Regulator IC KEC [PW/IC] 상품기획부 2009. 05. 18. [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 1/371
목차 Power Management IC Ⅰ. Linear Regulator 1) 동작원리 2) 특성비교 3) Bipolar vs. MOS 비교 4) CMOS LDO Ⅱ. Switching Regulator 1) Buck converter 원리 Ⅲ. Electrical Characteristics (KIA7805) 1) Protection Function 2) Thermal Consideration 3) Capacitor Tip KEC Power Management IC 소개 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 2/372
Power Management Linear Regulator G.P Regulator LDO Regulator Quasi Regulator Shunt Regulator Switching Regulator Inductorless Inductor Based External FET Integrated FET [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 3/373
Linear Regulator [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 4/374
Linear Regulator 란? [ Linear Regulator IC ] 1) Regulator 회로는불규칙한입력전압및높은입력전압에대해 Set 의일반회로에서요구하는 전원전압을안정하게공급해주는회로를말하며, 이를집적화하여제품화한것을 Regulator IC 라고말한다. 2) 일반적으로 1.5V 24V의고정된출력전압을가지는고정형과, 외부정수로출력전압을 임의적으로변경할수있는가변형이있다. 3) 응용분야는 C-MOS, TTL 등의 Digital IC 의전원및일반적인 Linear 회로의안정된전원을 요구하는모든 System 에적용된다. 특징 외부회로가적고, 간단한구성으로 Regulator IC를사용할수있다. 자체적으로발생하는 Noise가없어리플이없는전압을요구하는부하에최적이다. 입출력전압의차가클경우, 변환효율이떨어지고발열에대해방열대책이필요하다. [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 5/375
동작원리 [ 일반적인 Linear Regulator 의내부구성 ] Pass TR Q2 I C 출력전압의변화는 R 2 와 R 3 로구성된전압분배기를통해 Error AMP의반전입력단에 Vin Q1 Error AMP - OUT + R2 V R3 R3 I L Vout RL V R3 이입력, V R3 = R2 + R3 R3 VOUT Vref D1 고정된기준 Vref 와비교를통해 Q 1 의 I B1 제어 0 Q 2 의 I B2 제어 I C 제어 Vout 안정화시킴 Vout 증가 V R3 증가 Error amp 출력 (-) Q 1 의 I B1 감소 Q 2 의 I B2 감소 I L 감소 Vout 감소 Vout 감소 V R3 감소 Error amp 출력 (+) Q 1 의 I B1 증가 Q 2 의 I B2 증가 I L 증가 Vout 증가 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 6/376
특성비교 (1) [ Output Power Transistor 에의한구분 (V D : Dropout Voltage) ] V D = 2V BE + PNP Sat 1.7 ~ 2.5V V D = V BE + PNP Sat 0.9 ~ 1.5V V D = PNP Sat 0.1 ~ 0.7V [ Regulator 의 Power Dissipation ] Power Dissipation Condition : V OUT = 5 [V], I OUT =1 [A] LDO REG : KIA78R05PI LDO Regulator : P D 가작아열적으로우수함 STD REG : KIA7805API P D = [(V IN -V OUT )I OUT ]+(V IN I GND ) 0.5 [W]= 1 [A] 0.5 [V] 2 [W]=1 [A] 2 [V] [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 7/377
특성비교 (2) [ Type 별 Output Voltage 안정화특성비교 ] 1) 출력전압안정화지점 : V IN = V OUT + V D 가 ) LDO General Type (KIA78R05PI) : 5V + 0.3V (V D 항목 ) = 5.3V 나 ) Quasi Type (KIA1117PI50) : 5V + 1.1V (V D 항목 ) = 6.1V 다 ) General Type (KIA7805API) : 5V + 2.0V (V D 항목 ) = 7.0V 2) 열적인측면및전압안정화측면에서 1LDO 2Quasi 3General Type 순으로우수하다 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 8/378
Bipolar vs. CMOS [ Power Tr. 의공정차이 ] [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 9/379
CMOS LDO [ CMOS LDO 의특징 ] 1. Bipolar LDO 보다소비전류가적다 CMOS 프로세스는전압구동소자 (KIC3201S/T-xx : Typ. 8uA, KIC3210T-xx : 0.2uA (at shutdown) 컬렉터 드레인 출력전류 이미터 베이스 베이스전류 베이스에전류를흘림으로써이미터와컬렉터사이에전류가흐르게된다. 출력전류를얻기위해서는베이스전류를계속흘려야한다. 게이트 소스 출력전류 게이트에전압을인가함으로써소스와드레인사이에전류가흐르게된다. 게이트로의전하차지후에는 On 시키기위한전류를필요로하지않는다. 대기상태를가진기기에사용 : 전자기기의스탠바이상태나 Portable 기기의대기상태등에서저소비전력화를기대할수있다. 2. Low dropout voltage 가능 P채널MOSFET 의저포화출력특징 작은입출력전압차에서도동작하기때문에열손실을억제하면서전류를흘릴수있다. 배터리의장시간화가능 ( 휴대전화 / PDA / DSC / 노트북 PC 등 ) 3. 출력전압이정밀하다 레이저트리밍기술에의해전압설정용이함 (0.05V /0.1V Step 제품가능 ) [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 10/37
Switching Regulator [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 11/37
[ Switching Regulator IC ] Switching Regulator 는입력된에너지를자기에너지로변환한후, 다시전기에너지로변환하여 발열이적고고효율인전압변환을할수있는 IC 이다. [ Switching Regulator 의내부구성 ] OSC Error AMP SW Control Vref Comparator 부하전류의증감 출력전압변화 Error AMP 의 Vref 와차이증폭 PWM 제어 Duty 비제어 & Inductor 전류제어 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 12/37
동작원리 [ Buck Converter ] Switch ON Lo Switch OFF Lo + isw + il + + + il + Vin Cin VD Co Vo Ro Vin Cin VD Co Vo Ro VD VO V in V o V in V L L L o V o L il [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 13/37
Vin - Vout L T(on) Switch ON 동안의 Inductor 전류 Vout L T(off) Switch OFF 동안의 Inductor 전류 Vin - Vout L T(on) = Vout L T(off) Inductor 전류의증감이같아지는시점 VD Vout Vout Vin = T(on) T(on) + T(off) il Iout [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 14/37
Electrical Characteristics Description (KIA7805 / G.P Regulator) [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 15/37
최대로인가할수있는입력전압 제품이견딜수있는최대전력손실 안전동작을위한 Junction 온도범위 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 16/37
주어진입력전압및부하조건에서출력되어야하는전압범위를의미 입력전압의변동에따른출력전압의변동량을의미 (mv 및 % 로표시 ) 부하변동에따른출력전압의변동량을의미 (mv 및 % 로표시 ) [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 17/37
회로가정상동작하기위해필요한 Bias 전류를의미 입력전압및부하변동에따른 Bias 전류변동량을의미 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 18/37
정상적인출력전압을얻기위한입력과출력전압의차를의미 출력이 GND 와 Short 되었을때 ( 비정상적인조건 ), 출력으로흐르는전류를의미 V OUT I OUT [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 19/37
Device 자체에서생성된 Noise 의절대값. PSRR : 입력에존재하는 AC 저주파 Noise가출력으로얼마나감소가되어나오는지를나타내는항목. Ex.) PSRR = 60dB 이면, 입력에 10mV 의 AC Noise가존재할시, 출력에서 10uV로감쇠되도록 Filtering 역할을한다. (1000배감소), 78dB 정도이므로약 10,000배가까이 Filtering 된다. PSRR V OUTPUT Ripple = 20 log Ripple V INPUT [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 20/37
Protection Function [ 과전류보호회로 ] 최대전류이상의출력전류가흐를때, 그용량을제한하여 IC 가파괴되는것을보호하는회로 V OUT [ 온도보호회로 ] I OUT IC Chip 의온도가설정된이상되면, 출력을 Off 하여열에의해 IC 가파괴되지않도록보호하는회로 V OUT 150 Tj [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 21/37
[ 과전압보호회로 ] 입력전압이설정된전압이상인가되었을경우, 과전압에의해 IC 가파괴되는것을보호하는회로 V OUT V IN [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 22/37
Thermal Consideration [ Regulator IC 의열관리 ] Regulator IC 는동작중에 (V IN V OUT ) I OUT 의에너지가열이된다. 설계시항상이러한 IC 의자체손실전력 (P D ) 을고려하여야하며, Junction 온도를기준으로 방열설계가필요하다. P D 는아래식으로계산할수있다. P D = [(V IN V OUT ) I OUT ] + (V IN I GND ) Junction 온도는 IC 단품의 P D 에의해결정된다. ( Tj (max) =150 를기준으로함.) Junction 온도는 Application 회로조건및주위온도, Heatsink 에의해달라진다. P D = [T J(MAX) T A(MAX) ] / R TH(J-A) 상기계산식에의해 T J(MAX) 를계산하여추정할수있다. 계산된 TJ(MAX) 값이 150 를기준으로 20% 내의 Margin 을갖도록설계하는것이안정하다. [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 23/37
[ Regulator IC 의열저항등가회로 ] (1) θ J-C : Junction-Case 間 Thermal Resistance. (2) θ C-A : Case-Ambient 間 Thermal Resistance. (3) θ C-HS : Case-Heat Sink 間 Thermal Resistance. (4) θ HS : Heat Sink Thermal Resistance. KIA7805API 열저항발표치 ITEM Thermal Resistance ( /W) θ J-C θ J-A θ C-A θ C-HS KIA7805API (1A) 6 84 78 0.5 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 24/37
[ Heatsink Size 산출예 ] 1. 전체열저항은등가회로를이용하여다음과같이계산되어질수있다. Θ TOTAL = Θ J-C + (Θ C-A ) (Θ C-HS +Θ HS ) (Θ C-A +Θ C-HS +Θ HS ) Θ TOTAL = 6+ (78 Θ HS ) 78 + Θ HS [ /W] ---- Eq. (1) 2. 전체열저항을 Junction 온도와 P D 로나타낼수있다. Θ TOTAL = T J(MAX) T A(MAX) [ /W] ---- Eq. (2) P D [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 25/37
3. Heatsink size 를계산하기위해다음과같은조건을예로들면, - Vin=10V, Vout=5V, Io=1A. - Ta (max) = 50 ( 주위온도를 50 미만에서사용한다고가정 ) - Tj (max)=150 상기조건에서, Power dissipation 은아래와같다. - P D = (Vin - Vout) Iout = (10V 5V) 1A = 5W KIA7805API의 Maximum Junction 온도는 150 Equation (2) 를사용하여대입하면, 50 + (5W Θ TOTAL ) < 150 Θ TOTAL < 20 /W 다시 Θ TOTAL 을 Equation (1) 에대입하여 Θ HS 를구한다. Θ HS = 17.06 /W [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 26/37
Heat sink size Graph [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 27/37
Capacitor Selection [ Input / Output Capacitor 설정 ] Regulator의내부회로에는높은 Gain (70~80dB) 의 OP AMP가있어부귀환동작을하게된다. 이때, 부귀환 System을안정화시키기위해 ( 발진방지 ) Output 단자에전해Capacitor를추가한다. LDO Regulator의경우ESR 이낮은전해Capacitor가 Regulator를안정화시키는데유리하다. 일반적으로 KEC의 Regulator는 C OUT 10uF이상 (4단자 LDO : 47uF이상 ) 을추가하여Noise 및발진을방지한다. < 기본 Application 회로 > [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 28/37
Power Management IC Products Guide [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 29/37
Voltage Regulator Line-up (G/P) polarity I OUT (A) ADJ 5 6 Output Voltage (V) 8 9 10 12 15 18 20 24 V IN(MAX) V D (V) SOT-89 TO-92 TO-92L DPAK TO-126 TO-220IS 0.15 35 1.7 KIA78LxxF KIA78SxxP KIA78LxxBP Positive 0.5 1 35 35 40 2 2 - KIA78MxxF KIA78xxAF KIA78MxxT KIA78MxxPI KIA78xxAPI KIA317PI 0.15A -35 1.7 KIA79LxxF KIA79SxxP KIA79LxxBP Negative 0.5-35 1.1 KIA79MxxF KIA79MxxT KIA79MxxPI 1-35 2 KIA79xxF KIA79xxT KIA79xxPI SOT-89 TO-92 TO-92L DPAK TO-126 TO-220IS [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 30/37
Voltage Regulator Line-up (Low Dropout) I(A) ADJ 1.5 1.8 2.0 2.5 Output Voltage (V) 2.8 3.0 3.3 3.5 5 6 8 9 10 12 15 VIN(MAX) VD (V) Enable SOT-223 DPAK DPAK-5 D 2 PAK-5 TO-220IS TO-220IS-4 0.5 16 16 0.3 0.3 - KIA78DMxxx S KIA78DMxxxF KIA78RMxxxF KIA78DMxxxPI KIA78RMxxxPI 35 0.5 - KIA78DxxF KIA78DxxPI 1 35 16 0.5 0.3 - KIA78DxxxS KIA78DxxxF KIA78RxxF KIA78DxxxPI KIA78RxxPI 16 0.3 KIA78RxxxF KIA78RxxxZF KIA78RxxxPI 35 0.5 KIA278RxxPI 2 15 0.5 KIA278RxxxFP KIA278RxxxPI 10 0.5 KIA278RxxxP5 (TO-220IS-5) 3 35 7 0.5 0.5 KIA378RxxxFP KIA378RxxPI KIA378RxxxPI 5 7 0.5 KIA578RxxxFP KIA578RxxxPI SOT-223 D-PAK D-PAK-5 D 2 PAK-5 TO-220IS TO-220IS-4 TO-220IS-5 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 31/37
Voltage Regulator Line-up (1A 5A Quasi-LDO) I OUT (A) Adj. 1.2 Output Voltage (V) 1.5 1.8 2.5 2.85 3.3 5.0 V IN(MAX) V D (V) V OUT (Tor.) SOT-223 DPAK D 2 PAK TO-220IS 10 1.1 2% KIA1112S KIA1112F 1 10 1.1 2% KIA1117ASxx KIA1117AFxx KIA1117APIxx 10 1.3 2% KIA1578QxxF KIA1578QxxFP KIA1578QxxxPI 1.5 10 1.3 2% *KIA1086Fxx *KIA1086FPxx *KIA1086PIxx 3 10 1.3 2% *KIA1085Fxx *KIA1085FPxx *KIA1085PIxx 5 10 1.3 2% *KIA1084Fxx *KIA1084FPxx *KIA1084PIxx * Under development SOT-223 D-PAK D 2 PAK TO-220IS [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 32/37
Voltage Regulator Line-up (C-MOS LDO) Part No. Max V IN I OUT V OUT Package MP Type KIC3210T-xxx 6V 0.15A 1.8~3.5V(0.1V Step), 2.75/2.85V Tolerance=1% TSV OK CMOS KIC3201S-xx 12V 0.4A 1.2~6.0V (0.05V Step), Tolerance=2% SOT-89 OK CMOS KIC3201T-xx 12V 0.4A 1.2~6.0V(0.05V Step), Tolerance=2% TSM OK CMOS * KIC3211T-xx 6V 0.2A 1.2~4V(0.1V Step), Tolerance=1% TSV 09.06 CMOS * KIC3211SN-xx 6V 0.15A 1.2~4V(0.1V Step), Tolerance=1% SON1612-6 09.06 CMOS * Under development SON1612-6 TSM TSV SOT-89 1.2X1.6X0.6 2.9X1.6X0.7 2.9X1.6X0.7 4.7X2.5X1.7 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 33/37
Shunt-Regulator Line-up Vref (V) V KA (V) I K ( ma ) Tolerance (%) SOT-23 TSM TSV SOT-89 TO-92 2.495 37-100~150 ± 2.2 KIA431M/M2 KIA431S KIA431F KIA431 2.495 37-100~150 ± 1.0 KIA431AM/AM2 KIA431AS KIA431AF KIA431A 2.495 37-100~150 ± 0.5 KIA431BM/BM2 KIA431BS KIA431BF KIA431B 1.24 16 50 ± 1.5 KIA2431S KIA2431T KIA2431P 1.24 16 50 ± 1.0 KIA2431AS KIA2431AT KIA2431AP 1.24 16 50 ± 0.5 * KIA2431BS * KIA2431BP * KIA2431BP * Under development SOT-23 2.93X1.3X1.0 TSM 2.9X1.6X0.7 TSV 2.9X1.6X0.7 SOT-89 4.7X2.5X1.7 TO-92 4.8X4.7X3.7 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 34/37
DC-DC Converter Line-up Part No. Max I OUT V OUT f SW Package MP V IN KIA2576FPxx 40V 3A Adj/3.3/5/12V 52KHz D 2 PAK-5 OK KIA2576PIxx 40V 3A Adj/3.3/5/12V 52KHz TO-220IS-5 OK * KAC3424DN 5.5V 1.5A Adj. (Min. 0.8V) 2MHz TDFN6 09. 5 * KAB3426F 24V 3A Adj. (Min. 0.8V) 600KHz PSOP-8 09. 10 * Under development DPAK-5 D 2 PAK-5 TO-220IS-5 PSOP-8 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 35/37
OP & Comparator Line-up Type Part No. V CC (Max) V IO (Typ / Max) f T ( MHz ) /Trsp( μs ) (Typ) Package KIA358F/P 36V 2 / 7 mv 1 MHz FLP-8/DIP-8 LM358F 32V 2.9 / 7 mv 1 MHz FLP-8 KIA324F/P 36V 2 / 7 mv 1 MHz FLP-14/DIP-14 OP-AMP KIA4558F/P KIA4559F/P 36V 36V 0.5 / 6mV 0.5 / 6mV 3 MHz 5 MHz FLP-8/DIP-8 FLP-8/DIP-8 KIA75S358F 36V 2 / 7 mv 1 MHz TSV KIA75S558F 36V 0.5 / 6 mv 3 MHz TSV KIA358AFK 12V 2 / 7 mv 1 MHz US-8 KIA393F/P 36V 2 / 5 mv 1.3 μs FLP-8/DIP-8 Comparator LM393F KIA339F/P 32V 36V 1 / 5mV 2 / 7mV 1.3μs 1.3μs FLP-8 FLP-14/DIP-14 KIA75S393F 36V 2 / 7 mv 1.3 μs TSV FLP-8 4.9X3.9X1.6 DIP-8 9.6X6.45X3.8 FLP-14 8.66X6.0X1.63 DIP-14 19.3X6.45X3.8 TSV 2.9X1.6X0.7 US-8 2.0X2.3X0.7 [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 36/37
THANK YOU [PW / IC] Strategic Marketing Dept. 37/37