A5975D
Up to 3 A step-down switching regulator
for automotive applications
Features
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■
Qualified following the AEC-Q100
requirements (see PPAP for more details)
3 A DC output current
Operating input voltage from 4 V to 36 V
3.3 V / (±2%) reference voltage
Output voltage adjustable from 1.235 V to 35 V
Low dropout operation: 100% duty cycle
250 kHz internally fixed frequency
Voltage feed-forward
Zero load current operation
Internal current limiting
Inhibit for zero current consumption
Synchronization
Protection against feedback disconnection
Thermal shutdown
HSOP8 - exposed pad
Description
The A5975D is a step-down monolithic power
switching regulator with a minimum switch current
limit of 3.75 A, it is therefore able to deliver up to 3
A DC current to the load depending on the
application conditions. The output voltage can be
set from 1.235 V to 35 V. The high current level is
also achieved thanks to a HSOP8 package with
exposed frame, that allows to reduce the R
THJ-A
down to approximately 40 °C/W. The device uses
an internal P-channel DMOS transistor (with a
typical R
DS(on)
of 250 mΩ) as switching element
to minimize the size of the external components.
An internal oscillator fixes the switching frequency
at 250 kHz. Having a minimum input voltage of
only 4 V, it fits automotive applications requiring
device operation even in cold crank conditions.
Pulse-by-pulse current limit with the internal
frequency modulation offers an effective constant
current short-circuit protection.
Application
■
Dedicated to automotive applications
Figure 1.
Application schematic
April 2011
Doc ID 018760 Rev 1
1/50
www.st.com
50
Contents
A5975D
Contents
1
Pin settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1
1.2
Pin connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2
Electrical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1
2.2
Maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3
4
5
Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Datasheet parameters over the temperature range . . . . . . . . . . . . . . . 10
Functional description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
Power supply and voltage reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Voltage monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Oscillator and synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Current protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Error amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
PWM comparator and power stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Inhibit function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Thermal shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
6
Additional features and protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6.1
6.2
6.3
Feedback disconnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Output overvoltage protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Zero load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
7
Closing the loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
7.1
7.2
7.3
Error amplifier and compensation network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
LC filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
PWM comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
8
Application information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2/50
Doc ID 018760 Rev 1
A5975D
Contents
8.1
8.2
8.3
Component selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Layout considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Thermal considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
8.3.1
8.3.2
Thermal resistance R
THJ-A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Thermal impedance Z
THJ-A
(t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
RMS current of the embedded power MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Short-circuit protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Positive buck-boost regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Negative buck-boost regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Floating boost current generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Synchronization example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Compensation network with MLCC at the output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
External soft-start network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9
10
11
12
Typical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Package mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Doc ID 018760 Rev 1
3/50
List of tables
A5975D
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Uncompensated error amplifier characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
List of ceramic capacitors for the A5975D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Output capacitor selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Inductor selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Component list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
HSOP8 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4/50
Doc ID 018760 Rev 1
A5975D
List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
Figure 27.
Figure 28.
Figure 29.
Figure 30.
Figure 31.
Figure 32.
Figure 33.
Figure 34.
Figure 35.
Figure 36.
Figure 37.
Figure 38.
Figure 39.
Figure 40.
Figure 41.
Figure 42.
Application schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Pin connection (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Internal circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Oscillator circuit block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Synchronization example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Current limitation circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Driving circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Block diagram of the loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Error amplifier equivalent circuit and compensation network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Module plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Phase plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Layout example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Switching losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Power losses estimation (V
IN
= 5 V, f
SW
= 250 kHz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Power loss estimation (V
IN
= 12 V, f
SW
= 250 kHz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Measurement of the thermal impedance of the demonstration board . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Maximum continuous output current vs. duty cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Short-circuit current V
IN
= 12 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Short-circuit current V
IN
= 24 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Short-circuit current V
IN
= 36 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Demonstration board application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
PCB layout (component side) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
PCB layout (bottom side) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
PCB layout (front side) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Positive buck-boost regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Negative buck-boost regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Floating boost topology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
350 mA LED boost current source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Synchronization example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
MLCC compensation network circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Soft-start network example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Line regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Shutdown current vs. junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Output voltage vs. junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Switching frequency vs. junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Quiescent current vs. junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Junction temperature vs. output current (V
IN
5 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Junction temperature vs. output current (V
IN
12 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Efficiency vs. output current (V
IN
12 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Efficiency vs. output current (V
IN
5 V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Package dimensions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Doc ID 018760 Rev 1
5/50
京公网安备 11010802033920号
EEWORLD
