アプリケーションノート｜MCZ5216ST｜600V耐圧・Xコン放電機能搭載 LLC電流共振ブリッジコンバータ制御IC

CAT.NO. 1H1101-2 MCZ5216ST APPLICATION NOTE DEC.2023 Ver1.1 Xコン放電機能付スタンバイ対応 LLC電流共振ブリッジコンバータ 制御 IC MCZ5216ST + 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 -

MCZ5216ST 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営業企画 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: 各動作制御方法 2.1.1: 入力電圧検出モード 7 2.1.2: 発振器制御方法・動作モード 8 2.1.3: 起動回路 9 2.2: AC 入力電圧検出モード動作説明 2.2.1: 電源供給部 (AC 入力電圧検出モード) 11 2.2.2: X コンデンサ放電・入力電圧検出機能(LS、Vsen 端子) 12 2.3: DC 入力電圧検出モード動作説明 2.3.1: 電源供給部 (DC 入力電圧検出モード) 13 2.4: 各モード共通 端子動作説明 2.4.1: ゲートドライバ出力 (VGL、VGH 端子) 15 2.4.2: 発振制御部 (FB 端子) 16 2.4.3: 過電流保護機能 (CS、CSO 端子) 18 2.4.4: OCP2 の入力電圧補正 (CS 端子) 22 2.4.5: ソフトスタート、起動時 di/dt 保護、ラッチ停止機能(SST 端子) 24 2.4.6: ハイサイドドライバ電源 (VB 端子) 27 2.4.7: 軽負荷領域損失改善機能(ASTBY、Burst 端子) 27 2.4.7.1 : アクティブスタンバイ機能 28 2.4.7.2 : バースト機能 31 2.4.8: 過熱保護機能 (TSD 機能) 33 2.4.9: Vc1 過電圧保護機能 (Vc1 OVP 機能) 33 2.5: 参考 34 3 : 周辺回路定数の決定 3.1: AC 入力電圧検出モード時の入力監視電圧部 (LS、Vsen 端子) 35 3.2: DC 入力電圧検出モード時の入力監視電圧部 (Vsen 端子) 37 3.3: 発振制御部 (FB 端子) 38 3.4: 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) 40 3.5: 過電流保護(OCP、di/dt)ポイントの調整 (CS、CSO 端子) 41 3.6: アクティブスタンバイ使用時の回路定数の設定 42 3.7: バースト使用時の回路定数の設定 42 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 44 5 : 回路例 5.1: 代表回路図 46 6 :外形寸法図 6.1: SOP18 (MCZ5216ST) 47 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 3 -

1 概要 MCZ5216ST 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。 X コンデンサ放電機能を搭載することにより、X コンデンサ放電抵抗を追放でき、スタンバイ電力のさらなる低 減を実現できます。また、2 種類の入力検出モードを搭載することで AC 入力もしくはブリッジダイオード整流後の LLC 部入力のいずれかの入力を検出することができます。(X コンデンサ放電機能は AC 入力のみ対応。) 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。 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. X コンデンサ放電機能を搭載することにより、放電抵抗損失を削減可能。NEW 4. AC 入力検出モード・DC 入力検出モードを搭載することにより、様々な入力電圧検出が可能。NEW 5. パワーグッド信号により、フォトカプラを介した IC 動作状態の伝達が可能。(AC 入力検出モード) NEW 6. 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) 7. 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。 8. 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。 9. Vc1 耐圧 35V により幅広い入力電圧に対応。 10. 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。 11. 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。 12. 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。 13. Brown Out 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。 14. 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。 15. 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。 16. 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。 17. 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。 18. バースト時 fss 入力補正機能搭載でスタンバイ効率のさらなる改善を実現。(DC 入力検出モード) NEW 19. 外部信号による即ラッチ停止機能(SST 端子)を搭載。 20. Vc1 OVP 機能(即ラッチ停止)を搭載。 21. 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 . MCZ5216ST ブロック図 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 5 -

1.3 端子配置図 図 2 . MCZ5216ST 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、X コン放電端子 1 Vin 起動回路用の入力端子です。X コンデンサ放電機能を備えています。 2 (NC) 未接続端子 AC 監視、Vsen 電圧供給端子 3 LS AC 入力を監視し入力検出モードの判定、Vsen 端子への電圧供給を行います。 入力電圧検出端子、低入力保護、SS リセット 4 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 5 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 6 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。 過電流平均化検出応答調整用端子、AC 監視出力端子 7 CSO OCP 2 検出時の応答を調整する端子です。パワーグッド信号の出力も兼ねます。 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 8 SST 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。 Vc2 電源供給端子 11 Vc1 Vc2 端子への電源供給を行います。 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。 GND 端子 13 GND IC の GND 接続端子です。 制御回路、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、MCZ5216ST 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の詳細は特性仕様書の特性図をご覧ください。 2.1 各動作制御方法 本項では MCZ5216ST の各動作モードについて説明します。2.1 項以降の説明において動作モードを指定 していない場合、下記の動作モードを基準に記載しております。 入力電圧検出モード AC 入力電圧検出モード 発振器制御方法 対称制御 動作モード ノーマルモード 2.1.1 入力電圧検出モード MCZ5216ST は 2 つの入力電圧検出モードがあります。 それぞれの接続方法を図 3、各検出モード時の各機能を図 4 に示します。 なお、以降の説明では各入力電圧検出モードの表記を略称で記載している場合があります。 x) AC 入力電圧検出モード ・・・ (略称) AC mode y) DC 入力電圧検出モード ・・・ (略称) DC mode 図 3. 入力電圧検出モードの接続方法 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 7 -

図 4. 入力電圧検出モードの各機能 2.1.2 発振器制御方法・動作モード MCZ5216ST は 2 つの制御方法と 3 つの発振器動作モードがあります。 各発振器制御方法・動作モードでの動作波形を図 5 に示します。 【発振器制御方法】 a) 対称制御 ハイサイドおよびローサイドのオン幅比が 1:1 の動作モード b) 非対称制御 ハイサイドおよびローサイドのオン幅比が 1:2 の動作モード 【発振器動作モード】 定格負荷時の動作モード。 2)、3)以外では本モードとなります。 1) ノーマルモード 100%負荷などの定格負荷時を想定。 アクティブスタンバイモード ネットワークスタンバイ等のアクティブ待機時の動作モード。 2) (以下、AS モード) 5%～20%負荷などのスタンバイより大きい負荷時を想定。 スタンバイ負荷時の動作モード。 3) バーストモード 0%～5%負荷などのスタンバイ時を想定。 図 5. 各発振器動作モードにおける動作波形 MCZ5216ST の各動作シーケンスを 2.2 項から 2.4 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 - 8 -

2.1.3 起動回路 MCZ5216ST は起動抵抗を必要としない起動回路を 内蔵しております。図 6 に概略図、図 7 に接続方法、 図 8 にシーケンス図を示します。 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 D161 を介して Vc1 端子に印加されます。Vc1 端子に発生 した電圧は内部ドロッパより Vc2 端子に電圧を供給します。 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 図 6. 自己起動回路の概略図 Idk(on)2=33.0mA です。 図 7. Vin 端子の接続方法 【AC入力電圧検出モード】 【DC入力電圧検出モード】 Vin Vin LS LS Vsen 1.0V 0.9V Vsen 3.5V 3.2V SST 1.5V 1.5V 0.6V 140ms 0.5V SST 0.6V 0.5V 35ms CSO CSO VGH/VGL VGH/VGL 12.6V 12.6V Vc1 8V Vc1 8V 12.2V 12.5V 12.5V Vc2 7.5V Vc2 7.5V 10V ON ON 起動回路 起動回路 OFF OFF 33mA 33mA 起動電流 起動電流 2.8mA 2.8mA 図 8. 各検出モード時の起動シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 9 -

【Vin 制限抵抗 R119】 LLC IN 部と Vin 端子間には Vin 端子と他低圧端子が接 141V 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、 LLC IN 図 6 に示す R119 を挿入します。 0V 139.7V 141V 125.5V R119 は起動開始する所望の入力電圧時に Vin 端子に Vin端子 印加される電圧が推奨動作条件 MIN である 50V を下回ら 12.6V ないように設計します。(図 9 を参照ください。) Vc1端子 10V R119 はヒューズ抵抗等を使用し、抵抗値は図 7 の接続 Vc2端子 2.5V 方法により下記表 1 を推奨します。最終的にはアブノーマ ル試験等でご確認をお願いいたします。 33mA 起動電流 2.8mA 表 1. R119 の推奨抵抗値 起動回路 接続方法 入力条件 推奨抵抗値 VGH/VGL AC100V 系 100~470ohm (a1) AC200V 系 1k~2.2kohm 図 9. R119=470ohm 時の起動例 W/W 系 100~470ohm AC100V 系 100~470ohm (a2) AC200V 系 1k~2.2kohm W/W 系 100~470ohm (a3) PFC 昇圧 400V 1k~2.2kohm 【Vcc 制限抵抗 R161】 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、1～47ohm 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源起動時の短絡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 の電圧が上昇するまでに時間がかかりますので、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 2. 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 13.6 V Vc1=16V、Vsen=6V、 ドレインキック OFF 時 Vc2 電圧 1 Vc2(dkoff)1 13.3 V BURST<Vbst(H/L) Vc1=16V、Vsen=6V、 ドレインキック OFF 時 Vc2 電圧 2 Vc2(dkoff)2 12.5 V BURST>Vbst(H/L) 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 1 (AC 入力検出モード) Vc2(st)1 LS>Vls(acon) 12.2 V Vc2 動作開始電圧 2 (DC 入力検出モード) Vc2(st)2 LS<Vls(acon) 10.0 V Vc2 動作停止電圧 Vc2(sp) 7.5 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 10 -

2.2 AC 入力電圧検出モード動作説明 本項では AC 入力電圧検出モードの動作を示します。 2.2.1 電源供給部 (AC 入力電圧検出モード) AC 入力電圧検出モードの電源起動時動作シーケンスを図 10 に示します。 図 10. AC 入力電圧検出モード時起動シーケンス図 【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 13.6V になるまで充電 されます。Vc2 端子電圧が 12.2V 以上、Vsen 端子電圧が 1.0V 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 端子電圧の最大値は Vc2(dkoff)1 13.3V 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 MCZ5216ST 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、47u～470uF 程度を推奨します。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 11 -

また、 C134 および C161 のコンデンサが MCZ5216ST 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。 なお、AC 入力電圧検出モードは自己起動回路を使用した Vc1/Vc2 電源供給を想定しております。自 己起動回路を使わずに外部電源より Vc1 端子に印加させて起動する外部 Vcc 起動は出来ません。その ため、AC 入力電圧検出モード使用時は Vin 端子による自己起動回路を接続して起動させてください。 2.2.2 X コンデンサ放電・入力電圧検出機能 (LS、Vsen 端子) AC 入力電圧検出モード時は X コンデンサ放電機能およびパワーグッド信号(CSO 端子)を備えており、 AC OFF して Vsen 端子電圧が Vsen2 0.9V 以下になってから 35ms 後に CSO 端子が Low、140ms 後 に SST 端子の放電および X コンデンサ放電機能がオンします。詳細シーケンスを図 11 に示します。 なお、AC 入力電圧検出モードではパワーグッド信号(CSO 端子)が Low になることにより 2 次側に停止 信号を伝達し負荷が軽くなることを想定しています。 パワーグッド信号を使用しない場合、Vsen 端子電圧が Vsen2 しきい値以下になってから 140ms 期間 中はゲートオン・オフ動作を繰り返しますので、LLC 部入力電圧は低下しやすい方向になります。また、 Vsen2 しきい値以下になってから 35ms 経過までは OCP2 動作による周波数制限を行いますが、35ms 経過後は CSO が Low となりますので、過電流保護機能としては OCP1 および di/dt 保護機能のみとなり ます。そのため、140ms の間に OCP1 や di/dt 保護が動作し続ける可能性があります。 図 11. X コンデンサ放電機能動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 12 -

2.3 DC 入力電圧検出モード動作説明 本項では DC 入力電圧検出モードの動作を示します。 2.3.1 電源供給部 (DC 入力電圧検出モード) DC 入力電圧検出モードの電源起動時動作シーケンスを図 12 に示します。 図 12. DC 入力電圧検出モード時起動シーケンス図 【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 13.6V になるまで充電 されます。Vc2 端子電圧が 10.0V 以上、Vsen 端子電圧が 3.5V 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)1 13.3V 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 MCZ5216ST は停止します。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 13 -

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、47u～470uF 程度を推奨します。 なお、DC 入力電圧検出モードで自己起動回路を使わずに外部 Vcc 起動させる場合 C134、C161 のコ ンデンサ容量は小さくできる可能性があります。Vc1 端子に印加される電圧が安定している場合 C134 は 4.7u～47uF 程度、C161 は 10u～100uF 程度を推奨します。 また、 C134 および C161 のコンデンサが MCZ5216ST 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。 図 13 には DC 入力電圧検出モード時のアクティブスタンバイ ON/OFF 時のシーケンス図を示します。 アクティブスタンバイモードの動作シーケンスは後述しますが、Vsen しきい値が変化します。 3.2V 3.5V Vsen 0.9V 1V Vc2 10V SST 0.6V . 0.6V 0.5V 0 5V FB VGH VGL 3.5V AS 0V ASモード OFF ON 図 13 . Vsen 端子と各出力タイミングチャート(AS OFF および AS ON 動作時) SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 14 -

2.4 各モード共通 端子動作説明 2.4.1 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 2.4.2 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 14(A)に示します。 Qg の大きい MOSFET 等を使用される場合は図 14(B)のようにシンク用のダイオードを接続してくださ い。シンク用の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。 また、ターンオフ時のスイッチングスピードを速くしたい場合は図 14(C)のようにシンクバッファ回路を接 続してください。 A) ソース・シンク抵抗共通 Qa Qb VG(L/H) GND / VS B) ソース・シンク抵抗分割 Qa Qb VG(L/H) GND / VS C) シンクバッファ接続 Qa Qb VG(L/H) GND / VS 図 14 . ゲート駆動回路例 表 3. 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 - 15 -

2.4.2 発振制御部 (FB 端子) MCZ5216ST 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。 FB 端子電圧と各ゲート出力(VGL、VGH)のオン・オフタイミングを図 15 に示します。 FB 端子電圧が Vfb(bottom)電圧以下になると Ifb(chg)により FB 端子に接続された Ct コンデンサの充 電を行います。また、FB 端子電圧が Vfb(top)電圧以上になると Ifb(chg)による充電が停止し、FB 端子に 接続された Rt および FB 抵抗により Ct コンデンサの放電を行います。 FB 端子が放電している期間は VGL、VGH が交互にオン出力します。 また、FB 端子が充電している時間は VGL、VGH 出力が同時にオフするデッドタイム(DT)になります。 Ifb(chg) + Vfb(top) - FB端子 Vfb(top)/ Vfb(bottom) Vfb(bottom) FB端子 VGH FB VGL Rt Ct PC1 DT DT DT DT 図 15 . FB 端子接続および VGH、VGL 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 16 に示します。 図 16. 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 - 16 -

MCZ5216ST 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 17 の Rt 抵抗値と発振周波数の関係のように Rt 抵抗値を小さくする(FB 端子に流れる電流が大き くなる)ことにより発振周波数が高くなります。 図 17 の発振周波数とデッドタイムの関係の通り、デッドタイムは発振周波数に応じて変化します。軽負 荷時など、発振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)確保が容易になります。 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。(2.4.5 項参照) Rt vs frequency 600 Ct=470pF 500 Ct=680pF Ct=820pF 400 Ct=1000pF 300 Ct=1500pF 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 17. 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 4. 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 -11.0 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)3 ASTBY=open 2.80 V SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 17 - frequency [kHz] dead time [nsec]

2.4.3 過電流保護機能 (CS、CSO 端子) MCZ5216ST 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 18 に示します。なお、以降のページでは図 18(a)の抵抗分圧で検出 した場合の計算式等を示します。 図 18. CS および CSO 端子接続例 図 18(a)のように共振コンデンサ C124 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 3.5 項をご覧ください。なお、 C141 はフィルタ用コンデンサとなります。R143 を 10ohm とした場合、0.01uF 程度を初期値にご調整くだ 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 5. 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±0.500V 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±0.500V を超えると動作します。負荷短絡時等を想定した OCP です。 図 19 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+0.500V 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、-0.500V 以下になると OCP1 検出が動作します。 図 19. OCP1 動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 18 -

OCP1 検出が動作すると MCZ5216ST 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(VGL or VGH)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。 FB 端子が Vfb(top)まで上昇するともう片方のゲート出力(VGL or VGH)がオンします。 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、2.4.5 項に示す様に SST 端子を Timer 充電して異常状態 が長く続いた際に発振動作を停止、再起動させます。再起動時も異常状態が続いた場合、同様に Timer 充電を行いラッチ停止します。これにより、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 端子はリフ レッシュ動作となり Timer 放電電流(refresh) 80uA 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。 MCZ5216ST の最低発振周波数 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 300ns 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 の充電が開始するまでに約 300ns 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 および OCP2 は同一端子で検出しておりますので、OCP1 検出しきい値に到達している期間は OCP2 検出しきい値も超えております。その場合、OCP2 による CSO 充電を行いながら OCP1 検出によ りゲート出力を即時オフします。 【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 MCZ5216ST 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。 ・ 2.5V≦CSO＜2.6V ： SST 端子への充電は行いません。 ・ 2.6V≦CSO＜3.6V ： SST 端子を 1.7uA で充電します。 ・ 3.6V≦CSO≦4.0V ： 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 20uA 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) 80uA で SST 端子を 2.1V になるまで放電します。 SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 19 -

【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 20 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 2.5V で維持されています。 前述の OCP1 および OCP2 が動作すると、図 21 に示すように CSO 端子が充電され CSO 端子電圧が 2.6V 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 4.0V まで充電されます。 Vcso vs frequency 900 800 Ct=470pF Ct=680pF 700 Ct=820pF 600 Ct=1000pF 500 Ct=1500pF 400 Ct=2200pF 300 200 100 0 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 Vcso [V] 図 20. CSO 電圧 VS 発振周波数 図 21. CSO 電圧動作シーケンス 【di/dt】 di/dt は図 22 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 MCZ5216ST 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 22. di/dt 動作シーケンス SHINDENGEN ELECTRIC MFG.CO.,LTD - 20 - frequency [kHz]