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MP4560

器件型号:MP4560
器件类别:电源供应   
厂商名称:Monolithic Power Systems (MPS)
厂商官网:https://www.monolithicpower.com
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MP4560器件文档内容

The Future of Analog IC Technology                                                                                               MP4560

DESCRIPTION                                                                                                                                2A, 2MHz, 55V
                                                                                                                                Step-Down Converter
The MP4560 is a high frequency step-down
switching regulator with integrated internal high-                                                           FEATURES
side high voltage power MOSFET. It provides 2A
output with current mode control for fast loop                                                                Wide 3.8V to 55V Operating Input Range
response and easy compensation.                                                                               250m Internal Power MOSFET
                                                                                                             Up to 2MHz Programmable Switching
The wide 3.8V to 55V input range accommodates
a variety of step-down applications, including                                                                   Frequency
those in automotive input environment. A 12A                                                                140A Quiescent Current
shutdown mode supply current allows use in                                                                   Ceramic Capacitor Stable
battery-powered applications.                                                                                 Internal Soft-Start
                                                                                                             Up to 95% Efficiency
High power conversion efficiency over a wide                                                                  Output Adjustable from 0.8V to 52V
load range is achieved by scaling down the                                                                   Available in 3x3 10-Pin QFN and SOIC8
switching frequency at light load condition to
reduce the switching and gate driving losses.                                                                    with Exposed Pad Packages

The frequency foldback helps prevent inductor                                                                APPLICATIONS
current runaway during startup and thermal
shutdown provides reliable, fault tolerant                                                                   High Voltage Power Conversion
operation.                                                                                                    Automotive Systems
                                                                                                             Industrial Power Systems
By switching at 2MHz, the MP4560 is able to                                                                   Distributed Power Systems
prevent EMI (Electromagnetic Interference) noise                                                             Battery Powered Systems
problems, such as those found in AM radio and
ADSL applications.                                                                                           All MPS parts are lead-free and adhere to the RoHS directive.For MPS green
                                                                                                             status, please visit MPS website under Quality Assurance. "MPS" and "The
The MP4560 is available in small 3mm x 3mm                                                                   Future of Analog IC Technology" are Registered Trademarks of Monolithic
10-pin QFN and SOIC8 with exposed pad                                                                        Power Systems, Inc.
packages.

TYPICAL APPLICATION                                                                                                                                Efficiency @VOUT=3.3V

                                                                                        C4
                                                                                     100nF

                                                                                                                                                   fs=500kHz

                            10                                                                                                                100                Vin=12V

                 8,9        BST     SW 1,2                                                                   VOUT                             90
                       VIN                                                                                   3.3V
VIN                                                                                                                                           80

                                                                                            D1  C6                                            70

                                                                                                NS                            EFFICIENCY (%)

                 3                  FB 5                                                                                                      60              Vin=55V
                     EN
EN                          MP4560                                                                                                            50

                                                                                                                                              40

                 7                    COMP 4                                                                                                  30
                     FREQ
                            GND                                                                                                               20
                                6                                                           C3
                                                                                                                                              10
                                                                                            680pF
                                                                                                         C5                                   0

                                                                                                         NS

                                                                                                                                                 0  0.5       1        1.5  2

                                                                                                                                                    OUTPUT CURRENT (A)

MP4560 Rev. 1.0                                                                             www.MonolithicPower.com                                                            1

11/5/2012        MPS Proprietary Information. Patent Protected. Unauthorized Photocopy and Duplication Prohibited.

                                                                                             2012 MPS. All Rights Reserved.
                                         MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

                                 ORDERING INFORMATION

                 Part Number      Package                                  Top Marking
                 MP4560DQ*       3x3 QFN10                                        T8
                 MP4560DN**
                                   SOIC8E                                   MP4560DN

                            * For Tape & Reel, add suffix Z (e.g. MP4560DQZ).
                 For RoHS compliant packaging, add suffix LF (e.g. MP4560DQLFZ)

                            ** For Tape & Reel, add suffix Z (e.g. MP4560DNZ).
                 For RoHS compliant packaging, add suffix LF (e.g. MP4560DNLFZ)

                                 PACKAGE REFERENCE

                 TOP VIEW                                                TOP VIEW

                     SW 1        10 BST                           SW 1             8 BST
                     SW 2        9 VIN                            EN 2             7 VIN
                     EN 3        8 VIN                        COMP 3               6 FREQ
                 COMP 4          7 FREQ                            FB 4            5 GND
                      FB 5       6 GND

                    EXPOSED PAD                               EXPOSED PAD

                                   3x3 QFN10                                      SOIC8E

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (1)                                  Thermal Resistance (4) JA JC

Supply Voltage (VIN).....................0.3V to +60V        3x3 QFN10..............................50 ...... 12 ... C/W
Switch Voltage (VSW)............ 0.5V to VIN + 0.5V          SOIC8 (Exposed Pad) ............50 ...... 10 ... C/W
BST to SW .....................................0.3V to +5V
All Other Pins .................................0.3V to +5V  Notes:
Continuous Power Dissipation(TA = +25C) (2)                  1) Exceeding these ratings may damage the device.
3x3 QFN10..........................................2.5W       2) The maximum allowable power dissipation is a function of the
SOIC8 (Exposed Pad)...........................2.5W
Junction Temperature ...............................150C          maximum junction temperature TJ (MAX), the junction-to-
Lead Temperature ....................................260C         ambient thermal resistance JA, and the ambient temperature
Storage Temperature.............. 65C to +150C                  TA. The maximum allowable continuous power dissipation at
                                                                   any ambient temperature is calculated by PD (MAX) = (TJ
Recommended Operating Conditions (3)                               (MAX)-TA)/JA. Exceeding the maximum allowable power
                                                                   dissipation will cause excessive die temperature, and the
Supply Voltage VIN ...........................3.8V to 55V          regulator will go into thermal shutdown. Internal thermal
Output Voltage VOUT.........................0.8V to 52V            shutdown circuitry protects the device from permanent
Operating Junction Temp. (TJ). -40C to +125C                     damage.
                                                              3) The device is not guaranteed to function outside of its
                                                                   operating conditions.
                                                              4) Measured on JESD51-7, 4-layer PCB.

MP4560 Rev. 1.0                  www.MonolithicPower.com                                                                       2

11/5/2012        MPS Proprietary Information. Patent Protected. Unauthorized Photocopy and Duplication Prohibited.

                                  2012 MPS. All Rights Reserved.
                                         MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

VIN = 12V, VEN = 2.5V, VCOMP = 1.4V, TA= +25C, unless otherwise noted.
Specifications over temperature are guaranteed by design and characterization.

Parameter                       Symbol Condition                       Min Typ                                      Max    Units
                                                                                                                    0.820    V
Feedback Voltage                  VFB    4.5V < VIN < 55V              0.780  0.800                                 0.829
                                RDS(ON)  40C to +85C                0.772                                         330    m
Upper Switch On Resistance (5)           VBST VSW = 5V                175    250                                   400
Upper Switch Leakage                     40C to +85C                 160                                                 A
Current Limit                            VEN = 0V, VSW = 0V                     1                                    4.5     A
                                                                        2.6    3.2                                   4.7
                                                                        2.2                                                 A/V
                                         40C to +85C                                                              3.3    V/V
                                                                                                                     3.6   A/V
COMP to Current Sense           GCS                                           5.7                                           A
Transconductance                                                                                                     1.2    A
                                                                                                                     1.3     V
Error Amp Voltage Gain                                                        400                                     20
Error Amp Transconductance                                                                                                   V
Error Amp Min Source current             ICOMP = 3A                         120                                    1.7    ms
Error Amp Min Sink current               VFB = 0.7V                                                                  1.8   MHz
                                         VFB = 0.9V                           10
VIN UVLO Threshold                                                                                                           ns
                                         40C to +85C                       -10                                           A
VIN UVLO Hysteresis                                                                                                         A
Soft-Start Time (5)                      0V < VFB < 0.8V               2.7 3.0                                               C
                                         RFREQ = 95k                                                                         ns
Oscillator Frequency                     40C to +85C                2.4                                                   ns
                                                                                                                             V
Minimum Switch On Time                   VEN < 0.3V                           0.35
Shutdown Supply Current                  No load, VFB = 0.9V                                                                mV
Quiescent Supply Current                 Hysteresis = 20C                    0.5
Thermal Shutdown
Minimum Off Time                         40C to +85C                0.8    1
Minimum On Time (5)
                                                                       0.7
EN Up Threshold
                                                                              100
EN Threshold Hysteresis
                                                                              12

                                                                              140

                                                                              150

                                                                              100

                                                                              100

                                                                       1.4 1.55

                                                                       1.3

                                                                              320

Note:
5) Derived from bench characterization. Not tested in production.

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                                    MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

PIN FUNCTIONS

QFN        SOIC8  Name Description
Pin #      Pin #
1, 2                       Switch Node. This is the output from the high-side switch. A low VF Schottky rectifier
              1   SW to ground is required. The rectifier must be close to the SW pins to reduce switching
  3           2
  4           3             spikes.
  5           4
                  EN    Enable Input. Pulling this pin below the specified threshold shuts the chip down.
  6           5         Pulling it up above the specified threshold or leaving it floating enables the chip.
  7           6
8, 9         7   COMP  Compensation. This node is the output of the GM error amplifier. Control loop
10           8         frequency compensation is applied to this pin.

                           Feedback. This is the input to the error amplifier. An external resistive divider
                  FB connected between the output and GND is compared to the internal +0.8V reference

                           to set the regulation voltage.

                    GND, Ground. It should be connected as close as possible to the output capacitor avoiding
                  Exposed the high current switch paths. Connect exposed pad to GND plane for optimal thermal

                     pad performance.

                  FREQ  Switching Frequency Program Input. Connect a resistor from this pin to ground to set
                        the switching frequency.

                            Input Supply. This supplies power to all the internal control circuitry, both BS
                  VIN regulators and the high-side switch. A decoupling capacitor to ground must be placed

                            close to this pin to minimize switching spikes.

                  BST   Bootstrap. This is the positive power supply for the internal floating high-side
                        MOSFET driver. Connect a bypass capacitor between this pin and SW pin.

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11/5/2012         MPS Proprietary Information. Patent Protected. Unauthorized Photocopy and Duplication Prohibited.

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                                                                                                MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

VIN = 12V, VOUT =3.3V, C1 = 4.7F, C2 = 22F, L1 = 10H and TA = +25C, unless otherwise noted.

                  Efficiency @VOUT=2.5V                                                      Efficiency @VOUT=5V                   Output Voltage Ripple

                                                                                             L1=15uH, fs=500kHz                       IOUT=0.1A

           90                                                                           100             Vin=12V                VOUT
                                        Vin=12V                                                                       AC Coupled
                                                                                        90
           80                                                                                                            10mV/div

           70                                                                           80                                      Vsw
                                                                                                                            10V/div
EFFICIENCY (%)60       Vin=48V                                                          70           Vin=55V
                                                                        EFFICIENCY (%)
                                                                                        60

           50                                                                           50

           40                                                                           40

           30                                                                           30

           20                                                                           20                               IL

           10                                                                           10                               500mA/div

           0                                                                            0

               0  0.5  1        1.5              2                                           0  0.5  1           1.5  2

                  OUTPUT CURRENT (A)                                                            OUTPUT CURRENT (A)

               Output Voltage Ripple                                                         Output Voltage Ripple

               IOUT=1A                                                                       IOUT=2A

         VOUT                                                VOUT
AC Coupled                                          AC Coupled

   10mV/div                                            10mV/div

    Vsw                                                 Vsw
10V/div                                             10V/div

       IL                                                  IL
1A/div                                              2A/div

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                                           MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

VIN = 12V, VOUT =3.3V, C1 = 4.7F, C2 = 22F, L1 = 10H and TA = +25C, unless otherwise noted.

           Strart up                       Strart up                              Strart up

           IOUT=0.1A                       IOUT=1A                                IOUT=2A

    VEN                             VEN                                    VEN
2V/div                          2V/div                                 2V/div

   VOUT                            VOUT                                   VOUT
2V/div                          2V/div                                 2V/div

    Vsw                             Vsw                                    Vsw
10V/div                         10V/div                                10V/div

       IL                              IL                                     IL
1A/div                          1A/div                                 2A/div

                 10ms/div                             4ms/div                                4ms/div

           Shut down                     Shut down                              Shut down

           IOUT=0.1A                       IOUT=1A                                IOUT=2A

    VEN                             VEN                                    VEN
2V/div                          2V/div                                 2V/div

   VOUT                            VOUT                                   VOUT
2V/div                          2V/div                                 2V/div

    Vsw                             Vsw                                    Vsw
10V/div                         10V/div                                10V/div

       IL                              IL                                     IL
1A/div                          1A/div                                 2A/div

                      1ms/div

           Short Circuit Entry             Short Circuit Steady State             Short Circuit Recovery

           IOUT=0.1A to Short                                                     IOUT=Short to 0A

   VOUT                            VOUT                                   VOUT
2V/div                          2V/div                                 2V/div

    Vsw                             Vsw                                    Vsw
10V/div                         10V/div                                10V/div

       IL                              IL                                     IL
1A/div                          1A/div                                 2A/div

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11/5/2012        MPS Proprietary Information. Patent Protected. Unauthorized Photocopy and Duplication Prohibited.

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BLOCK DIAGRAM                               MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

                                                                                                          VIN

           EN        REFERENCE           INTERNAL
                          UVLO         REGULATORS

                                                                                                                    BST

                                         ISW          --             LOGIC

                         0.5ms SS  SS                 +

                                                                                                                    SW

           FB        --            COMP

                 SS

                 0V8 +

                                                            OSCILLATOR

                         COMP          GND                           FREQ

                         Figure 1--Functional Block Diagram

OPERATION                                             the power MOSFET does not reach the COMP
                                                      set current value, the power MOSFET remains
The MP4560 is a programmable frequency,               on, saving a turn-off operation.
non-synchronous, step-down switching regulator
with an integrated high-side high voltage power       Pulse Skipping Mode
MOSFET. It provides a single highly efficient         Under light load condition the switching
solution with current mode control for fast loop      frequency stretches down zero to reduce the
response and easy compensation. It features a         switching loss and driving loss.
wide input voltage range, internal soft-start
control and precision current limiting. Its very low  Error Amplifier
operational quiescent current makes it suitable       The error amplifier compares the FB pin voltage
for battery powered applications.                     with the internal reference (REF) and outputs a
                                                      current proportional to the difference between the
PWM Control Mode                                      two. This output current is then used to charge
At moderate to high output current, the MP4560        the external compensation network to form the
operates in a fixed frequency, peak current           COMP voltage, which is used to control the
control mode to regulate the output voltage. A        power MOSFET current.
PWM cycle is initiated by the internal clock. The
power MOSFET is turned on and remains on              During operation, the minimum COMP voltage is
until its current reaches the value set by the        clamped to 0.9V and its maximum is clamped to
COMP voltage. When the power switch is off, it        2.0V. COMP is internally pulled down to GND in
remains off for at least 100ns before the next        shutdown mode. COMP should not be pulled up
cycle starts. If, in one PWM period, the current in   beyond 2.6V.

MP4560 Rev. 1.0                    www.MonolithicPower.com                                                               7

11/5/2012        MPS Proprietary Information. Patent Protected. Unauthorized Photocopy and Duplication Prohibited.

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                 MP4560 2A, 2MHz, 55V STEP-DOWN CONVERTER

Internal Regulator                                    Floating Driver and Bootstrap Charging
Most of the internal circuitries are powered from     The floating power MOSFET driver is powered by
the 2.6V internal regulator. This regulator takes     an external bootstrap capacitor. This floating
the VIN input and operates in the full VIN range.     driver has its own UVLO protection. This UVLO's
When VIN is greater than 3.0V, the output of the      rising threshold is 2.2V with a hysteresis of
regulator is in full regulation. When VIN is lower    150mV. The driver's UVLO is soft-start related. In
than 3.0V, the output decreases.                      case the bootstrap voltage hits its UVLO, the
                                                      soft-start circuit is reset. To prevent noise, there
Enable Control                                        is 20s delay before the reset action. When
The MP4560 has a dedicated enable control pin         bootstrap UVLO is gone, the reset is off and then
(EN). With high enough input voltage, the chip        soft-start process resumes.
can be enabled and disabled by EN which has
positive logic. Its falling threshold is a precision  The bootstrap capacitor is charged and regulated
1.2V, and its rising threshold is 1.5V (300mV         to about 5V by the dedicated internal bootstrap
higher).                                              regulator. When the voltage between the BST
                                                      and SW nodes is lower than its regulation, a
When floating, EN is pulled up to about 3.0V by       PMOS pass transistor connected from VIN to
an internal 1A current source so it is enabled.      BST is turned on. The charging current path is
To pull it down, 1A current capability is needed.    from VIN, BST and then to SW. External circuit
                                                      should provide enough voltage headroom to
When EN is pulled down below 1.2V, the chip is        facilitate the charging.
put into the lowest shutdown current mode.
When EN is higher than zero but lower than its        As long as VIN is sufficiently higher than SW, the
rising threshold, the chip is still in shutdown       bootstrap capacitor can be charged. When the
mode but the shutdown current increases slightly.     power MOSFET is ON, VIN is about equal to SW
                                                      so the bootstrap capacitor cannot be charged.
Under-Voltage Lockout (UVLO)                          When the external diode is on, the difference
Under-voltage lockout (UVLO) is implemented to        between VIN and SW is largest, thus making it
protect the chip from operating at insufficient       the best period to charge. When there is no
supply voltage. The UVLO rising threshold is          current in the inductor, SW equals the output
about 3.0V while its falling threshold is a           voltage VOUT so the difference between VIN and
consistent 2.6V.                                      VOUT can be used to charge the bootstrap
                                                      capacitor.
Internal Soft-Start
The soft-start is implemented to prevent the          At higher duty cycle operation condition, the time
converter output voltage from overshooting            period available to the bootstrap charging is less
during startup and short circuit recovery. When       so the bootstrap capacitor may not be sufficiently
the chip starts, the internal circuitry generates a   charged.
soft-start voltage (SS) ramping up from 0V to
2.6V. When it is lower than the internal reference    In case the internal circuit does not have
(REF), SS overrides REF so the error amplifier        sufficient voltage and the bootstrap capacitor is
uses SS as the reference. When SS is higher           not charged, extra external circuitry can be used
than REF, REF regains control.                        to ensure the bootstrap voltage is in the normal
                                                      operational region. Refer to External Bootstrap
Thermal Shutdown                                      Diode in Application section.
Thermal shutdown is implemented to prevent the
chip from operating at exceedingly high               The DC quiescent current of the floating driver is
temperatures. When the silicon die temperature        about 20A. Make sure the bleeding current at
is higher than its upper threshold, it shuts down     the SW node is higher than this value, such that:
the whole chip. When the temperature is lower
than its lower threshold, the chip is enabled again.  IO  +      VO     >  20A
                                                             (R1 + R2)

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Current Comparator and Current Limit                   Startup and Shutdown
The power MOSFET current is accurately sensed          If both VIN and EN are higher than their
via a current sense MOSFET. It is then fed to the      appropriate thresholds, the chip starts. The
high speed current comparator for the current          reference block starts first, generating stable
mode control purpose. The current comparator           reference voltage and currents, and then the
takes this sensed current as one of its inputs.        internal regulator is enabled. The regulator
When the power MOSFET is turned on, the                provides stable supply for the remaining
comparator is first blanked till the end of the turn-  circuitries.
on transition to avoid noise issues. The
comparator then compares the power switch              While the internal supply rail is up, an internal
current with the COMP voltage. When the                timer holds the power MOSFET OFF for about
sensed current is higher than the COMP voltage,        50s to blank the startup glitches. When the
the comparator output is low, turning off the          internal soft-start block is enabled, it first holds its
power MOSFET. The cycle-by-cycle maximum               SS output low to ensure the remaining circuitries
current of the internal power MOSFET is                are ready and then slowly ramps up.
internally limited.
                                                       Three events can shut down the chip: EN low,
Short Circuit Protection                               VIN low and thermal shutdown. In the shutdown
When the output is shorted to the ground, the          procedure, power MOSFET is turned off first to
switching frequency is folded back and the             avoid any fault triggering. The COMP voltage and
current limit is reduced to lower the short circuit    the internal supply rail are then pulled down.
current. When the voltage of FB is at zero, the
current limit is reduced to about 50% of its full      Programmable Oscillator
current limit. When FB voltage is higher than          The MP4560 oscillating frequency is set by an
0.4V, current limit reaches 100%.                      external resistor, RFREQ from the FREQ pin to
                                                       ground. The value of RFREQ can be calculated
In short circuit FB voltage is low, the SS is pulled   from:
down by FB and SS is about 100mV above FB.
In case the short circuit is removed, the output       RFREQ (k)  =  100000                                         -  5
voltage will recover at the SS pace. When FB is                      fS (kHz)
high enough, the frequency and current limit
return to normal values.                               To get fSW=500kHz, RFREQ=195k.

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APPLICATION INFORMATION                              Inductor
                                                     The inductor is required to supply constant
COMPONENT SELECTION                                  current to the output load while being driven by
                                                     the switched input voltage. A larger value
Setting the Output Voltage                           inductor will result in less ripple current that will
The output voltage is set using a resistive voltage  result in lower output ripple voltage. However, the
divider from the output voltage to FB pin. The       larger value inductor will have a larger physical
voltage divider divides the output voltage down to   size, higher series resistance, and/or lower
the feedback voltage by the ratio:                   saturation current.

                                   R2                A good rule for determining the inductance to use
                 VFB =VOUT R1+R2                   is to allow the peak-to-peak ripple current in the
                                                     inductor to be approximately 30% of the
Thus the output voltage is:                          maximum switch current limit. Also, make sure
                                                     that the peak inductor current is below the
                 VOUT  =VFB    R1+R2                maximum switch current limit. The inductance
                                  R2                 value can be calculated by:

For example, the value for R2 can be 10k. With                              L1= VOUT (1- VOUT )
this value, R1 can be determined by:

           R1=12.5 (VOUT -0.8)(K)                                         fs IL                   VIN

For example, for a 3.3V output voltage, R2 is        Where VOUT is the output voltage, VIN is the input
10k, and R1 is 31.6k.                                voltage, fS is the switching frequency, and IL is
                                                     the peak-to-peak inductor ripple current.

                                                     Choose an inductor that will not saturate under
                                                     the maximum inductor peak current. The peak
                                                     inductor current can be calculated by:

                                                                ILP      =  ILOAD  +     VOUT        1 -           VOUT  
                                                                                      2 fS   L1                   VIN

                                                     Where ILOAD is the load current.

                                                     Table 1 lists a number of suitable inductors from
                                                     various manufacturers. The choice of which style
                                                     inductor to use mainly depends on the price vs.
                                                     size requirements and any EMI requirement.

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                     Table 1--Inductor Selection Guide

        Part Number  Inductance    Max DCR          Current Rating     Dimensions
                          (H)         ()                   (A)     L x W x H (mm3)
Wurth Electronics
        7447789004   4.7           0.033                    2.9        7.3x7.3x3.2
         744066100                                                      10x10x3.8
         744771115   10            0.035                    3.6          12x12x6
         744771122                                                       12x12x6
                     15            0.025                    3.75
TDK                                                                    7.3x6.8x3.2
      RLF7030T-4R7   22            0.031                    3.37     10.1x10.1x4.5
      SLF10145T-100                                                  12.5x12.5x6.5
                     4.7           0.031                    3.4      12.5x12.5x6.5
  SLF12565T-150M4R2
  SLF12565T-220M3R5  10            0.0364                   3             7.7x7x3
Toko                                                                 10.3x10.3x4.5
                     15            0.0237                   4.2      10.3x10.3x4.5
      FDV0630-4R7M                                                   10.3x10.3x4.5
        919AS-100M   22            0.0316                   3.5
        919AS-160M
        919AS-220M   4.7           0.049                    3.3

                     10            0.0265                   4.3

                     16            0.0492                   3.3

                     22            0.0776                   3

Output Rectifier Diode                              Choose a diode whose maximum reverse voltage
The output rectifier diode supplies the current to  rating is greater than the maximum input voltage,
the inductor when the high-side switch is off. To   and whose current rating is greater than the
reduce losses due to the diode forward voltage      maximum load current. Table 2 lists example
and recovery times, use a Schottky diode.           Schottky diodes and manufacturers.

                     Table 2--Diode Selection Guide

                          Diodes   Voltage/         Manufacturer
                                   Current
                        B290-13-F   Rating            Diodes Inc.
                        B380-13-F  90V, 2A            Diodes Inc.
                      CMSH2-100M   80V, 3A          Central Semi
                     CMSH3-100MA   100V, 2A         Central Semi
                                   100V, 3A

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Input Capacitor                                                                         VOUT   =     VOUT      1  -  VOUT    RESR
The input current to the step-down converter is                                                      fS L            VIN
discontinuous, therefore a capacitor is required to
supply the AC current to the step-down converter                         The characteristics of the output capacitor also
while maintaining the DC input voltage. Use low                          affect the stability of the regulation system. The
ESR capacitors for the best performance.                                 MP4560 can be optimized for a wide range of
Ceramic capacitors are preferred, but tantalum or                        capacitance and ESR values.
low-ESR electrolytic capacitors may also suffice.
                                                                         Compensation Components
For simplification, choose the input capacitor with                      MP4560 employs current mode control for easy
RMS current rating greater than half of the                              compensation and fast transient response. The
maximum load current. The input capacitor (C1)                           system stability and transient response are
can be electrolytic, tantalum or ceramic.                                controlled through the COMP pin. COMP pin is
                                                                         the output of the internal error amplifier. A series
When using electrolytic or tantalum capacitors, a                        capacitor-resistor combination sets a pole-zero
small, high quality ceramic capacitor, i.e. 0.1F,                        combination to control the characteristics of the
should be placed as close to the IC as possible.                         control system. The DC gain of the voltage
When using ceramic capacitors, make sure that                            feedback loop is given by:
they have enough capacitance to provide
sufficient charge to prevent excessive voltage                                          A VDC  = RLOAD      GCS       A VEA    VFB
ripple at input. The input voltage ripple caused by                                                                               VOUT
capacitance can be estimated by:
                                                                         Where AVEA is the error amplifier voltage gain,
              VIN  =  ILOAD   VOUT      1 -  VOUT                      400V/V; GCS is the current sense
                      fS C1   VIN             VIN                      transconductance, 5.6A/V; RLOAD is the load
                                                                         resistor value.
Output Capacitor
The output capacitor (C2) is required to maintain                        The system has two poles of importance. One is
the DC output voltage. Ceramic, tantalum, or low                         due to the compensation capacitor (C3), the
ESR electrolytic capacitors are recommended.                             output resistor of error amplifier. The other is due
Low ESR capacitors are preferred to keep the                             to the output capacitor and the load resistor.
output voltage ripple low. The output voltage                            These poles are located at:
ripple can be estimated by:
                                                                                                     =          G EA
                      1 -            RESR                                                   f P1     2      C3   A VEA
              VOUT           VOUT                             1
VOUT       =  fS L          VIN                   +  8    fS   C2

Where L is the inductor value and RESR is the                                                  fP2   =          1
equivalent series resistance (ESR) value of the                                                         2 C 2 R LOAD
output capacitor.
                                                                         Where, GEA is the error amplifier
In the case of ceramic capacitors, the impedance                         transconductance, 120A/V.
at the switching frequency is dominated by the
capacitance. The output voltage ripple is mainly                         The system has one zero of importance, due to
caused by the capacitance. For simplification, the                       the compensation capacitor (C3) and the
output voltage ripple can be estimated by:                               compensation resistor (R3). This zero is located
                                                                         at:

           VOUT    =         VOUT             1 -  VOUT                                       f Z1  =         1            3
                            fS2 L                  VIN                                                2 C 3 R
                      8               C2

In the case of tantalum or electrolytic capacitors,
the ESR dominates the impedance at the
switching frequency. For simplification, the output
ripple can be approximated to:

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The system may have another zero of                     2. Choose the compensation capacitor (C3) to
importance, if the output capacitor has a large         achieve the desired phase margin. For
capacitance and/or a high ESR value. The zero,          applications with typical inductor values, setting
due to the ESR and capacitance of the output            the compensation zero, fZ1, below one forth of the
capacitor, is located at:                               crossover frequency provides sufficient phase
                                                        margin. Determine the C3 value by the following
                 f ESR  =          1                    equation:
                           2 C2 R ESR
                                                                                             4
                                                                                    C3 >
In this case, a third pole set by the compensation                                        2 R 3 f C
capacitor (C5) and the compensation resistor (R3)
is used to compensate the effect of the ESR zero        3. Determine if the second compensation
on the loop gain. This pole is located at:              capacitor (C5) is required. It is required if the
                                                        ESR zero of the output capacitor is located at
                   fP3     =         1    3             less than half of the switching frequency, or the
                              2 C 5 R                following relationship is valid:

The goal of compensation design is to shape the                                           1     < fS
converter transfer function to get a desired loop
gain. The system crossover frequency where the                                      2 C2 R ESR 2
feedback loop has the unity gain is important.
Lower crossover frequencies result in slower line       If this is the case, then add the second
and load transient responses, while higher              compensation capacitor (C5) to set the pole fP3 at
crossover frequencies could cause system                the location of the ESR zero. Determine the C5
unstable. A good rule of thumb is to set the            value by the equation:
crossover frequency to approximately one-tenth
of the switching frequency.                                                      C 5 = C 2 R ESR
                                                                                              R3
Table 3--Compensation Values for Typical
Output Voltage/Capacitor Combinations                   High Frequency Operation
                                                        The switching frequency of MP4560 can be
VOUT                    C2 R3 C3                   C6   programmed up to 2MHz by an external resistor.
(V)                    (F) (k) (pF)             (pF)
           L (H)        33 32.4 680              None  The minimum on time of MP4560 is about 100ns
1.8          4.7                                        (typ). Pulse skipping operation can be seen more
                                                        easily at higher switching frequency due to the
2.5 4.7 - 6.8 22 26.1 680 None                          minimum on time.

3.3 6.8 -10 22 68.1 220 None

5 15 - 22 33 47.5 330 None                              Since the internal bootstrap circuitry has higher
                                                        impedance, which may not be adequate to
12         10           22 16 470                 2     charge the bootstrap capacitor during each
                                                        (1-D)Ts charging period, an external bootstrap
To optimize the compensation components for             charging diode is strongly recommended if the
conditions not listed in Table 3, the following         switching frequency is about 2MHz (see External
procedure can be used.                                  Bootstrap Diode section for detailed
                                                        implementation information).
1. Choose the compensation resistor (R3) to set
the desired crossover frequency. Determine the          With higher switching frequencies, the inductive
R3 value by the following equation:                     reactance (XL) of capacitor comes to dominate,
                                                        so that the ESL of input/output capacitor
           R 3 = 2 C 2 fC VOUT
                        G EA G CS          VFB

Where fC is the desired crossover frequency.

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determines the input/output ripple voltage at         The bootstrap diode can be a low cost one such
higher switching frequency. As a result of that,      as IN4148 or BAT54.
high frequency ceramic capacitor is strongly
recommended as input decoupling capacitor and                                                                   5V
output filtering capacitor for such high frequency
operation.                                                                                           BST

Layout becomes more important when the device                                 MP4560
switches at higher frequency. It is essential to
place the input decoupling capacitor, catch diode                                                     SW
and the MP4560 (VIN pin, SW pin and PGND) as
close as possible, with traces that are very short           Figure 2--External Bootstrap Diode
and fairly wide. This can help to greatly reduce
the voltage spike on SW node, and lower the EMI       At no load or light load, the converter may
noise level as well.                                  operate in pulse skipping mode in order to
                                                      maintain the output voltage in regulation. Thus
Try to run the feedback trace as far from the         there is less time to refresh the BS voltage. In
inductor and noisy power traces as possible. It is    order to have enough gate voltage under such
often a good idea to run the feedback trace on        operating conditions, the difference of (VIN VOUT
the side of the PCB opposite of the inductor with     should be greater than 3V. For example, if the
a ground plane separating the two. The                VOUT is set to 3.3V, the VIN needs to be higher
compensation components should be placed              than 3.3V+3V=6.3V to maintain enough BST
closed to the MP4560. Do not place the                voltage at no load or light load. To meet this
compensation components close to or under high        requirement, EN pin can be used to program the
dv/dt SW node, or inside the high di/dt power         input UVLO voltage to VOUT+3V.
loop. If you have to do so, the proper ground
plane must be in place to isolate those. Switching
loss is expected to be increased at high switching
frequency. To help to improve the thermal
conduction, a grid of thermal vias can be created
right under the exposed pad. It is recommended
that they be small (15mil barrel diameter) so that
the hole is essentially filled up during the plating
process, thus aiding conduction to the other side.
Too large a hole can cause `solder wicking'
problems during the reflow soldering process.
The pitch (distance between the centers) of
several such thermal vias in an area is typically
40mil.

External Bootstrap Diode

An external bootstrap diode may enhance the
efficiency of the regulator. In below cases, an
external BST diode is recommended from the 5V
to BST pin:

z There is a 5V rail available in the system;

z VIN is no greater than 5V;

z VOUT is between 3.3V and 5V;

This diode is also recommended for high duty
cycle operation (when VOUT/VIN > 65%)
applications.

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TYPICAL APPLICATION CIRCUITS

                                                                                             C4
                                                                                           100nF

                            10

           VIN   8,9        BST     SW 1,2                                                                          VOUT
                       VIN                                                                                          1.8V

                                                                                                  D1

           EN    3          MP4560  FB 5
                     EN

                 7                    COMP 4
                     FREQ
                            GND
                                6                                                                 C3

                                                                                                  680pF
                                                                                                               C5

                                                                                                               NS

                 Figure 3--1.8V Output Typical Application Schematic

                                      C4
                                    100nF

                            10

           VIN   8,9        BST     SW 1,2                                                                          VOUT
                       VIN                                                                                          5V

                                                                                                  D1

           EN    3          MP4560  FB 5
                     EN

                 7                    COMP 4
                     FREQ
                            GND
                                6                                                                 C3

                                                                                                  330pF
                                                                                                               C5

                                                                                                               NS

                 Figure 4--5V Output Typical Application Schematic

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PCB LAYOUT GUIDE                                  2) Bypass ceramic capacitors are suggested
                                                       to be put close to the VIN Pin.
PCB layout is very important to achieve stable
operation. It is highly recommended to duplicate  3) Ensure all feedback connections are short
EVB layout for optimum performance.                    and direct. Place the feedback resistors
                                                       and compensation components as close to
If change is necessary, please follow these            the chip as possible.
guidelines and take Figure 5 for reference.
                                                  4) Route SW away from sensitive analog
1) Keep the path of switching current short            areas such as FB.
     and minimize the loop area formed by Input
     cap, high-side MOSFET and external           5) Connect IN, SW, and especially GND
     switching diode.                                  respectively to a large copper area to cool
                                                       the chip to improve thermal performance
                                                       and long-term reliability.

                            MP4560

                            MP4560 Typical Application Circuit

                 TOP Layer                                      Bottom Layer

                            MP4560DN Layout Guide

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                 TOP Layer                                    Bottom Layer

                                                MP4560DQ Layout Guide
                 Figure 5MP4560 Typical Application Circuit and PCB Layout Guide

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PACKAGE INFORMATION

                       3mm x 3mm QFN10 (EXPOSED PAD)

                 2.90                            0.30               1.45      PIN 1 ID
                                                                              SEE DETAIL A
                 3.10                            0.50               1.75
                                                                           1
PIN 1 ID                                   0.18
MARKING                                    0.30                                        2.25
                                                                                       2.55
                                                 10
                                                                           5
PIN 1 ID                             2.90
INDEX AREA
                                     3.10  0.50

                                           BSC

                                                 6

                 TOP VIEW                                     BOTTOM VIEW

                                                 PIN 1 ID OPTION A        PIN 1 ID OPTION B
                                                 R0.20 TYP.               R0.20 TYP.

0.20 REF                          0.80
                                  1.00

                            0.00
                            0.05

                 SIDE VIEW                                    DETAIL A

        0.70     2.90                        NOTE:
0.25             1.70
                                                 1) ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.
0.50                                             2) EXPOSED PADDLE SIZE DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH.
                                                 3) LEAD COPLANARITY SHALL BE 0.10 MILLIMETER MAX.
                                                 4) DRAWING CONFORMS TO JEDEC MO-229, VARIATION VEED-5.
                                                 5) DRAWING IS NOT TO SCALE.

                                     2.50

           RECOMMENDED LAND PATTERN

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                                                 SOIC8 (EXPOSED PAD)

                    0.189(4.80)                                                           0.124(3.15)
                    0.197(5.00)                                                           0.136(3.45)

                 8               5

PIN 1 ID                            0.150(3.80) 0.228(5.80)                                                    0.089(2.26)
                                    0.157(4.00) 0.244(6.20)                                                    0.101(2.56)

                 1               4

                    TOP VIEW                                                              BOTTOM VIEW

                                                      0.051(1.30)     SEE DETAIL "A"                                0.0075(0.19)
                                                      0.067(1.70)                                                   0.0098(0.25)
                                                       SEATING PLANE                SIDE VIEW
0.013(0.33)                                     0.000(0.00)
0.020(0.51)                                     0.006(0.15)

                                 0.050(1.27)
                                 BSC

                 FRONT VIEW                                                               0.010(0.25) x 45o
                                                                                          0.020(0.50)

                                                                      GAUGE PLANE
                                                                      0.010(0.25) BSC

0.024(0.61)                         0.050(1.27)
0.063(1.60)
                                                                      0o-8o                       0.016(0.41)
                                                                                                  0.050(1.27)

                                                                                          DETAIL "A"

                                                    0.103(2.62)  0.213(5.40)

                       0.138(3.51)                                              NOTE:

RECOMMENDED LAND PATTERN                                                              1) CONTROL DIMENSION IS IN INCHES. DIMENSION IN
                                                                                         BRACKET IS IN MILLIMETERS.

                                                                                      2) PACKAGE LENGTH DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH,
                                                                                         PROTRUSIONS OR GATE BURRS.

                                                                                      3) PACKAGE WIDTH DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH
                                                                                         OR PROTRUSIONS.

                                                                                      4) LEAD COPLANARITY (BOTTOM OF LEADS AFTER FORMING)
                                                                                         SHALL BE 0.004" INCHES MAX.

                                                                                      5) DRAWING CONFORMS TO JEDEC MS-012, VARIATION BA.
                                                                                      6) DRAWING IS NOT TO SCALE.

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