Microsoft Word - CHL8515 Datasheet.docx

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

FEATURES 

  

  Ideal for Server Memory applications using +5V  
  Separate HVCC and LVCC capable of drive voltages 

from 4.0 to 13.2V for optimal system efficiency 

  Adjustable thermal warning flag for phase‐by‐

phase thermal protection 

  Large drivers designed to drive 3nF in < 10ns with 

any voltage from 5V to 12V (typ) supplied to the 
HVCC and LVCC pins 
  Low‐side driver – 2A source/4A sink  

  High‐side driver – 2A source/2A sink  

  Transitions times & Propagation delays < 10ns 

  Integrated bootstrap diode  
  Capable of high switching frequencies from 200kHz 

up to greater than 1MHz 

  Compatible with IR’s patented Active Tri‐Level 

(ATL) PWM for fastest response to transient 
overshoot 

  Non‐overlap and under voltage protection 
  Thermally enhanced 10‐pin DFN package 
  Lead free RoHS compliant package 
  Low Quiescent power to optimize efficiency 

 

APPLICATIONS 

 

  Multiphase synchronous buck converter for Server 

CPUs and DDR Memory VR solutions 

  High efficiency and compact VRM 
  Optimized for Sleep state S3 systems using +5VSB 
  Notebook Computer and Graphics VR solutions 

 

BASIC APPLICATION 

 

Figure 1: CHL8515 Basic Application Circuit 

DESCRIPTION 

  

The CHL8515 MOSFET driver is a high‐efficiency gate driver 
which can switch both high‐side and low‐side N‐channel 
external MOSFETs in a synchronous buck converter. It is 
intended for use with IR Digital PWM controllers to provide 
a total voltage regulator (VR) solution for today’s advanced 
computing applications.  

The CHL8515 driver is capable of rapidly switching large 
MOSFETs with low R

dson

 and large input capacitance used 

in high‐efficiency designs. It is uniquely designed to 
operate from a 5V source, minimizing load current.  
It also has separate HVCC and LVCC drive inputs, capable  
of 4.0V to 13.2V operation. Used in conjunction with IR’s 
Variable Gate Drive controller feature, or a 5V standby 
source in sleep mode, maximum power stage efficiency 
can be attained.  

The CHL8515 has a unique circuit which maintains drive 
strength to the external MOSFETs regardless of the drive 
voltage, insuring fast switching even at 5V as the drive 
voltage. The integrated boot diode reduces external 
component count. The CHL8515 also features an adaptive 
non‐overlap control for shoot‐through protection. 

The CHL8515 is configured to drive both the high and  
low‐side switches from the patented IR fast Active Tri‐Level 
(ATL) PWM signal, which will optimize the turn off time of 
individual phases, optimizing transient performance.  

Phase‐by‐phase thermal protection can be set from 61C  
to 150C with a simple resistor setting, and a thermal flag 
can be used to implement a thermal warning or thermal 
shutdown of the system by connecting OT# pins together 
and to the system enable in multiphase applications. 

PIN DIAGRAM 

 

Figure 2: CHL8515 Package Top View 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

ORDERING INFORMATION 

 
 

        CHL8515

 

    

       
 

 

 

 

 
 
 
 

Package 

Tape & Reel Qty 

Part Number 

DFN 

3000 

CHL8515CRT 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3: CHL8515 Pin Diagram Enlarged

T – Tape and Reel  
 
R – Package Type (DFN) 
 
C
 – Operating Temperature 

(Commercial Standard) 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM 
 

 

Figure 4: CHL8515 Simplified Functional Block Diagram

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

TYPICAL APPLICATION DIAGRAM 
 

 

 

Figure 5: 4+1 CPU VR solution using CHL8515 MOSFET Drivers & CHL8112A Controller and CHL8510 Driver as VGD

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

PIN DESCRIPTIONS 

 

PIN# 

PIN NAME 

PIN DESCRIPTION 

PWM 

The PWM signal is the control input for the driver from a 1.8V IR ATL‐based PWM signal. Connect this pin 
 to the PWM output of the controller. 

VCC 

Connect this pin to a +5V bias supply. Place a high quality low ESR ceramic capacitor from this pin to GND. 

LVCC 

Connect this pin to a separate supply voltage between 4.0V and 13.2V to vary the drive voltage on the  
low‐side MOSFETs. Place a high quality low ESR ceramic capacitor from this pin to GND. 

HVCC 

Connect this pin to a separate supply between 4.0V and 13.2V to provide a lower gate drive voltage on the  
high‐side MOSFETS. This is the anode of the internal bootstrap diode. Place a high quality low ESR ceramic 
capacitor from this pin to GND. 

BOOT 

Floating bootstrap supply pin for the upper gate drive. Connect the bootstrap capacitor between this pin and  
the SWITCH pin. The bootstrap capacitor provides the charge to turn on the upper MOSFET. See the Internal 
Bootstrap Device section under DESCRIPTION for guidance in choosing the capacitor value. 

HI_GATE 

Upper gate drive output. Connect to gate of high‐side power N‐Channel MOSFET. 

SWITCH 

Connect this pin to the SOURCE of the upper MOSFET and the DRAIN of the lower MOSFET.  
This pin provides a return path for the upper gate drive 

LO_GATE 

Lower gate drive output. Connect to gate of the low‐side power N‐Channel MOSFET. 

OT# 

Open drain active low signal indicating that the temperature of the Driver (very close to Phase temperature)  
has exceeded the value set by the OTSET pin. Connect to system controller or to system Enable to create a 
thermal shutdown. 

10 

OTSET 

Use a 1% resistor to ground to set the Over Temperature set point from 61C to 150C.   
Leave open to use default setting of 150C. 

PAD (11) 

GND 

Bias and reference ground. All signals are referenced to this node. It is also the power ground return  
of the driver. 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 

 

VCC 

‐0.3V  to  +7.0V 

LVCC, HVCC 

‐0.3V  to  +15.0V 

PWM, OTSET, OT# 

‐0.3V  to  +7.0V 

BOOT‐GND, BOOT‐SWITCH 

‐0.3V  to  +35.0V, ‐0.3V  to  +HVCC 

LO_GATE 

‐0.3V  to  LVCC + 0.3V, <200ns: ‐5V  to  LVCC + 0.3V 

HI_GATE 

SWITCH – 0.3V  to  VBOOT + 0.3V, <20ns: SWITCH –5V  to  VBOOT + 0.3V 

SWITCH 

‐0.3V  to  +35.0V, <200ns, ‐8V 

ESD 

HBM 250V JEDEC Standard 

Thermal Information 

 

Thermal Resistance (θ

JC

3°C/W 

Thermal Resistance (θ

JA

)

1

 

45°C/W 

Maximum Operating Junction Temperature 

150°C 

Maximum Storage Temperature Range 

‐65°C  to  150°C 

Maximum Lead Temperature (Soldering 10s)  

300°C 

Note: 1. θ

JA

 is measured with the component mounted on a high effective thermal conductivity test board in free air. 

Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings 
only and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the 
specifications are not implied. 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

ELECTRICAL  SPECIFICATIONS 

 

RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS FOR RELIABLE OPERATION WITH MARGIN 

Recommended Operating Ambient Temperature Range 

‐40°C  to  85°C 

Recommended Maximum Operating Junction Temperature  

125°C 

Supply Voltage Range 

+5V  ±  10% 

HVCC, LVCC 

+4.0V  to  +13.2V 

 

The electrical characteristics table lists the spread of values guaranteed within the recommended operating conditions. 
Typical values represent the median values, which are related to 25°C, unless otherwise specified. VCC = 5.0V, HVCC = 7.0V, 
LVCC = 5.0V. 

ELECTRICAL CHARACTERISTICS 

PARAMETER 

SYMBOL 

CONDITIONS 

MIN 

TYP 

MAX 

UNIT 

Supply 

  

 

Idle Supply Bias Current 

I

VCC + 

I

VDRV

 

PWM input tri‐stated 

‐ 

2.3 

‐  

mA 

Active Supply Bias Current 

I

VCC

 

VCC = 5V 

2.7 

3.1 

3.5 

mA 

VCC Rising Threshold for POR 

  

 

3.5 

3.7 

3.9 

VCC Falling Threshold for POR 

 

 

3.2 

3.4 

3.6 

 OTSET, OT# 

Temperature Setpoint Open 

OT 

Rset = Open 

‐ 

150 

‐ 

°C 

Temperature Setpoint Resistor 

OT 

Rset = 100kΩ 

‐ 

125 

‐ 

°C 

Temperature Hysteresis 

OT_HYST 

 

‐ 

‐20 

‐ 

°C 

Temperature Flag Sink Current 

OT# Sink 

 

‐ 

1.5 

‐ 

mA 

Temperature Flag Sink Voltage 

OT# 

 

‐ 

0.8 

‐ 

PWM Input IR ATL Mode 

  

  

PWM Input High Threshold 

V

IH(C_PWM)

 

  

‐ 

1.0 

‐ 

PWM Input Low Threshold 

V

IL(C_PWM)

 

  

‐ 

0.8 

‐ 

PWM Input Tri‐level High Threshold 

V

TL(C_PWM)

 

  

‐ 

2.5 

‐‐ 

PWM Input Tri‐level Low Threshold 

V

TH(C_PWM)

 

  

‐ 

2.3 

‐ 

PWM Input Current Low 

I

C_PWM

 

V

PWM

 = 0V 

‐ 

1.0 

‐ 

mA 

PWM Input Current High 

  

V

PWM

 = 1.8V 

‐ 

1.0 

‐ 

mA 

High‐Side Gate Driver 

Transition Time – Rise 

t

R(HS)

 

3nF Load, 10% – 90% 

‐ 

10 

‐ 

ns 

Transition Time – Fall 

t

F(HS)

 

3nF Load, 10% – 90% 

‐ 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Turn‐on 

t

PDH(HS)

 

3nF Load, Adaptive 

‐ 

19 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Turn‐off 

t

PDL(HS)

 

3nF Load 

‐ 

20 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Exit Tri‐state 

t

PDTS(HS_en)

 

3nF Load 

‐ 

35 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Enter Tri‐state 

t

PDTS(HS_dis)

 

3nF Load 

‐ 

20 

‐ 

ns 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

PARAMETER 

SYMBOL 

CONDITIONS 

MIN 

TYP 

MAX 

UNIT 

Source Current 

I

HS_SOURCE

 

3nF Load 

‐ 

‐ 

Output Impedance Sourcing 

R

HS_SOURCE

 

Sink Current at 100mA 

‐ 

1.4

 

‐ 

Ω 

Sink Current 

I

HS_SINK

 

3nF Load 

‐ 

‐ 

Output Impedance – Sinking 

R

HS_SINK

 

Sink Current at 100mA 

‐ 

0.7 

‐ 

Ω 

Low‐Side Gate Driver 

Transition Time – Rise 

t

F(LS)

 

3nF Load, 10% – 90% 

‐ 

10 

‐ 

ns 

Transition Time – Fall 

t

R(LS)

 

3nF Load, 10% – 90% 

‐ 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Turn‐on 

t

PDH(LS)

 

3nF Load, Adaptive 

‐ 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Turn‐off 

t

PDL(LS)

 

3nF Load 

‐ 

25 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Exit Tri‐state 

t

PDTS(LS_en)

 

3nF Load 

‐ 

36 

‐ 

ns 

Propagation Delay – Enter Tri‐state 

t

PDTS(LS_dis)

 

3nF Load 

‐ 

22 

‐ 

ns 

Source Current 

I

LS_SOURCE

 

3nF Load 

‐ 

‐ 

Output Impedance Sourcing 

R

LS_SOURCE

 

Sink Current at 100mA 

‐ 

1.5 

‐ 

Ω 

Sink Current 

I

LS_SINK

 

3nF Load 

‐ 

‐ 

Output Impedance – Sinking 

R

LS_SINK

 

Sink Current at 100mA 

‐ 

0.4 

‐ 

Ω 

Note: 

1

 Guaranteed by design 

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

TIMING DIAGRAM 

 

 

 

Figure 6: IR Active Tri‐Level (ATL) mode PWM, HI_GATE and LO_GATE signals

Normal PWM operation

 

Active Tri-level (ATL) PWM operation

 HI_GATE 

 LO_GATE 

PWM

R(HS)

 

PDTS(HS_en)

t

PDL(HS)

t

       

t

F(HS)

t

F(

 

LS)

t

R(LS)

t

PDL(LS)

t

PDH(LS)

 

t

PDTS(LS_dis)

t

t

PDL(HS)

 

t

PDTS(HS_dis)

 

t

PDTS(LS_en)

/var/www/html/datasheet/sites/default/files/pdfhtml_dummy/chl8515-html.html
background image

 

 

High‐Efficiency Variable Gate MOSFET Driver 

CHL8515 

December 6, 2011  |  FINAL |  V1.05

10 

GENERAL DESCRIPTION 

 

The CHL8515 is a high efficiency, fast MOSFET driver with 
large source and sink current capability. It can reliably 
drive the external high‐ and low‐side N‐channel MOSFETs 
with large input capacitance at switching frequencies up to 
1MHz. The patented IR Active Tri‐Level (ATL) feature allows 
complete control over enable and disable of both MOSFETs 
using the PWM input signal from the controller. The timing 
and voltage levels of ATL are shown in Figure 6. 

During normal operation the PWM transitions between 
low and high voltage levels to drive the low‐ and high‐side 
MOSFETs. The PWM signal falling edge transition to a low 
voltage threshold initiates the high‐side driver turn off 
after a short propagation delay, t

PDL(HS)

. The dead time 

control circuit monitors the HI_GATE and switch voltages 
to ensure the high‐side MOSFET is turned off before the 
LO_GATE voltage is allowed to rise to turn on the low‐side 
MOSFET.  

The PWM rising edge transition through the high‐side turn 
on threshold, initiates the turn off of the low‐side MOSFET 
after a small propagation delay, t

PDL(LS)

. The adaptive  

dead time circuit provides the appropriate dead time by 
determining if the falling LO_GATE voltage threshold has 
been crossed before allowing the HI_GATE voltage to rise 
and turn on the high‐side MOSFET, t

PDH(HS)

Maker
Infineon Technologies
Datasheet PDF Download