индуктивность, L1 – согласно формулы (5); – конденсаторы; C1= C7= 100 мкФ ± 5 %, 16 В; С2= 470 пФ ± 5 %; С3= 2,2 мкФ ± 5 %; С4= С5= 1 мкФ ± 5 %; С6= 0,01 мкФ ± 5 %; – резисторы; R1= 10 Ом ± 1%, 0,125Вт; R2– согласно формулы (4). © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 6 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У G1 + C1 R1 C4 18 19 20 21 22 16 C2 IN IN IN IN IN UCC 15 FBSEL 10 SHDN 17 COMP 09 TOFF 13 REF C3 11 R2 C5 SS D LX LX LX LX LX 01 02 03 23 24 L1 14 FB PGND 04 05 PGND 06 PGND 07 PGND 08 PGND 12 GND UO1-O3 R3 C7 R4 C6 Рисунок 3 Типовая схема включения микросхемы в режиме регулируемого выходного напряжения устанавливаемого внешним резистивным делителем D G1 L1 С1–С7 – микросхема; – источник постоянного напряжения (3,0 – 5,5) В; – индуктивность, L1 – согласно формулы (5); – конденсаторы; C1= C7= 100 мкФ ± 5 %, 16 В; С2= 470 пФ ± 5 %; С3= 2,2 мкФ ± 5 %; С4= С5= 1 мкФ ± 5 %; С6= 0,01 мкФ ± 5 %; – резисторы; R1= 10 Ом ± 1%, 0,125 Вт; R2– согласно формулы (4); R3=R1•(UO/UREF –1) R4= 50 кОм ± 1%, 0,125 Вт. R1 – R4 (8) Таблица 2* – Пример выбор элементов L1, R2 в зависимости от напряжения питания и выходного напряжения, для IO max= 1,5 А, fS= 300 кГц. UO1, UO2, UO3, В L1, мкГн R2, кОм UCC 5,0 3,3 6,0 120 5,0 2,5 6,8 180 5,0 1,8 6,8 240 5,0 1,5 6,0 270 3,3 2,5 3,3 82 3,3 1,8 4,7 180 3,3 1,5 4,7 200 Примечание. Элементы L1, R2 приведены в таблице ориентировочно и определяются разработчиком в зависимости от напряжения питания и тока нагрузки. © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 7 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Предельно допустимые характеристики микросхемы Таблица 2 № п/п 1 2 3 4 5 6 Наименование параметра Напряжение питания Входное напряжение на выводах IN Входное напряжение низкого уровня на выводе 10 Входное напряжение высокого уровня на выводе 10 Максимальный выходной ток Частота коммутации при UCC= UI= 3,3 B, FBSEL= GND ПредельноОбозначение допустимый режим параметра Не Не более менее Предельный режим Не Не менее более Ед-цы измер UCC 3,0 5,5 - 6,0 В UI 3,0 5,5 – 6,0 В UIL 0 0,1•UCC – – В UIH 0,9•UCC UCC – – В IO mах - 1,5 - 1,7 А fS 100 400 – – кГц Стойкость к воздействию статического электричества 2 кВ. © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 8 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Электрические параметры микросхемы № п/п Наименование параметра Обозначение параметра 1 UO1 Выходное напряжение UO2 UO3 2 Опорное напряжение 3 Регулируемое значение выходного напряжения 4 Входной ток по выводу FB 5 Ток потребления в режиме холостого хода 6 Ток срабатывания схемы защиты 7 Время сохранения сигнала 8 Сопротивление в открытом состоянии р - транзистора 9 Сопротивление в открытом состоянии n - транзистора 10 Температура срабатывания защиты 11 Температура отпускания защиты 12 Гистерезис температур срабатывания/отпус кания © ЗАО «ПКК Миландр» UREF Условия измерения ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (4–5,5) B, FBSEL= не подключен ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3–5,5) B, FBSEL= UCC ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3–5,5) B, FBSEL= REF UCC= UI= 3,3 B, FBSEL= GND Таблица 3 Норма Ед-цы параметра измер Мин. Макс. 3,245 3,42 2,45 2,6 1,05 1,15 1,07 1,13 В UI В 0 300 нА - 400 мкА UR ILOAD=0 A, UCC= UI= (3,0–5,5) B, UREF FBSEL= REF II_FB UCC= UI= 3,3 B, UFB= 1,2 В, FBSEL= GND В IСС UCC= UI= 3,3 B, UFB= 3,3 В IIK UCC= UI= 3,3 B, FBSEL= GND 1,70 3,65 А tV RTOFF=400 кОм 2,5 5,0 мкс RON, P1 ILX= 0,5 А UСС = UI = 4,5 В - 150 RON, P2 ILX= 0,5 А, UСС = UI = 3,0 В - 200 RON, N1 ILX= 0,5 А UСС = UI = 4,5 В - 200 RON, N2 ILX= 0,5 А UСС = UI = 3,0 В - 200 мОм мОм TTHP 160 ºС TTHN 105 ºС ∆TTH 55 ºС ТСКЯ.431329.001СП 9 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Типовые зависимости ,В O , В 3,375 3,352 O U1 U1 3,35 3,37 3,365 3,348 3,36 3,346 3,355 3,344 3,35 3,342 3,345 3,34 3,34 3,338 3,335 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 UCC , В 2,552 Рисунок 5 Зависимость выходного напряжения от температуры при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (4,0–5,5) B, FBSEL= не подключен UO2 , В UO2 , В Рисунок 4 Зависимость выходного напряжения от напряжения питания при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (4,0– 5,5) B, FBSEL= не подключен T, 0C 2,55 2,552 2,55 2,548 2,548 2,546 2,546 2,544 2,544 2,542 2,542 2,54 2,54 2,538 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 2,538 -80 UCC, В -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 T, 0 C Рисунок 7 Зависимость выходного напряжения от температуры при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3,0–5,5) B, FBSEL= UCC 1,12 UO3 , В UO3 , В Рисунок 6 Зависимость выходного напряжения от напряжения питания при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3,0–5,5) B, FBSEL= UCC 1,118 1,2 1 1,116 0,8 1,114 0,6 1,112 0,4 1,11 0,2 1,108 1,106 0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 UCC , В Рисунок 8 Зависимость выходного напряжения от напряжения питания при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3,0–5,5) B, FBSEL= REF © ЗАО «ПКК Миландр» 100 T, 0C Рисунок 9 Зависимость выходного напряжения от температуры при ILOAD=(0–1,5) A, UFB= UO, UCC= UI= (3,0–5,5) B, FBSEL= REF ТСКЯ.431329.001СП 10 1,1012 UREF , В UREF , В Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У 1,101 1,103 1,102 1,101 1,1008 1,1006 1,1 1,1004 1,099 1,1002 1,098 1,1 1,097 1,096 1,0998 3 3,5 4 4,5 5 5,5 -80 6 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 UCC, В Рисунок 11 Зависимость опорного напряжения от температуры при UCC= UI= 3,3 B, FBSEL= GND ICC , мкА Рисунок 10 Зависимость опорного напряжения от напряжения питания при FBSEL= GND ICC , мкА 100 T, 0C 330 350 300 320 250 310 200 300 150 290 100 280 50 270 3 3,5 4 4,5 5 5,5 0 6 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 UCC, В Рисунок 13 Зависимость тока потребления в режиме холостого хода от температуры при UCC= UI= 3,3 B, UFB= 1,2 В 600 5 fS , кГц tV , мкс Рисунок 12 Зависимость тока потребления в режиме холостого хода от напряжения питания при 25 °С 100 T, 0 C 4,5 500 4 3,5 400 3 300 2,5 2 200 1,5 1 100 0,5 0 0 0 100 200 300 400 500 0 600 100 200 300 400 500 Uo3=1,1В Uo2=2,5В Uo1=3,3В Uo3=1,1В Рисунок 14 Зависимость времени сохранения сигнала от значения сопротивления резистора на выводе TOFF © ЗАО «ПКК Миландр» 600 RTOF F , кОм R TOFF, кОм Uo2=2,5В Uo1=3,3В Рисунок 15 Зависимость частоты коммутации от значения сопротивления резистора на выводе TOFF ТСКЯ.431329.001СП 11 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У 3,0 max 0,2 -0,07 Габаритный чертеж микросхемы В 24 выводов 0,37 -0,07 Т 0,155 М М 14 23 24 1 +0,28 Зона ключа 5,2 -0,18 3 X 1,0 = 3,0 15 22 1 24 2 11 1,0 15,88 max Вид В Ключ 3 10 9,2 1,0 +0,28 -0,18 7 X 1,0 = 7,0 17,48 max Рисунок 16 Габаритный чертеж микросхемы в корпусе Н06.24-2В Информация для заказа Обозначение микросхемы Маркировка 1310ПН1У 1310ПН1У Н06.24-1В минус 60 – 85 °С К1310ПН1У К1310ПН1У Н06.24-1В минус 60 – 85 °С К1310ПН1АУ К1310ПН1У • Н06.24-1В 0 – 70 °С Тип корпуса Температурный диапазон Микросхемы с приемкой «ВП» маркируются ромбом. Микросхемы с приемкой «ОТК» маркируются буквой «К». © ЗАО «ПКК Миландр» ТСКЯ.431329.001СП 12 Спецификация 1310ПН1У, К1310ПН1У Лист регистрации изменений № п/п Дата Версия 1 02.04.2010 2.2 2 3 27.04.2010 2.3 08.07.2010 2.4 © ЗАО «ПКК Миландр» Краткое содержание изменения №№ изменяемых листов №№ новых листов Корректировка на основании планового 1, 2, 12 пересмотра документации Замена логотипа 1 1. Изменен рис. 3 7 2. Приведены в соответствие с ТУ 10, 12 рис. 4-15 ТСКЯ.431329.001СП 13