AN938 Datasheet, PDF (4/33 Pages) STMicroelectronics – The L4973 family is a 3.5 A monolithic DC-DC converter

List of figures
List of figures
AN938
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.
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Figure 20.
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Figure 22.
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Figure 30.
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Figure 40.
Figure 41.
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Figure 43.
L4973 demonstration board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Pin out - power DIP18 and SO20 packages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Device block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Turn-on sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Oscillator internal circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Device switching frequency vs. R_osc and C_osc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Voltage feed-forward function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Maximum duty cycle vs. R_osc and C_osc as parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Vo-Io output characteristics - hiccup protection limits output power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Vo-Io output characteristics - effective pulse-by-pulse protection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Schematic of internal current limiting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Output current and soft-start voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Maximum soft-start capacitance with f_SW = 100 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Maximum soft-start capacitance with f_SW = 200 kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Soft-start internal circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Soft-start time vs. Vo and Css . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Output rising voltage with Css 680 nF, 470 nF, 330 nF, 220 nF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Turn-on and turn-off (pin 2, 3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Power stage internal circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Sync and oscillator waveforms as slave and as master . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Re-start output voltage when inhibit goes low (Css = 56 nF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Input capacitance RMS current vs. duty cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Example of output regulated voltage lower than 3.3 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Output voltage vs. R5 using R3 as parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Ideal inductor value requested for 30% ripple current, as a function of max. input voltage
and output (f_SW=150 kHz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Ideal inductor value requested for 30% ripple current, as a function of max. input voltage
and output (f_SW=200 kHz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Ideal ripple voltage as a function of input and output voltage (f_SW=150 kHz). . . . . . . . . . . 20
Output drop (%) vs minimum input voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Block diagram compensation loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
LC output filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Error amplifier equivalent circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Gain bode plot, open loop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Phase bode plot, open loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Demonstration board (component side) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Demonstration board (solder side) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Typical adjustable 0-24 V power supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Output voltage vs. R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Design example for 70 V input supply. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Up/down converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Constant current generator up to 3.5 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Negative output voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Negative boost converter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
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Doc ID 5410 Rev 10