アプリケーションノート｜MCZ5211ST｜600V耐圧・自己起動・アクティブスタンバイ搭載 LLC電流共振ブリッジコンバータ制御IC

CAT.NO. 1H0901-2 MCZ5211ST APPLICATION NOTE DEC.2023 Ver1.1 スタンバイ対応自己起動端子付 LLC電流共振ブリッジコンバータ 制御 IC MCZ5211ST + Vo1 + アプリケーションノート ver. 1.1 新電元工業株式会社 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 1 -

MCZ5211ST APPLICATION NOTE 使用上の注意 このたびは、弊社製品をご使用いただき誠にありがとうございます｡ 当 IC をご使用の際は、お客様の安全を確保するため下記の警告ならびに注意を必ず守ってご使用下さい｡ 警 誤った取り扱いをしたときに死亡や重大な人身事故および大きな物的損害に結びつく危険性のあるもの。 告 ! 注 誤った取り扱いをしたときに軽傷に結びつく恐れ、または軽微な物損事故に結びつく恐れのあるもの。 意 ! 警 当 IC は、一般電子機器（事務機器・通信機器・計測機器・家電製品等）に使用されることを意図しております。誤動作や事 故が直接人体や生命を脅かす恐れのある医療器、航空宇宙機、列車、輸送機器（車載、船舶等）、原子力等の制御機器 告 ! には使用しないで下さい｡一般電子機器以外にご使用になる場合は弊社までご相談下さい｡ 修理や改造は、重大な事故につながりますので、絶対にやめて下さい｡ ! 《感電、破壊、火災、誤動作等の危険があります｡》 異常時は出力端子に過大電圧が発生したり、電圧低下となる場合があります｡ 異常時の、負荷の誤動作や破壊等を想定 ! した保護対策（過電圧保護、過電流保護等の保護対策）を最終機器に組み込んで下さい。 注 入力端子、出力端子の極性を確認し誤接続の無いことを確認してから通電して下さい。 意 ! 《保護素子が切れたり、発煙・発火の原因になります｡》 ! 決められた入力電圧を必ず守っていただくとともに、入力ラインに必ず保護素子を挿入して下さい｡ 《異常時には発煙・発火の危険があります｡》 ! 使用中に故障または、異常が発生した時は、すぐに入力を遮断して電源を停止させて下さい｡また、直ちに弊社にご相談 下さい｡ ●本資料に記載されている内容は、製品改良などのためお断りなしに変更することがありますのでご了承下さい｡ ●御使用頂く際には、仕様書の取り交わしをして頂けます様お願いします。 ●ここに記載されたすべての資料は正確かつ信頼し得るものでありますが、これらの資料の使用によって起因する損害または特許権その 他権利の侵害に関しては、当社は一切その責任を負いません｡ ●本資料によって第三者または当社の特許権その他権利の実施に対する保証または実施権の許諾を行うものではありません。 ●本資料の一部または全部を当社に無断で転載または複製することを堅くお断りいたします｡ ! 当社は、品質と信頼性の向上に絶えず努めていますが、半導体製品はある確率で故障が発生したり、誤動作する場合があります。必要 に応じ、安全性を考慮した冗長設計、延焼防止設計、誤動作防止設計等の手段により結果として人身事故、火災事故、社会的な損害等が 防止できるようご検討下さい。 ! 本資料に記載されている当社半導体製品は、特別に高い品質・信頼性が要求され、その故障や誤動作が直接人命を脅かしたり、人体 に危害を及ぼす恐れのある機器あるいはシステムに用いられることを目的として設計、製造されたものではありません。下記の特別用途、 特定用途の機器、装置にご使用の場合には必ず当社へご連絡の上、確認を得て下さい。 特別用途 輸送機器（車載、船舶等）、基幹用通信機器、交通信号機器、防災/防犯機器、各種安全機器、医療機器 等 特定用途 原子力制御システム、航空機器、航空宇宙機器、海底中継器、生命維持のための装置 等 ! なお、IC 製品に関しては、特別用途・特定用途に限らず、連続運転を前提として長期製品寿命を期待される機器、装置にご使用される 場合に関しては当社へお問い合わせ下さい。 当社は IC 製品を安全に使っていただくために回路支援をいたしています。弊社担当営業または商品企画 にお問い合わせ下さい。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 2 -

Index 1 : 概要 1.1: 特長 4 1.2: ブロック図 5 1.3: 端子配置図 6 1.4: 各ピン機能一覧 6 2 : 基本動作の説明 2.1: 動作モード 7 2.2: 電源供給部 8-9 2.3: 各端子動作詳細 2.3.1: ゲートドライバ出力 (VGL、VGH 端子) 10 2.3.2: 発振制御部 (FB 端子) 11-12 2.3.3: ブラウンアウト保護 (Vsen 端子) 13 2.3.4: 過電流保護機能 (CS、CSO 端子) 14-17 2.3.5: OCP2 の入力電圧補正(CS、SSD 端子) 18-19 2.3.6: ソフトスタート、起動時 di/dt 保護、ラッチ停止機能(SST 端子) 20-22 2.3.7: ハイサイドドライバ電源 (VB 端子) 23 2.3.8: 軽負荷領域損失改善機能(ASTBY、Burst 端子) 23 2.3.8.1 : アクティブスタンバイ機能 24-25 2.3.8.2 : バースト機能 26-27 2.3.9: 過熱保護機能 (TSD 機能) 28 2.3.10: Vc1 過電圧保護機能 (Vc1 OVP 機能) 28 2.4: 参考 28 3 : 周辺回路定数の決定 3.1: 入力監視電圧部 (Vsen 端子) 29 3.2: 発振制御部 (FB 端子) 30-31 3.3: ソフトスタートおよび異常時のタイマ充電時間の調整 (SST 端子) 32 3.4: 過電流保護(OCP、di/dt)ポイントの調整 (CS 端子) 33 3.5: アクティブスタンバイ使用時の回路定数の設定 34 3.6: バースト使用時の回路定数の設定 34-35 4 : IC 周辺パターンレイアウト注意点 4.1: IC 周辺パターンレイアウト注意点 36-37 5 : 回路例 5.1: 代表回路図 38 6 :外形寸法図 6.1: SOP18 (MCZ5211ST) 39 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 3 -

1 概要 MCZ5211ST は周波数変調タイプの電流共振電源制御用 IC です。 600V 耐圧の高耐圧自己起動端子(ドレインキック機能)を搭載しており、無損失起動が可能です。また、高耐 圧ゲートドライバを有しており、ハイサイド MOSFET の直接駆動が可能です。さらに、過電流保護機能や共振は ずれ保護(Capacitive Mode Protection)機能等の各種保護機能を備えており、部品点数の削減や高効率化を実 現できます。 スタンバイ時の待機電力改善機能(アクティブスタンバイ機能、バースト機能)を搭載しており、全負荷領域に わたって高効率を維持した電源を実現出来ますので以下の製品に最適です。  LED/有機 EL 等大画面フラット TV 用電源  レーザープリンタ等の OA 機器用電源  AC アダプタ等の外付け電源  産業機器用電源  絶縁型 LED 照明用電源  オーディオ、プロジェクタ用電源 1.1 特長 1. 600V 耐圧の自己起動端子を搭載し、無損失起動を実現。NEW 2. 高信頼性実績を誇る 600V 耐圧ゲートドライバ内蔵、ハイサイド MOSFET も直接駆動可能。 3. LLC コンバータに必要な各種保護機能を搭載。(過電流、タイマラッチ、不足電圧、過熱保護) 4. 共振電流の正負両方向直接検出による過電流保護機能を搭載。 5. 共振電流の正負両方向直接検出による共振はずれ保護機能を搭載。 6. Vc1 耐圧 35V により幅広い入力電圧に対応。 ( Vc2 UVLO 10V/7.5V typ. ) 7. MOSFET 駆動電源用レギュレータ(Vc2)を内蔵し、安定ドライブを実現。 8. ハイサイド・ローサイドのゲート出力にそれぞれ独立した電圧低下保護機能(UVLO)を搭載。 9. MOSFET の di/dt ストレスを低減するソフトスタート機能を搭載。 10. Brown Out 時等の低入力電圧動作時に動作停止する安全な保護機能を搭載。 11. ピーク負荷に対応した周波数クランプ型の過電流保護機能(OCP2)に入力電圧補正機能を搭載し、入力 電圧による過電流保護動作開始点の依存性を少なくすることで過負荷時のストレスを低減可能。 NEW 12. OCP2 動作時のタイマ充電電流を 2 段階に切り替えることにより、数 100ms のピーク負荷時の安定動 作や過大なピーク負荷時の安全な保護を実現。 13. アクティブスタンバイ機能を搭載し、軽負荷時の効率改善を実現。 14. 高効率バースト機能を搭載し、スタンバイ負荷時の効率改善を実現。 15. 外部信号による即ラッチ停止機能(SST 端子)を搭載。 16. Vc1 OVP 機能(即ラッチ停止)を搭載。NEW 17. 高周波化に適した制御の導入により 500kHz 動作が可能。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 4 -

1.2 ブロック図 図 1 . MCZ5211ST ブロック図 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 5 -

1.3 端子配置図 図 2 . MCZ5211ST 端子配置図 1.4 各ピン機能一覧 端子番号 記号 機能 起動回路入力端子 1 Vin 起動回路用の入力端子です。 2 NC 未接続端子 低入力保護、SS リセット 3 Vsen 低入力電圧保護、リモート ON/OFF、SS リセットを行います。 アクティブスタンバイ切替端子、バーストモード切替端子 4 ASTBY 外部信号でアクティブスタンバイモードおよびバーストモードに切り替えます。 バースト動作制御端子 5 BURST バーストモード時にバースト動作を制御する端子です。 OCP2 しきい値調整端子、ノーマル・バースト動作モード出力端子 6 SSD 動作モード出力(ノーマル・AS→100uA、バースト→0uA)、OCP2 検出しきい値設定 ソフトスタートと異常検出時の間欠動作用コンデンサ接続端子 7 SST LLC 部のソフトスタート時間および OCP1/2 動作時の間欠動作時間を決めます。 過電流平均化検出応答調整用端子 8 CSO OCP 2 検出時の応答を調整する端子です。 過電流検出、過電流平均化検出、di/dt（共振はずれ）検出端子 9 CS LLC 部の過電流(OCP1)、過電流平均(OCP2)および di/dt 検出用の端子です。 発振器の周波数設定用端子：Duty や動作周波数の制御 10 FB 出力のフィードバックや各種発振周波数(fmin、fmax、fss)、デッドタイムを設定します。 制御回路の電源供給端子 11 Vc1 制御 IC の電源供給端子です。 ローサイドドライバ出力端子 12 VGL ローサイドゲート駆動用の端子です。 ハイサイドドライバの基準電源端子 13 GND IC の GND 接続端子です。 ドライバ用電源出力端子 14 Vc2 ゲート駆動用電源出力端子です。 15 NC 未接続端子 ハイサイドドライバ電源端子 16 VB ハイサイドゲート駆動用電源出力端子です。 ハイサイドドライバ基準電源端子 17 VS ハイサイド MOS のソースおよびローサイド MOS のドレインに接続します。 ハイサイドドライバ出力端子 18 VGH ハイサイドゲート駆動用の端子です。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 6 -

2 基本動作の説明 ※ 特に指定がない場合、MCZ5211ST のしきい値等は特性仕様書の TYP 値で表記しています。 本アプリケーションノートに記載の特性図については詳細は特性仕様書の特性図をご覧ください。 2.1 動作モード MCZ5211ST には 2 つの制御方法および 3 つの動作モードが有ります。 【制御方法】 a) 対称制御 b) 非対称制御 【動作モード】 1) ノーマルモード 2) アクティブスタンバイモード(AS モード) 3) バーストモード なお、特に動作モードの記載がない場合は、ノーマルモードを基準に記載してます。 表 1 に対称制御時および非対称制御時の動作波形を示します。 また、表 2 に各動作モードにおける制御方法・動作方法について示します。 表.1 対称制御および非対称制御の動作波形 表.2 各動作モードでの制御／動作 動作モード 制御方法 動作方法 1) ノーマルモード 対称制御 連続動作 2) アクティブスタンバイモード 非対称制御 3) バーストモード バースト動作 MCZ5211ST の各動作シーケンスを 2.2 項および 2.3 項に示します。 各部品の定数決定方法は 3 項をご覧ください。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 7 -

2.2 電源供給部 MCZ5211ST は起動抵抗を必要としない起動回路を内蔵していますので、部品点数が少なく簡単に動作さ せることが出来ます。 図 3 に自己起動回路の概略図を示します。 Vin 端子は電源起動時に高圧部から Vc2 端子に接続 したコンデンサ C134 を充電するための端子で、高耐圧ス イッチと定電流回路で構成されています。 電源起動後は補助巻線 Nc に電圧が発生し、ダイオー ドを介して Vc1 端子に印加されます。なお、Vc1 端子の耐 圧は 35V となります。 Vc1 に発生した電圧は IC 内部ドロッパを介して Vc2 に 電圧を供給します。 【R120 抵抗について】 図.3 自己起動回路概略図 LLC 部入力部と Vin 端子間には Vin 端子と他低圧端子が接触等によりショートするアブノーマル状態が想 定される場合、図 3 に示すように R120 を挿入します。 R120 は起動したい所望の入力電圧時にドレインキック供給電流が十分流せ、Vin 端子に印加される電圧 が推奨動作条件 MIN である 50V を下回らないように設計します。R120 は 1k～2.2kΩのヒューズ抵抗を推 奨します。 【R161 抵抗について】 補助巻線 Nc と Vc1 端子間には電源起動時の短絡電流を抑制するために制限抵抗 R161 を挿入します。 R161 は C161 コンデンサ容量にもよりますが 100u～220uF の場合、1.5Ω～47Ω程度を推奨します。 なお、R161 には電源起動時に C161 をチャージする電流が瞬間的に流れますので耐サージ・耐パルス抵 抗を使用されることを推奨します。 また、R161 抵抗値を大きくすると電流は抑制されますが、電源起動時やバーストモード時に C161 電圧上 昇が遅くなりますので起動時間やバースト動作を確認の上 R161 抵抗値を調整してください。 表.3 電源供給部しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 ドレインキック供給電流 1 Idk(on)1 Vin=100V、Vc2=1.0V 2.8 mA ドレインキック供給電流 2 Idk(on)2 Vin=100V、Vc2=4.0V 33 mA ドレインキック供給電流 1,2 切替 Vc2 電圧 Vc2(dkon12) Idk=Idk(on)1→ Idk(on)2 2.5 V ドレインキック ON 時 Vc2 電圧 Vc2(dkon) Vin=100V、Vc1=0V 12.8 V ドレインキック OFF 時 Vc2 電圧 Vc2(dkoff) Vc1=16V 12.5 V ドレインキック停止 Vc1 電圧 Vc1(dkoff) Vin=100V 12.6 V ドレインキック再起動 Vc1 電圧 Vc1(dkon) Vin=100V 8.0 V Vc2 動作開始電圧 Vc2(st) 10 V Vc2 動作停止電圧 Vc2(sp) 7.5 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 8 -

電源起動時の動作シーケンスを図 4 に示します。 図.4 起動シーケンス図 Vin 端子から Vc2 端子に接続したコンデンサ C134 への供給電流は Vc2 端子電圧により変化します。 Vc2=1V 時が Idk(on)1=2.8mA、Vc2=4V 時が Idk(on)2=33.0mA です。 【期間(A)】 電源起動時、Vc1 端子電圧が Vc1(dkoff) 12.6V 未満の場合、Vc2 端子電圧は 12.8V になるまで充電 されます。Vc2 端子電圧が 10V 以上、Vsen 端子電圧が 3.0V 以上になると SST 端子の充電が始まり、 SST 端子電圧が Vss(st) 0.6V になると LLC 部ゲートが出力され電源動作を開始します。 電源動作し補助巻線 Nc に電圧が発生するとコンデンサ C161 に充電され Vc1 端子電圧が上昇してき ます。Vc1 端子電圧が Vc1(dkoff) 12.6V 以上になると起動回路は切り離されて補助巻線からの供給のみ となります。その場合、Vc2 端子電圧は Vc2(dkoff) 12.5V にクランプされます。 【期間(B)】 Vc1 端子電圧が Vc1(dkon) 8.0V 以下まで低下した場合、起動回路が再度動作します。なお、Vc2 端 子電圧が Vc2(sp) 7.5V まで低下すると MCZ5211ST は停止します。 Vc1 端子および Vc2 端子に接続するコンデンサ C134、C161 は起動･切断などの過渡状態で安定動 作する容量を挿入してください。所望の入出力条件にもよりますが、100u～470uF 程度を推奨します。 また、 C134 および C161 のコンデンサが MCZ5211ST の Vc1 端子および Vc2 端子から遠い場合、 Vc1 端子および Vc2 端子にノイズが入り誤動作する可能性があります。その場合、Vc1 端子および Vc2 端子直近に誤動作防止用の 0.1u～1.0uF 程度の MLCC を挿入してください。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 9 -

2.3 各端子動作詳細 2.3.1 ゲートドライバ出力 (VGL、VGH 端子) ゲート出力は VGL(ローサイド MOSFET)、VGH(ハイサイド MOSFET)端子より出力されます。 ゲート出力タイミングは 2.3.2 項をご覧ください。 LLC ゲートドライバ駆動能力は、0.24A(Source)/0.40A(Sink)です。この値は、信号系誤動作を引き起 こさずに MOSFET を十分高速にドライブできるように設計されています。 一般的に用いられる駆動回路の例を図 5(A)に示します。 Qg の大きい MOSFET 等を使用される場合は図 5(B),(C)のようにシンクダイオードを接続してください。 シンクダイオードを使用する場合には小容量ショットキーダイオードなどを用い、スナッピー(ハード)リカバリ ーダイオードは使用しないでください。弊社 D1NS4（アキシャル）や M1FM3（面実装）を推奨いたします。 A) Qa Qb VG(L/H) PGND / VS B) C) Qa Qa VG(L/H) Qb Qb VG(L/H) PGND / VS PGND / VS 図 5 . ゲート駆動回路例 表.4 ドライブ能力しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 ソース駆動能力 Iout(so) VGL=VGH=0V -240 mA シンク駆動能力 Iout(si) VGL=VGH=12V 400 mA SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 10 -

2.3.2 発振制御部 (FB 端子) MCZ5211ST の発振周波数は FB 端子に接続されたコンデンサ Ct の充放電により決定されます。 Ct の放電時間に VGL,VGH が交互に出力します。 また、Ct の充電時間は VGL,VGH 出力が同時に OFF するデッドタイム(DT)になります(図 6 参照)。 FB端子 FB FB VGH Ct Rt VGL PC1 DT DT DT DT 図 6 . FB および VGL、VGH 動作波形 各動作モードにおける FB 端子充放電タイミングを図 7 に示します。 図 7. 各動作モードにおけるゲートオン・オフタイミング SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 11 -

MCZ5211ST は周波数、ON duty 変調タイプです。発振周波数は FB 端子の電流によって制御されま す(図 8 参照)。 軽負荷時など、周波数が最大になる条件においてはデッドタイムが広く制御されるため全周波数範囲に おいて ZVS(Zero Voltage Switching)確保が容易です。 最低発振周波数(fmin)は FB 端子に接続された Ct コンデンサ容量と並列に接続している Rt の外付け 抵抗によって決定されます。 最高発振周波数(fmax)は、FB 端子に接続された Ct コンデンサ容量と並列に接続している Rt および FB 抵抗値によって決定されます。連続動作時最高発振周波数 fmax は 500kHz 以下を推奨いたします。 また、ソフトスタート動作時の初期発振周波数 fss は Ct コンデンサ容量により変化します。(2.3.6 項参照) Rt vs frequency 600 Ct=470pF 500 Ct=680pF Ct=820pF 400 Ct=1000pF Ct=1500pF 300 Ct=2200pF 200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Rt [kohm] frequency vs dead time 800 Ct=2200pF 700 Ct=1500pF 600 Ct=1000pF Ct=820pF 500 Ct=680pF 400 Ct=470pF 300 200 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 frequency [kHz] 図 8 . Rt 抵抗と発振周波数(上)および発振周波数とデッドタイム(下)の関係 表.5 FB 端子しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 FB 充電電流 Ifb(chg) FB=4V -9.0 mA FB 充電停止電圧 Vfb(top) 5.00 V FB 充電開始電圧 1 Vfb(bottom)1 3.75 V FB 充電開始電圧 3 Vfb(bottom)2 ASTBY=open 2.7 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 12 - dead time [nsec] frequency [kHz]

2.3.3 ブラウンアウト保護 (Vsen 端子) Vsen 端子は入力電圧を監視し、その値に応じてゲートドライブ出力の禁止、SST 端子の充放電制御を 行います。この機能により Vc1 が印加された状態の入力電圧投入や入力電圧の瞬低および瞬断時など に共振はずれ動作に移行することを防ぎます。各端子の電圧とタイミングは図 9 をご覧下さい。 入力電圧上昇時、Vsen 端子電圧が Vsen1(ss-reset) 3.00V に達すると、SST 端子を充電します。 SST 端子電圧が Vss(st) 0.6V 以上になるとゲート出力を開始します。これにより、発振開始直後は発振 周波数が高い状態から起動を開始し、徐々に SST 端子が充電され発振周波数を低くしていくことにより安 全な起動を実現します。(SST 端子機能については、2.3.6 項をご覧下さい。) 入力電圧低下時、Vsen 端子電圧が Vsen2(ss-reset) 2.75V 以下になると、SST 端子を放電します。 SST 端子が放電されることにより徐々に発振周波数を高くし、SST 端子電圧が Vss(sp) 0.5V 以下になる と、ゲート出力を停止します。これにより、再度 Vsen 端子電圧が Vsen1(ss-reset)以上になったときに発 振周波数が高い状態から発振開始し共振はずれになることを防ぎます。 また、Vsen SS-Reset しきい値にはヒステリシスがあるため、PFC 出力電圧リップル等による Vsen ON/OFF 誤動作を防ぐことが出来ます。 なお、Vsen 端子 ON/OFF のしきい値は、表 6 のように各動作モードにより自動的に切り替わります。 表.6 各動作モード時の Vsen ON/OFF しきい値 動作モード Vsen ON (Vsen 1 or 3) Vsen OFF (Vsen 2 or 4) ノーマルモード 3.00V 2.75V アクティブスタンバイモード 0.85V 0.75V バーストモード 0.85V 0.75V 2.75V 3.0V Vsen 0.75V 0.85V Vc2 10V SST 0.6V 0.5V 0.6V 0.5V FB VGH VGL 3.5V AS 0V 図 9 . Vsen 端子と各出力タイミングチャート図(AS OFF および AS ON 動作時) 表.7 Vsen 端子しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 入力電圧監視しきい値 1 Vsen1 ASTBY<Vas(stpoff) 3.00 V 入力電圧監視しきい値 2 Vsen2 ASTBY<Vas(stpoff) 2.75 V 入力電圧監視しきい値 3 Vsen3 ASTBY>Vas(stpoff) 0.85 V 入力電圧監視しきい値 4 Vsen4 ASTBY>Vas(stpoff) 0.75 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 13 -

2.3.4 過電流保護機能 (CS、CSO 端子) MCZ5211ST には過電流保護機能を備えており、CS 端子で検出を行います。 CS および CSO 端子の接続例を図 10 に示します。 図 10. CS および CSO 端子接続例 図 10 のように共振コンデンサ C123 に流れる電流を電流検出抵抗 R141 で検出し、分割抵抗 R143 および R144 で分割して CS 端子へ接続します。各抵抗値の算出方法は 3.4 項をご覧ください。 CS 端子には正負両方向にそれぞれ 3 つのしきい値を備えており、その電圧レベルによって 3 つの保 護機能が動作します。ここではそれぞれの保護機能を OCP1、OCP2、di/dt と定義します。 表.8 過電流保護の 3 つの機能 記号 名称 CS 端子しきい値条件 ① OCP1 Cycle by cycle OCP CS 端子電圧が±0.550V を超えた時 ② OCP2 Frequency limit OLP CS 端子電圧が±0.350V を超えた時 ③ di/dt Capacitive mode protection CS 端子電圧が±0.060V を下回った時 *OCP : Over current protection 、 OLP : Over load protection 【OCP1】 OCP1 は CS 端子が±0.550V を超えると動作します。 図 11 はハイサイド MOSFET がオンしている期間に OCP1 検出が動作した例を示しています。 ハイサイド期間中は、CS 端子電圧が+0.550V 以上になると OCP1 検出が動作します。 ローサイド期間中も同様に、-0.550V 以下になると OCP1 検出が動作します。 図 11. OCP1 動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 14 -

OCP1 検出が動作すると MCZ5211ST は以下の制御を行います。 (a) FB 端子が充電期間に切り替わり、ゲート出力(VGH or VGL)をオフにします。 (b) SST 端子を FB 充放電の 8 周期分 40uA にて充電します。 (c) CSO 端子を OCP1 検出の次の周期の FB マスク電圧までの期間分 25uA にて充電します。 OCP1 検出するとゲート出力が即時オフしますので、異常状態時に MOSFET に流れる電流ピークを抑 制し過電流やトランスの飽和を防ぎます。また、SST 端子を充電することにより異常状態が長く続いた際 にタイマ間欠動作後、ラッチ停止をさせることが出来ますので、MOSFET やその他部品の異常発熱を防ぐ ことが出来ます。 なお OCP1 検出した後 FB 充放電の 8 周期以内に再び OCP1 を検出しなかった場合、SST 端子は Timer 放電電流(refresh) 600uA で SST 端子を 2.1V になるまで放電します。 ((FB マスク期間)) CS 端子には MOSFET がターンオン・オフする際のスイッチングによって発生するノイズによる OCP1 検出誤動作防止のため、FB 端子が放電を開始してから FB マスク電圧以下になるまでの間 OCP1 が動 作しないようにマスクをしています。そのため、この期間にしきい値を超えても OCP1 動作は行いません。 fmin を低く設計しすぎた場合、FB マスク電圧以上の期間で OCP1 しきい値を超えてしまいマスクされてし まう可能性がありますので、適切な fmin の設計をお願いいたします。 ((内部フィルタ)) 外的要因などにより発生するノイズによる誤動作を防止するため、約 200ns の内部フィルタを内蔵して います。これにより、CS 端子が OCP1 しきい値を超えてから FB が充電されるまでに約 200ns の遅れが 生じます。 ((OCP1 および OCP2 を同時に検出した時について)) OCP1 検出電圧は OCP2 検出電圧よりも高い値に設定されておりますので、OCP1 が動作している期 間は OCP2 も検出電圧を超えておりますが、OCP1 および OCP2 が同時に検出された場合は OCP1 検 出が優先されるシーケンスとなっています。 【OCP2】 OCP2 は CS 端子が±0.350V を超えると動作します。 OCP2 が動作すると MCZ5211ST は以下の制御を行います。 (a) SST 端子を FB 充放電の 8 周期分充電します。CSO 端子電圧によって充電電流は変化します。 ・ 0.9V≦CSO＜1.0V ： SST 端子への充電は行いません。 ・ 1.0V≦CSO＜2.0V ： SST 端子を 1.7uA で充電します。 ・ 2.0V≦CSO≦2.5V ： SST 端子を 40uA で充電します。 (b) CSO 端子を OCP2 検出の次の周期の FB マスク電圧までの期間分 25uA にて充電します。 OCP2 も OCP1 同様に FB マスク期間およびに内部フィルタがあります。fmin を低く設計しすぎた場合、 FB マスク電圧以上の期間で OCP2 しきい値を超えてしまいマスクされてしまう可能性がありますので、適 切な fmin の設計をお願いいたします。 なお OCP2 検出した後 FB の 8 周期以内に OCP2 検出しない場合、SST 端子は Timer 放電電流 (refresh) 650uA で SST 端子を 2.1V になるまで放電します。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 15 -

【CSO】 CSO 端子は CSO 端子電圧に応じて発振周波数を制御しております。CSO 端子電圧と発振周波数の 関係を図 12 に示します。CSO 端子は IC 内部でプレチャージされており通常 0.9V で維持されています。 前述の OCP1 および OCP2 が動作すると、図 13 に示すように CSO 端子が充電され CSO 端子電圧が 1.0V 以上になると発振周波数が CSO 端子電圧に応じて高くなっていきます。発振周波数を高くすること で出力電力を制限します。なお、CSO 端子は最大で 2.5V まで充電されます。 Vcso vs frequency 1000 900 Ct=470pF 800 Ct=680pF 700 Ct=820pF 600 Ct=1000pF Ct=1500pF 500 Ct=2200pF 400 300 200 100 0 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 Vcso [V] 図 12. CSO 電圧 VS 発振周波数 図 13. CSO 電圧動作シーケンス 【di/dt】 di/dt は図 14 に示す通り CS 端子が±0.060V を下回るネガティブエッジを検出して動作します。 di/dt が動作すると MCZ5211ST は以下の制御を行います。 (a) FB 端子が充電期間に切り替わり、ゲート出力(VGH or VGL)をオフにします。 (b) 動作モードに応じて SST 端子の充電を行います。 ・ ノーマルモード ： SST 端子への充電は行いません。 ・ アクティブスタンバイモード ： SST 端子を FB 充放電の 8 周期分 40uA にて充電します。 ・ バーストモード ： SST 端子を FB 充放電の 8 周期分 40uA にて充電します。 di/dt 動作するとゲート出力が即時オフしますので、共振はずれ(Capacitive mode)を防ぐことが出来ま す。これにより MOSFET の異常発熱や破損を防ぐことが出来ます。 図 14. di/dt 動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 16 - frequency [kHz]

di/dt も OCP1 および OCP2 同様に FB マスク期間およびに内部フィルタがあります。 fmin を低く設計しすぎた場合、FB マスク電圧以上の期間で di/dt しきい値を検出しようとしてマスクされて しまう可能性がありますので、適切な fmin の設計をお願いいたします。 各検出モード時の Timer および CSO 充電の関係を表 9 に示します。 表.9 各検出モードにおける Timer および CSO 充電動作関係表 検出モード 動作モード Timer 充電 CSO 充電 ノーマルモード OCP1 検出 アクティブスタンバイモード (A) (B) バーストモード ノーマルモード OCP2 検出 アクティブスタンバイモード (C) (D) バーストモード ノーマルモード 無し di/dt 検出 アクティブスタンバイモード 無し (A) バーストモード (A) FBL の 8 周期間分 SST 端子を 40uA にて充電 (B) OCP1 検出の次の周期の FB マスク電圧までの期間分 CSO 端子を 25uA にて充電 (C) FBL の 8 周期間分 SST 端子を 1.7uA(1V≦Vcso＜2.0V)、40uA(2.0V≦Vcso)にて充電 (D) OCP2 検出の次の周期の FB マスク電圧までの期間分 CSO 端子を 25uA にて充電 表.10 CS・CSO 端子しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 OCP1(+)検出電圧 Vocp1(+) 0.550 V OCP1(-)検出電圧 Vocp1(-) -0.550 V OCP2(+)検出電圧 1 Vocp2(+)1 SSD=4V 0.350 V OCP2(-)検出電圧 Vocp2(-) -0.350 V di/di(+)検出電圧 Vdidt(+) 0.060 V di/dt(-)検出電圧 Vdidt(-) -0.060 V CSO 端子プレチャージ電圧 Vcso(pre) CS=0V -100 uA OCP2 動作開始 CSO 端子電圧 Vcso(ocp2) 1.0 V Timer 充電切替 CSO 端子検出電圧 Vcso(tmr) 2.0 V OCP2 動作時 CSO 端子充電電流 Icso(ocp2) CSO>Vcso(ocp2) -25 uA CSO 端子放電電流 Icso(dis) CSO=1.2V 10 uA SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 17 -

2.3.5 OCP2 の入力電圧補正(CS、SSD 端子) MCZ5211ST には入力電圧変動時の過電流保護動作点を補正する回路を内蔵しています。 入力電圧補正は OCP2 の検出しきい値を変化させることで行います。OCP2 の検出しきい値は SSD 端 子電圧および FB 端子電圧により変化します。 図 15 に入力補正機能有無による垂下特性の概略図を示します。 特に高入力電圧印加時に OCP2 検出が行われやすくする補正を行います。この補正レベルは SSD 端子 に接続する抵抗値により調整が可能です。 図 15. OCP2 入力補正機能無し(左)、補正機能有り(右)の垂下特性概略図 図 16 に LLC 電流共振回路の共振カーブと動作波形を示します。 図 16(a)の動作波形のように入力電圧により動作時の発振周波数が変わります。一般的には同じ負荷 の場合、入力電圧が低い方が電流波形のピークとしては高くなります。共振周波数 fr は入力電圧によら ず一定となります。 図 16(b)のように MOSFET 電流値がピーク値となる所(点 X、Y)で過電流保護機能が働くとすると、ゲ ートがオンしている期間のどこで電流ピークに達するかは入力電圧によって変わります。例えば、図 16(b) の場合、ゲートがオンしている期間を 1 とすると入力電圧が高い状態では duty 比 0.8:0.2 のオン期間中 に電流ピークを迎えます。一方、入力電圧が低い状態では duty 比 0.4:0.6 のオン期間中に電流ピークを 迎えます。 このように、入力電圧が低い状態ではゲートがオンしているオン期間において、電流ピークはオン期間の 手前の方(点 Y)に来ます。入力電圧が高い状態ではオン期間の後方の方(点 X)に来ます。この共振特性 を利用して OCP2 の入力電圧補正を行います。 (a) (b) 図 16. (a) 入力電圧と動作波形、(b) 入力電圧と電流ピークの関係 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 18 -

入力補正は OCP2 検出しきい値を変化させることで OCP2 が検出しやすいように調整を行います。入 力補正レベルは SSD 端子により決まります。SSD 端子周辺回路図を図 17 に SSD に接続する外部抵抗 値と SSD 電圧の関係を図 18 に示します。SSD 端子は IC 内部より-100uA の電流で充電を行っておりま す。そのため、外部抵抗値により SSD 端子電圧は決まります。 SSD 端子の充電電流は表 11 に示すようにノーマル・AS モードとバーストモードで切り替えております。 表 11 各動作モードと SSD 充電電流の関係 ASTBY 端子電圧 動作モード SSD 充電電流 CS 入力補正 0V ≦ ASTBY ＜ 2.2V ノーマルモード 2.2V ≦ ASTBY ＜ 3.0V 非対称ステップモード -100uA あり 3.2V ≦ ASTBY ＜ 4.0/3.9V アクティブスタンバイモード 4.0/3.9V ≦ ASTBY ≦ 5.2V バーストモード -0uA なし 100uA SSD CSO CS R143 図 17. SSD 端子接続図 図 18. SSD 抵抗と SSD 電圧の関係 図 19(b)および(c)に SSD 端子電圧と OCP2 しきい値の関係を示します。Vocp2(+)1 が OCP2 検出 しきい値動作開始電圧で 0.35V で一定、Vocp2(+)2 が OCP2 検出しきい値下限電圧で SSD 端子電圧 によって設定されます。図 19(a)のように OCP2 検出しきい値は FB マスク電圧 Vfb(msk)までは Vocp2(+)1 で固定となり、Vfb(msk)未満になると FB 端子電圧に応じて徐々に OCP2 検出しきい値を下 げていきます。FB 端子電圧が FB 充電開始電圧 1 Vfb(bottom1)に到達した所で OCP2 検出しきい値は Vocp2(+)1 になります。なお、ハイサイド期間のみ入力補正回路が入っております。ローサイド期間は FB 端子電圧によらず常に-0.35V のしきい値となります。 (a) (b) (c) 図 19. (a) CS しきい値波形、 (b) Vocp2(+)1 しきい値、 (c) Vocp2(+)2 しきい値 表.12 SSD 端子しきい値 各規格値の詳細は特性仕様書をご確認ください。 項目 記号 条件 規格値 SSD 端子充電電流 1 Issd(chg)1 ASTBY<Vastby(bston/off) -100 uA SSD 端子充電電流 2 Issd(chg)2 ASTBY>Vastby(bston/off) 0 uA SSD 端子開放電圧 Vssd(open) 6 V OCP2(+)検出電圧 2 Vocp2(+)2 SSD=1V 0.26 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 19 -

2.3.6 ソフトスタート、起動時 di/dt 保護、ラッチ停止機能 (SST 端子) (1) ソフトスタート機能 LLC 部はソフトスタート機能を内蔵しており、SST 端子-GND 間に接続されたコンデンサを充電していく ことにより発振周波数を徐々に広げて行きます。SST 端子が充電される条件としては、以下の 2 つを満た している必要があります。 ① Vc2 端子電圧が、Vc2(st) 10.0V 以上であること。 ② Vsen 端子電圧が、Vsen1(ss-reset) or Vsen3(ss-reset) 以上であること。 SST 端子 0.6V 以上で発振開始、 Vss(open) 2.1V で一定となります。また、ヒステリシスを持ち SST 端子 0.5V 以下で発振停止いたします。SST 端子電圧と発振周波数の関係は、図 20 をご覧下さい。 SST 端子の SS 充電電流は SST 端子電圧に応じ て 2 段階となります。SST 端子電圧が 0V～0.6V ま Vsst vs frequency では 90uA、SST 端子電圧 0.6V 以上の場合は 900 Ct=470pF 800 30uA で充電します。これは LLC 動作開始 SST 電圧 Ct=680pF 700 Ct=820pF までの充電を早めるために切り替えております。 600 Ct=1000pF 500 Ct=1500pF 400 Ct=2200pF なお、SST 端子は 2.1V まで充電され、通常動作し 300 200 ている間はその電圧でクランプされます。 100 0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 また、SST 端子は、異常状態時に主 SW や周辺 Vsst [V] 回路への負荷を軽減する為にタイマ間欠ラッチ停止 機能を備えております。タイマ間欠ラッチ停止機能の 図 20 . SST 電圧と発振周波数 詳細は、2.3.6(3)項をご覧下さい。 (2) 起動時 di/dt 保護 LLC 電流共振回路の電源動作開始直後、共振コンデンサの電圧が不安定な過渡的状態において、 MOSFET に流れる電流がボディダイオードに流れている期間中にゲートがオフしてしまう場合があります。 この状態では、ボディダイオードの trr 成分により、反対側 MOSFET がオンした際に短絡電流が流れてし まい MOSFET に負荷がかかります。 MCZ5211ST では Tss(3)機能を内蔵しており、起動時のボディダイオード導通中にゲートがオフするこ とを回避できます。Tss(3)シーケンスは図 21 のように電源動作開始後 2 発目のローサイド側 VGL 出力 を約 1.7 倍に伸ばします。これにより、MOSFET が正方向に電流が流れてからゲート出力をオフすること が出来ます。 図 21 . Tss(3)動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 20 - frequency [kHz]