ポータブル電源設計ガイド - microchip...
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アナログ/インターフェイスソリューション
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ポータブル電源設計ガイド
ポータブル電源設計ガイド2
設計ガイド 概要と目次
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
ポータブル機器向け電源設計には、特有の難しさがあります。まず、革新的で小型の電子機器を開発するには基板面積を抑えたソリューションが必要です。ポータブル機器で長いバッテリ動作時間を実現するには、電力変換効率を高める事とスタンバイ時の消費電力を抑える事が求められます。さらに、バッテリ放電中に一定の電力レベルを維持するために、多セル バッテリパックでは降圧型変換、単セルバッテリでは昇圧型変換が必要です。製品によってはマイクロコントローラ、センサ、RF 信号処理に定電圧調整が必要であり、回路によってはバックライトまたはバッテリ充電に定電流調整が必要です。こうしたポータブル機器向け電源設計の課題を解決するため、Microchip 社は小型パッケージ、高効率、低スタンバイ電力、高精度、多用途なソリューションを幅広く提供しています。
目次降圧型スイッチング モード コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2リニア (LDO) レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9昇圧型スイッチング モード コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12バックライト ソリューション : スイッチング レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17バックライト ソリューション : チャージポンプ DC/DC コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19リニアバッテリ充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20プログラマブル バッテリ充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22アプリケーション ノートとデモボード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
降圧型スイッチング モード コンバータ入力電圧レンジが広く出力電流が大きいアプリケーションでは、リニア レギュレータよりもスイッチング モード コンバータの方がはるかに高い効率が得られます。このため、スイッチング モード コンバータを使う事でポータブル機器のバッテリ動作時間を延長できます。入力電圧より出力電圧が常に低い場合は、降圧型コンバータを使って出力電圧を安定化します。インダクタとコンデンサを使って電力を蓄える事で、降圧型コンバータは一般に 90% を超える効率を実現しており、条件によっては効率が 95% を超える事もあります。
Microchip 社は幅広い種類の降圧型コンバータと PWM コントローラを提供しています。これらの多くは、多セルの NiMH、Ni-Cd、リチウムイオン、アルカリバッテリ、または 12/24 V SLA バッテリからの電力を変換するために設計されています。コンバータは電源電流を整流するパワー MOSFET スイッチを内蔵していますが、コントローラは外付けのパワー MOSFET とダイオードとを使ってコンバータ電流をスイッチングします。同期整流コンバータは電流の制御に 2 つの MOSFET を使いますが、非同期整流コンバータは 1 つの MOSFET と 1 つのフリーホイール ダイオードを使います。同期整流コンバータは特に 3 .3 V 未満の低出力電圧で効率が高いのに対し、非同期整流コンバータは高出力電圧に適しています。
ポータブル電源設計ガイド 3
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
MCP16301 と MCP16301H: 30/36V 入力電圧非同期整流降圧型レギュレータMCP16301 と MCP16301H は高集積、高効率、周波数固定の降圧型レギュレータで、6 ピン SOT-23 パッケージで提供しています。これらのレギュレータはそれぞれ最大 30 V と 36 V の入力電圧源で動作し、ハイサイド スイッチ、固定周波数のピーク電流モード制御、内部補償、ピーク電流制限、過熱防止回路等の機能を内蔵しています。このデバイスを使うと、外付け部品を最小限に抑えて DC/DC 変換回路を構築できます。
MCP16301 非同期整流降圧型レギュレータの応用回路例
12 V および 24 V の産業用 /SLA バッテリ入力 DC/DC 変換
最高 96% (typ .) の効率 広い入力電圧レンジ :
• 4 .0 ~ 30 V (MCP16301) • 4 .7 ~ 36 V (MCP16301H)
出力電圧レンジ : 2 .0 ~ 15 V 出力電圧精度 : 2% 以内
460 mΩ N チャンネル FET 内蔵 600 mA 出力電流 500 kHz 固定周波数 可変出力電圧 低シャットダウン電流 ピーク電流モード制御 補償回路内蔵 セラミック コンデンサでも安定
内部ソフトスタート サイクルごとのピーク電流制限 低電圧ロックアウト (UVLO): 3 .5 V − 40 ~ +125 と広い動作温度レンジ 過熱防止回路 D2PAK パッケージ リニア レギュレータ
の置き換え 6 ピン SOT-23 パッケージで提供
BOOST
GND
VIN SW
VFBEN
40VSchottkyDiode
15 μH
31.2 kΩCOUT2 × 10 μF
10 kΩ
1N4148
CBOOST100 nF L1 VOUT
3.3V @ 600 mA
CIN10 µF
VIN4.5V to 30V
MCP16301 の代表電力変換効率 (5.0 V 固定出力)
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600
Eff
icie
nc
y (%
)
IOUT (mA)
VIN = 30V
VIN = 12V
VIN = 6V
VOUT = 5.0V
MCP16301 の低負荷時の動作
IL
ポータブル電源設計ガイド4
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
MCP16311 と MCP16312: 30 V 入力、高効率、高集積、同期整流降圧型レギュレータMCP16311は高効率、周波数固定 PWM/PFM のコンパクトな同期整流降圧型レギュレータです。8ピンMSOPまたは2 × 3 TDFNパッケージで提供し、最高 30 V の入力電圧に対応します。ハイサイドおよびローサイド スイッチ、固定周波数のピーク電流モード制御、内部補償回路、ピーク電流制限、過熱保護等の機能を内蔵しています。MCP16311 は高速の遷移応答と正確なレギュレーション性能を備え、ローカル DC/DC 変換のためのあらゆるアクティブ機能を提供します。
MCP16311 同期整流降圧型レギュレータの応用回路例
最高 95% の効率 4 .4 ~ 30 V の広い入力電圧レンジ 2 .0 ~ 24 V の広い出力電圧レンジ 高性能 N チャンネルローサイドおよび ハイサイド スイッチ内蔵 : 170 mΩ ローサイド MOSFET、300 mΩハイサイド MOSFET
0 .8 V の安定した参照電圧
PFM/PWM モード自動切り換え(MCP16311) または 500 kHz PWMモードのみ (MCP16312)
低シャットダウン電流 : 3 µA (typ .) 低静止電流 : 44 µA (PFM モードで非スイッチング時)
補償回路内蔵 内 部ソフトスタート : ターンオン時 間
300 µs
ピーク電流モード制御 サイクルごとのピーク電流制限 低電圧ロックアウト (UVLO):
3 .6 V (typ .)、0 .5 V のヒステリシス サーマル シャットダウン : 150 °C、
25 °C のヒステリシス
BOOST
GND
VIN
VCC
SW
VFBEN
15 μH
31.2 kΩCOUT2 × 10 μF
10 kΩ
CBOOST100 nF L1 VOUT
3.3V @ 1A
CIN2 ×10 µF
CvCC1 µF
VIN4.5V to 30V
MCP16311 の出力電流
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 5 10 15 20 25 30
I OU
T(m
A)
VIN (V)
VOUT = 3.3VVOUT = 5V
VOUT = 12V
MCP16311 の代表効率 (PFM 動作あり / なし )
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
1 10 100 1000
Effic
ienc
y (%
)
IOUT (mA)
V
PWM ONLY PWM/PFM
VIN = 12V
OUT = 5VV
OUT = 3.3VV
ポータブル電源設計ガイド 5
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
MCP16311 12 V 昇降圧型レギュレータへの応用例電源によっては昇圧と降圧の両方が必要です。特にバッテリ駆動アプリケーションでは、使用するバッテリの種類やバッテリ残量によってバッテリ電圧が目的の出力電圧より高い場合と低い場合の両方が存在するため、この機能が必要です。この場合、MCP16311 の回路にいくつかの部品を追加するだけで昇降圧動作に対応できます。この応用回路は、6 ~ 18 V の入力電圧を必要に応じて降圧または昇圧して出力電圧を維持し、最大 300 mA の出力電流を供給します。
MCP16311 昇降圧型応用回路
BOOST
AGND PGND
VCC
VIN
SW
EN
FB
56 μH
L1
30V n-Channel MOSFET
Q1
40V Schottky Diode
D1
C1
10 µF
RT10 kΩ
RB140 kΩ
C4
10 µFC3
10 µFC2
10 µF
CVCC1 µF
GND1
VOUTVIN = 4.5V to 18V
GND
REN 1 MΩ
S
DG
R6
4.7Ω
ポータブル電源設計ガイド6
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
MCP16323: 3 A 同期整流降圧型レギュレータMCP16323 は、6 ~ 18 V の入力電圧を 0 .9 ~ 5 V、最大 3 A を出力する同期整流降圧型レギュレータです。1 MHz 固定のスイッチング周波数で動作するためインダクタとコンデンサのサイズを抑える事ができ、基板面積を最小化できます。ハイサイド スイッチとローサイド スイッチの両方を内蔵しており、コンパクトで高効率なレギュレータ回路を設計できます。本デバイスは3 × 3 mm QFNパッケージに露出パッドを備え、接合部 - ケース間熱抵抗を抑えています。このデバイスは可変出力電圧品と固定出力電圧品をラインアップしており、カスタム出力電圧を生成する用途にも、最小限の外付け抵抗分圧器で固定出力電圧を得る用途にも柔軟に対応します。内部ピーク電流モード制御アーキテクチャにより高速な過渡応答を実現しており、負荷条件の変化に伴う出力電圧の変化を最小限に抑えます。小型化が必要な回路では、入出力に小型のセラミック コンデンサを使います。
最高 95% (typ .) の効率 6 .0 ~ 18 V の広い入力電圧レンジ 3 A 出力電流 固定出力電圧品 : 0 .9 V、1 .5 V、1 .8 V、
2 .5 V、3 .3 V、5 .0V(出力電圧誤差 2%以内)
可変出力電圧品の電圧レンジ : 0 .9 ~ 5 .0 V (参照電圧誤差 1 .5% 以内)
180 mΩ Nチャンネル ハイサイド スイッチ内蔵
120 mΩ Nチャンネル ローサイド スイッチ内蔵
1 MHz の固定周波数で動作し、低負荷時はパルススキップにより高効率を維持
低シャットダウン電流 ピーク電流モード制御 補償回路内蔵 セラミック コンデンサでも安定 内部ソフトスタート サイクルごとのピーク電流制限
低電圧ロックアウト (UVLO): 5 .75 V 過熱防止回路 レギュレータ出力電圧が目標値の 103%を超えると、SW 出力が 3 ステートになりデバイスの損傷を防止する過電圧保護
パワーグッド出力ピンにより Voutの電圧ステータスを監視
露出サーマルパッド付き 16 ピン 3 × 3 mm QFN パッケージで提供
MCP16323 の代表応用回路
BOOST
SGND PGND
VIN SW
VFB
VOUT
EN
PG
4.7 μH
COUT2 × 22 μF
10 kΩ
CBOOST22 nF L1 VOUT
3.3V @ 3A
CIN2 ×10 µF
VIN6.0V to 18V
MCP16323 の代表効率 (5 V 固定出力)
50556065707580859095
100
0.0 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0
Eff
icie
nc
y (%
)
IOUT (A)
VIN = 6V
VIN = 18V VIN = 12V
VOUT = 5V
ポータブル電源設計ガイド 7
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
MCP1603/L と MCP1603B: 同期整流降圧型レギュレータMCP1603 は高効率、高集積の 500 mA 同期整流降圧型レギュレータ ファミリです。2 .7 ~ 5 .5 V の入力電圧レンジは単セル リチウムイオン、2 または 3 セル NiMH、2 または 3 セル NiCd 等を電源とするバッテリ駆動アプリケーションに理想的です。MCP1603/L は、高負荷時には 2 .0 MHz の固定周波数 PWM モードで動作し、出力電圧のリップルノイズを抑えます。低負荷時には自動的に PFM モードに切り換わって静止電流を抑え、バッテリ動作時間を延長します。これら 2 つのモードにより、MCP1603/L は全負荷電流レンジにおいて最大限の効率を達成します。一方、MCP1603B は PWM モードのスイッチングのみのため広い出力負荷レンジで出力電圧リップルを低く抑えており、オーディオや RF 等ノイズに敏感なアプリケーションに適しています。固定出力電圧品を使う場合は 3 つの外付け部品を追加するだけでコンバータ ソリューションを構築できます。可変出力電圧品を使う場合は抵抗分圧回路を追加して各種出力電圧を柔軟に生成できます。薄型で小型のパッケージのため、非常に小さなシステム ソリューションを実現できます。MCP1603L は、5 ピン TSOT パッケージの MCP1603 とは異なるピン配置の製品です。
90% 超 (typ .) の効率 最大出力電流 : 500 mA 低 PFM 静止電流 : 45 µA (typ .) 低シャットダウン電流 : 0 .1 µA (typ .) 可変出力電圧レンジ : 0 .8 ~ 4 .5 V 固定出力電圧品 : 1 .2 V、1 .5 V、1 .8 V、2 .5 V、3 .3 V 2 .0 MHz 動作
PWM/PFM モ ードの自動 切り換え (MCP1603/L)、またはPWM モードのみ (MCP1603B)
100% デューティ サイクル動作 内部補償 低電圧ロックアウト (UVLO): 2 .3 V 過熱防止回路 小型 5 ピン TSOT および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージ
MCP1603 の代表応用回路
GND
VIN LX
SHDN
VOUT
4.7 μH
4.7 μF
VOUT1.5V @ 500 mA
VIN2.0V to 5.5V
4.7 μH
MCP1603 の代表効率
40
50
60
70
80
90
100
Eff
icie
nc
y (%
)
VIN = 4.2V
VIN = 3.6V
0
10
20
30
0.1 1 10 100 1000
E
Output Current (mA)
VOUT = 3.3V
PFM/PWMPWM Only
ポータブル電源設計ガイド8
DC/DC 変換 降圧型スイッチング モード コンバータ
デバイス 出力 入力電圧 レンジ(V)
出力電圧 レンジ(V) 制御方式 特長 パッケージ
MCP1603/B/L固定または
可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5
PFM/PWM または
PWM のみ
2 MHz 動作、UVLO、PFM/PWM モード (MCP1603/L)またはPWMモードのみ(MCP1603B)、過熱防止回路、低静止電流、低シャットダウン電流
5 ピン TSOT、 8 ピン 2 × 3 DFN
TC1303A/B/C固定または
可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM
UVLO、過熱防止回路、出力短絡保護、パワーグッド出力、独立シャットダウン、同期整流降圧型レギュレータと LDOレギュレータのコンボデバイス
10 ピン DFN、 10 ピン MSOP
TC1304固定または
可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM
UVLO、過熱防止回路、出力短絡保護、パワーグッド出力、同期整流降圧型レギュレータと LDO レギュレータのコンボデバイス、起動とシャットダウンのシーケンシング
10 ピン DFN、 10 ピン MSOP
TC1313固定または
可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM
UVLO、出力短絡保護、過熱防止回路、降圧型レギュレータ出力と LDO レギュレータ出力で独立したシャットダウン
10 ピン DFN、 10 ピン MSOP
MCP16301 可変 4–30 2–15 PWM非同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様
6 ピン SOT-23
MCP16301H 可変 4 .7–36 2–15 PWM非同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様
6 ピン SOT-23
MCP16311/2 可変 4 .4–30 2–24PFM/PWM
または PWM のみ
同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様
8 ピン MSOP、 8 ピン 2 × 3 TDFN
MCP16321/2固定または
可変6–24 0 .9–5 PWM
1 Aまたは2 A、同期整流、内部補償、UVLO、1 MHz動作、パワーグッド出力、過熱防止回路、拡張温度仕様
16 ピン 3 x 3 QFN
MCP16323固定または
可変6–18 0 .9–5 PWM
3 A、同期整流、内部補償、UVLO、1 MHz 動作、パワーグッド出力、過熱防止回路、拡張温度仕様
16 ピン 3 x 3 QFN
ポータブル電源設計ガイド 9
DC/DC 変換 リニア レギュレータ
リニア レギュレータリニア レギュレータは、変動する入力電圧源から高精度な安定化電圧を生成してシステム負荷へ供給します。スイッチング レギュレータに比べ、リニア レギュレータは全般的に小型かつシンプルで、電気的ノイズも少ないという利点があります。通常、降圧型レギュレータより効率は劣りますが、電圧の変化量が小さい場合、または電流量が小さい場合は絶対的な電力損失はそれほど大きくありません。
LDO の選択には、トレードオフがあります。重要なデバイス機能として、調整公差、ドロップアウト電圧、電源電圧変動除去比 (PSRR)、動特性、静止電流、電力損失、各種保護機能があります。Microchip 社の LDO 製品は広い入力電圧レンジに対応しており、製品によっては 40 Vの過渡耐圧を備えたものもあります。入力静止電流を 20 nA に抑えた超低消費電力、シャットダウン入力による低消費電力スタンバイ中の負荷回路無効化、最大 90 dB の PSRR による入力ノイズフィルタ処理、過電流保護、短絡保護、高温動作、過熱防止回路の内蔵による安定動作等、Microchip 社は多くの特長を備えたデバイスを提供しています。
MCP1703A: 低静止電流 16 V LDO リニア レギュレータMCP1703A は最大出力電流 250 mA の CMOS LDO(低ドロップアウト電圧) レギュレータです。最大 16 V まで対応し、静止電流をわずか2 µA に抑えた本製品は、9 V アルカリ、リチウムイオン、多セル電源を使うアプリケーションに理想的なソリューションです。小型の SOT-23Aおよび SOT-89 パッケージ、または放熱性を高めた 3 ピン SOT-223 および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージで提供しています。
MCP1703A の代表応用回路
2 .7 ~ 16 V の広い入力動作電圧レンジ 最大 250 mA の負荷電流をサポート 低静止電流 : 2 .0 µA (typ .) ドロップアウト時のグランド電流を低減 短い起動時間 低ドロップアウト電圧 :
625 mV (typ .) @ 250 mA (VR = 2 .8 V の場合)
出力電圧公差 : 0 .4% (typ .) 多くの標準出力電圧にオプションで対応 : 1 .2 V、1 .5 V、1 .8 V、
2 .5 V、2 .8 V、3 .0 V、3 .3 V、4 .0 V、5 .0 V 1 .0 ~ 22 µF セラミック出力コンデンサで安定動作 短絡保護 過熱防止回路
GND
VIN VOUTIOUT50 mA
VOUT3.3V
9VBattery
CIN1 μF
Ceramic
VIN
COUT1 μFCeramic
ポータブル電源設計ガイド10
DC/DC 変換 リニア レギュレータ
MCP1710: 超低静止電流 LDO リニア レギュレータMCP1710 は、小型の 2 × 2 DFN パッケージを採用した低ドロップアウト (LDO)リニア レギュレータで、最大 200 mA の電流を負荷に供給し、20 nA の超低静止電流を実現しています。
MCP1710 の代表応用回路
MCP1755: 300 mA、16 V、高性能 LDO リニア レギュレータMCP1755 と MCP1755S は最大 16 V の入力電圧に対応した高 PSRR の電圧レギュレータで、短絡電流フォールドバック機能を備えています。これらのレギュレータは最大 300 mA の出力電流を供給し、3 .6 ~ 16 V の連続する入力電圧に対応しているため、車載および商業用DC12 Vシステムに理想的です。1 kHz で80 dB のリップル除去を実現したこれらのデバイスは、接地故障およびアーク故障に対する遮断機等、AC 電源ラインからのノイズに敏感なアプリケーションに理想的です。電流フォールドバック機能は、短絡条件発生時にデバイス電流を 30 mAまで徐々に低減し、システムを損傷から保護します。短絡条件が解消すると、デバイスは復帰して動作を継続します。
MCP1755 の代表応用回路
超低静止電流 : 20nA (typ .) シャットダウン時超低静止電流 : 0 .1 nA (typ .) Vout < 3 .5 V 時の出力電流 : 200 mA Vout > 3 .5 V 時の出力電流 : 100 mA 2 .5 ~ 5 .5 V の広い入力動作電圧レンジ
標準出力電圧 : 1 .2 V、1 .8 V、2 .5 V、3 .3 V、4 .2 V 低ドロップアウト電圧 : 450 mV(最大値)@200 mA 1 .0 µF セラミック出力コンデンサで安定動作 過電流保護 小型 8 ピン プラスチック 2 × 2 VDFN パッケージ
COUT
GND
VIN
SHDN FB
VOUT
CIN MCP1710
高いノイズ除去率 : PSRR 80 dB (typ .) @ 1 kHz 低静止電流 : 68 µA (typ .) 3 .6 ~ 16 .0 V の広い入力動作電圧レンジ 出力電圧レンジ全体で最大 300 mA の電流を出力 低ドロップアウト電圧 : 300 mV @300 mA 高精度の出力 : 0 .85% (typ .) の出力電圧公差 各種標準出力電圧にオプションで対応 : 1 .8 V、2 .5 V、2 .8 V、
3 .0 V、3 .3 V、4 .0 V、5 .0 V
全動作温度レンジで±2 .0% の狭い出力公差 最小 1 .0 µF の出力コンデンサでも安定動作 パワーグッド出力 シャットダウン入力 出力電流フォールドバックによる短絡保護 過熱防止回路
GND
VIN
VOUT
IOUT30 mA
VOUT5.0V
12VCIN
1 μFCeramic
COUT1 μFCeramic
MCP1755S
ポータブル電源設計ガイド 11
デバイス 最大入力 電圧(V)
出力電圧 レンジ(V)
出力電流(mA)
静止電流 (µA、typ.)
ドロップアウト電圧@最大Iout (mV、typ.)
特長 パッケージ
MCP1700 6 .0 1 .2–5 .0 250 1 .6 178シャットダウン、遅延を調整可能な パワーグッド出力
3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン TO-92
MCP1703A 16 1 .2–5 .0 250 2 625低静止電流、ドロップアウト時の 低グランド電流
3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン SOT-223、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1710 5 .5 1 .2–4 .2 200 0 .02 450 超低静止電流 8 ピン 2 x 2 DFN
MCP1725 6 .0 0 .8–5 .0 500 120 210シャットダウン、遅延を調整可能な パワーグッド出力
8 ピン 2 × 3 DFN、 8 ピン SOIC
MCP1726 6 .0 0 .8–5 .0 1000 140 250シャットダウン、遅延を調整可能な パワーグッド出力
8 ピン 2 × 3 DFN、 8 ピン SOIC
MCP1727 6 .0 0 .8–5 .0 1000 140 330シャットダウン、遅延を調整可能な パワーグッド出力
8 ピン 2 × 3 DFN、 8 ピン SOIC
MCP1754 16 1 .8–5 .0 150 56 300シャットダウン、パワーグッド、 高 PSRR、電流フォールドバック保護
5 ピン SOT-23、 3 ピン SOT-223、 3 ピン SOT-89、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1754S 16 1 .8–5 .0 150 56 300 高 PSRR、電流フォールドバック保護
3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン SOT-223、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1755 16 1 .8–5 .0 300 68 300シャットダウン、パワーグッド、 高 PSRR、電流フォールドバック保護
5 ピン SOT-23、 3 ピン SOT-223、 3 ピン SOT-89、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1755S 16 1 .8–5 .0 300 68 300 高 PSRR、電流フォールドバック保護
3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン SOT-223、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1804 28 1 .8–18 150 50 1300 シャットダウン
3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 5 ピン SOT-89、 8 ピン 2 × 3 DFN
MCP1824 6 .0 0 .8–5 .0 300 120 200 シャットダウン、パワーグッド5 ピン SOT-223、 5 ピン SOT-23
TC1016 6 .0 1 .8–3 .0 80 50 150 シャットダウン 5 ピン SC-70
TC1017 6 .0 1 .8–4 .0 150 53 285 シャットダウン5 ピン SC-70、 SOT-23A
DC/DC 変換 リニア レギュレータ
ポータブル電源設計ガイド12
DC/DC 変換 昇圧型スイッチング モード コンバータ
昇圧型スイッチング モード コンバータ昇圧型コンバータは入力電圧よりも高い電圧を出力するコンバータです。概念上は、昇圧型であれ降圧型であれ、どちらもコイルとコンデンサをスイッチする事によりエネルギを蓄え、効率を維持します。一般に、昇圧型コンバータは単セルまたは 2 セルアルカリ、NiMH、そして一次電池としてのリチウムバッテリで動作するアプリケーションで使います。
Microchip 社は、単セルバッテリ (入力電圧 0 .8 V 以下) でも起動して動作できる MOSFET 内蔵の昇圧型コンバータ ソリューションをいくつか提供しています。多くのデバイスが、PWM(パルス幅変調) および PFM(パルス周波数変調) モードの動作に対応しています。PWM モードは一定の周波数でスイッチングを行い、出力リップルとノイズを抑え、高出力負荷で高い変換効率を実現します。PFM モードはスイッチング周波数を動的に低下させ、場合によっては出力リップルが大きくなる事もありますが、スイッチング損失を大幅に低減し、低負荷条件での効率を改善します。これらの特長を活かすため、MCP1640 および MCP16251/2 デバイスファミリ (およびその他多くの Microchip 社製デバイス) は要求される出力電流の変化に合わせて自動的に PFM モードと PWM モードを切り換えます。アプリケーションによっては、PFM モードで発生する出力リップルのノイズが大きすぎて必要な回路性能が得られない事があります。このような設計では、PWM モードのみをサポートした MCP1640B を使うと出力リップル電圧を抑え、電気的ノイズを軽減できます。これらの昇圧型コンバータの多くは、シャットダウン入力信号を使って無効にできます。また、シャットダウン中に入力から出力への回路を開放する完全負荷切断のデバイスと、入力と出力を接続する入出力バイパスのデバイスもいくつかあります。出力 MOSFET を内蔵した昇圧型コンバータは小型で高効率な電力変換ソリューションとして多くの携帯型アプリケーションに適しています。
MCP16251: 低静止電流、PFM/PWM 同期整流昇圧型レギュレータ ( 完全出力切断または入出力バイパス機能対応 )MCP16251 および MCP16252 は、他の昇圧型レギュレータに比べ静止電流が 4 µA と低いのが特長の 1 つです。また、このレギュレータは PFM モードもサポートしており、高抵抗の帰還電圧抵抗分圧器を使うと低負荷バッテリ駆動アプリケーションの動作時間が大幅に延長します。
最高 96% (typ .) の効率 大電流出力 :
• Iout > 100 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 1 .2 V• Iout > 250 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 2 .4 V• Iout > 225 mA @ Vout = 5 .0 V、Vin = 3 .3 V
超低静止電流 :• 出力静止電流 : < 4 µA (typ .) (非スイッチング時、Vout > Vin)• 入力スリープ電流: < 1 µA (非スイッチング時、Vout > Vin、無負荷)• 無負荷入力電流 : 14 µA (typ .) (デバイスがスイッチング時)• シャットダウン電流 : 0 .6 µA (typ .)
低電圧起動 : 0 .82 V 低入力電圧動作 : ≥ 0 .35 V 最大入力電圧 ≤ Vout < 5 .5 V 1 .8 ~ 5 .5 V の可変出力
帰還電圧 : 1 .23 V 自動 PFM/PWM 動作 :
• 500 kHz PWM 動作• PFM 出力リップル : 100 mV (typ .)
同期整流器内蔵 補償回路内蔵 突入電流制限機能 内部ソフトスタート (1 .5 ms typ .) シャットダウン時の状態を選択可能 :
• 完全負荷切断 (MCP16251)• 入出力バイパス (MCP16252)
アンチリンギング制御 過熱防止回路 6 ピン SOT-23 および 8 ピン 2 × 3 TDFN パッケージで提供
MCP16251 の代表応用回路
GND
VIN
EN
SW
VFB
VOUT
VOUT3.3V VIN
0.9V TO 1.7V
COUT10 μF
CIN4.7 μF
1.69 MΩ
1 MΩ
L1
4.7 μH
MCP16251 の代表回路効率
50556065707580859095
100
0.1 1 10 100 1000
Effic
ienc
y (%
)
IOUT (mA)
VOUT = 3.3V
VIN = 1.5V VIN = 2.4V
VIN = 3.0V
ポータブル電源設計ガイド 13
DC/DC 変換 昇圧型スイッチング モード コンバータ
MCP1640: 高性能 PFM/PWM 同期整流昇圧型レギュレータ( 完全出力切断または入出力バイパス機能対応 )MCP1640 は、コンパクトで高効率の固定周波数同期整流昇圧型レギュレータです。1/2/3 セル アルカリ、NiCd、NiMH、単セル リチウムイオン、単セル リチウムポリマー バッテリを使用するアプリケーション向けの使いやすい電源ソリューションです。低抵抗のNチャンネル昇圧スイッチと同期整流 P チャンネル スイッチを内蔵する事で非常に高い効率を実現しており、PFM/PWM モードか PWM モードのみか、そして完全負荷切断か入出力バイパスかを選択できます。
最高 96% (typ .) の効率 大電流出力 :
• Iout > 100 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 1 .2 V• Iout > 350 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 2 .4 V• Iout > 350 mA @ Vout = 5 .0 V、Vin = 3 .3 V
低入力電圧起動 : 0 .65 V (typ .) (3 .3 V Vout @ 1 mA) 低入力電圧動作 : 0 .35 V (typ .) (3 .3 V Vout @ 1 mA) 2 .0 ~ 5 .5 V の広い可変出力電圧レンジ 最大入力電圧 ≤ Vout < 5 .5 V 高周波数 500 kHz PWM 動作、デバイスによっては PFM 動作もサポート :• PFM/PWM 自動切り換え (MCP1640/C)• PWM のみ (MCP1640B/D)
シャットダウン時の状態を選択可能 :• 完全負荷切断 (MCP1640/B)• 入出力バイパス (MCP1640C/D)
低シャットダウン電流 : < 1 µA 低静止電流 : 19 µA (typ .) 同期整流器内蔵 補償回路内蔵 突入電流制限機能 内部ソフトスタート 低ノイズのアンチリンギング制御 過熱防止回路 6 ピン SOT-23 および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージで提供
単セルアルカリ電池を使った MCP1640 の応用回路
GND
VIN
EN
SW
VFB
VOUT
VOUT3.3V @ 100 mA VIN
0.9V TO 1.7V
COUT10 μF
CIN4.7 μF
976 kΩ
562 kΩ
L1
4.7 μH
MCP1640 の代表効率 (3.3 V 出力)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
100
0.01 0.1 1 10 100 1000
Effic
ienc
y (%
)
IOUT (mA)
VOUT = 3.3V
VIN = 0.8V VIN = 1.2V
VIN = 2.5V
単セル リチウムイオン電池を使った MCP1640 の応用回路
PGND SGND
VIN
EN
SW
VFB
VOUTS
VOUTP
VOUT5.0V @ 300 mA VIN
3.0V TO 4.2V
COUT10 μF
CIN4.7 μF
976 kΩ
309 kΩ
L1
4.7 μH
ポータブル電源設計ガイド14
DC/DC 変換 昇圧型スイッチング モード コンバータ
性能のトレードオフ – 負荷要件に応じた昇圧型コンバータの選択多くの場合、低負荷または無負荷条件と高負荷条件では要件が大きく異なります。このトレードオフは、MCP1640 と MCP16251 を比較すると良く分かります。ピーク負荷時、MCP1640 の最大出力電流は 350 mA です。一方、MCP16251 では 225 mA と劣っています。しかし、MCP16251 の静止電流は MCP1640 より小さく、MCP16251 の PFM モードは低負荷条件で MCP1640 より高効率です。静止電流が 80% も小さいため、スリープモードの時間が長いアプリケーションではバッテリ動作時間が延長します。100 µA の負荷を駆動する場合、MCP16251 の方が MCP1640 より約 12% 高効率です。このように、大電流を必要とするアプリケーションには最大出力電流の大きいMCP1640 が適しており、低負荷または無負荷条件での動作時間が長いアプリケーションには効率の高い MCP16251 が適しています。
MCP1640 と MCP16251 の無負荷入力電流要件
30405060708090
100
ad In
put C
urre
nt (µ
A) VOUT = 3.3V
MCP1640
01020
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4
No
Loa
Input Voltage (V)
MCP16251/2
MCP1640 と MCP16251 の低負荷時の効率
100
80
90
) VIN = 2 5V
70
80
ncy
(%)
VOUT = 3.3VVIN = 2.5V
50
60Ef
ficie
n
40
50 MCP16251/2
MCP1640
300.01 0.1 1 10 100 1000
IOUT (mA)
ポータブル電源設計ガイド 15
単 6 形電池昇圧回路への応用例MCP1640 昇圧型レギュレータと PIC12F マイクロコントローラを組み合わせ、1 本のアルカリ乾電池から 3 .3 V の出力電圧を生成するシンプルな電力変換ソリューションです。特に消費電流の小さいアプリケーションでは、消費電力をごくわずかに抑えてバッテリ動作時間を延ばす事ができます。この回路は PIC12F617 をスリープモード、MCP1640 を無効にしたスタンバイモードで動作し、数 µAしかバッテリを消費しません (シャットダウン モードでの MCP1640 の消費電流は 0 .75 µA (typ .))。PIC® マイクロコントローラ内蔵のコンパレータが低電圧を検出するまで、出力コンデンサからの放電によって出力を維持します。出力コンデンサの電圧が一定の値を下回ると、PIC マイクロコントローラが MCP1640 を動作させます。出力コンデンサの充電が完了すると、PIC マイクロコントローラは再び MCP1640 を無効にします。MCP1640 が通常動作モードの場合、無負荷時の入力電流は 1 .5 V 入力で約 70 µA です。MCP1640 のイネーブルを低周波数でパルスした場合、平均入力電流を最大 80% 削減できます。
この回路は、Microchip 社が提供する MCP1640 シングル単 6 形バッテリ昇圧型コンバータ リファレンス デザインに実装されています。
MCP1640 シングル単 6 形バッテリ昇圧型コンバータ デモボード (MCP1640RD-4ABC)
MCP1640 昇圧型コンバータ リファレンス デザイン回路
I/O
A/D
I/O
I/O
I/O
VDD
Load SwitchP-MOS
Single Quadruple-A Battery Input
PIC12F617
VOUTVIN
EN
MCP1640
ON/OFFS1
1 2
Status
LED
Load
MCP1640 昇圧型コンバータ リファレンス デザインの挙動
*
MCP1640 昇圧型コンバータ リファレンス デザインの 無負荷時入力電流
10
15
20
25
30
0.8 1 1.2 1.4 1.6
Sta
nd
by
No
Lo
ad
Inp
ut
Cu
rre
nt
(µA
)
Input Voltage (V)
DC/DC 変換 昇圧型スイッチング モード コンバータ
ポータブル電源設計ガイド16
DC/DC 変換 昇圧型スイッチング モード コンバータ
デバイス 出力 入力電圧 レンジ(V)
出力電圧 レンジ(V) 制御方式 特長 パッケージ
MCP1623/4 可変0 .35/
0 .65–5 .02–5 .5
PFM/PWM または
PWM のみ
425 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、PFM/PWM モード (MCP1624) または PWM モードのみ(MCP1623) のスイッチング動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 19 µA、シャットダウン電流 < 1 µA、完全出力切断
6 ピン SOT-23、8 ピン
2 × 3 TDFN
MCP16251/2 可変0 .35/
0 .82–5 .01 .8–5 .5 PFM/PWM
650 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 4 µA、シャットダウン電流0 .6 µA、完全出力切断 (MCP16251) または入出力バイパス (MCP16252)、出力精度± 3%
6 ピン SOT-23、8 ピン
2 × 3 TDFN
MCP1640/B/C/D 可変0 .35/
0 .65–5 .02–5 .5
PFM/PWM または
PWM のみ
800 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 19 µA、シャットダウン電流 < 1 µA、完全出力切断 (MCP1640/B) または入出力バイパス (MCP1640C/D)、出力精度± 3%
6 ピン SOT-23、8 ピン
2 × 3 TDFN
ポータブル電源設計ガイド 17
バックライト ソリューション スイッチング レギュレータ
スイッチング レギュレータポータブル機器で高効率なバックライトを設計しようとすると、電源設計に関するいくつかの課題に直面します。全てのポータブル機器の回路に共通する点として、基板面積を抑える事が非常に重視されると同時に、バッテリ動作時間をなるべく長くするために消費電力を最小限に抑える必要があります。一般に、LED の順方向電圧は回路内のどの電圧とも異なっており、バッテリ電圧とも高低差がある他、マイクロコントローラと周辺部品に必要な電圧とも異なります。また、LED に流れる電流は電圧に応じて指数関数的に変化するため、輝度制御および LED の長寿命化のためには電流を正確に計測および制御して供給する必要があります。
MCP1643 を使った LED バックライト : 同期整流昇圧型定電流レギュレータMCP1643 はコンパクトで高効率な固定周波数の同期整流昇圧型定電流 LEDドライバで、1 および 2 セルのアルカリ、NiMH、NiCd バッテリで動作します。本デバイスは最大 5 V の出力電圧に対応しており、1 個の白色または青色 LED、あるいは直列に接続した 2 個の赤、緑、黄色 LED を駆動できます。また、550 mA の負荷電流に対応しており、大電流が必要な高輝度 LED、または並列接続して電流整合した複数のLED も十分駆動できます。フィードバック ピンに接続した低インピーダンスの検出抵抗の電圧から電流値を読み出すと、他の電流計測手法に比べ電力損失を最小限に抑える事ができます。点滅または調光を行うには、イネーブルピンを PWM 信号でトグルして電源と LED 負荷の ON/OFF をスイッチングします (約 50 Hz 以上以上では、点滅がちらつきとしてではなく調光として認識されます)。また、過電圧保護機能により出力電圧が 5 V に制限されるため、開回路または負荷障害が発生しても電源回路が保護されます。
MCP1643 の LED 駆動応用回路 : 複数の並列 LED
部品点数を抑え、基板面積を縮小できる定電流駆動 1 MHz PWM 同期整流昇圧動作、最大 550 mA の出力電流 低電圧の参照入力 (VFB = 120 mV) により、LED 電流変換を
効率化 入力電圧 0 .65 V で起動し、> 0 .5 V の入力電圧で継続動作が
可能
低シャットダウン電流 : 1 .2 µA LED 障害または切断時にデバイスを停止 (出力をフローティングに) する過電圧保護
最大 90% の効率 240 µs のソフトスタート時間 小型の 8 ピン 2 × 3 DFN または 8 ピン MSOP パッケージで提供
MCP1643 の LED 駆動応用回路 : 1 個の LED
GND
VIN
EN
SW
VFB
VOUT
COUT4.7 μF
CIN4.7...10 μF
LED
RSET4.7 Ω
L1
4.7 μH
ILED = ILED = 25 mA
0.12VRSET
OFFON
入力電圧と検出抵抗値に対する MCP1643 の LED 出力電流
050
100150200250300350400450500
0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4
LED
Cur
rent
(mA
)
Input Voltage (V)
RSET = 5Ω
RSET = 1.2Ω
RSET = 0.82Ω
RSET = 0.41Ω
RSET = 0.25Ω
LED VF = 3.5V @ IF = 700 mA
GND
VIN
EN
SW
VFB
VOUT
COUT4.7 μF
CIN4.7...10 μF
WLED1
RSET2.4 Ω
L1
4.7 μH
OFFON
Battery input(One or Two Cells)
ILED = ILED = 50 mA
0.12VRSET
WLED2
R2
2.4 Ω
WLED3
R3
2.4 Ω
DZ
D
VZ = 2.4V
ILED2 = 50 mA
ILED3 = 50 mA
ポータブル電源設計ガイド18
バックライト ソリューション スイッチング レギュレータ
MCP16312 降圧型レギュレータの LED 駆動回路への応用MCP16312 降圧型レギュレータを定電流源として使うと、1 つまたは複数の LED を駆動できます。標準の降圧型回路をベースに、LED 負荷のアノードを降圧型レギュレータの出力に接続しています。LED のカソードとグランドの間の検出抵抗を使って定電流での定電圧を生成し、この電圧を降圧型レギュレータへの帰還信号として使います。MCP16312 内の制御ループで内部 MOSFET のデューティ サイクルを調整し、LED ストリングへの出力電流が一定になるように検出抵抗に対する電圧を一定に調整します。
MCP16312 降圧型レギュレータの LED 駆動への応用回路
MCP16301 Cuk LED 駆動への応用回路MCP16301 は通常、降圧型レギュレータとして動作しますが、部品点数を抑えた Cuk 回路とする事もできます。MCP16301 は 6 ~ 18 Vの入力電圧から安定化電圧を出力し、最大 300 mA の電流を供給します。直列に接続した複数の LED を最大 15 V まで駆動できるため、LED駆動アプリケーションに最適なソリューションです。外付け部品は最小 11 個と数が少なく、小型表面実装部品 (主に 0603 表面実装パッケージ)が容易に入手できるため、この設計は非常に小さい基板面積に実装できます。
この回路は、Microchip 社が提供する MCP16301 高電圧シングル インダクタ Cuk LED デモボードに実装しています。
MCP16301 Cuk レギュレータ回路
GND
VIN
VCC
EN
BOOST
VFB
SWCOUT2 ×10 μF
CIN2 ×10 μF
1 × White LED
RB = 2Ω
ILED = 400 mA VIN = 12V
REN1 MΩ
CVCC1 μF RB =
VFBILED
CBOOST0.1 μF
L1
15 μH
GND
VIN
VFB
EN
BOOST
SW
4.7 μF
VIN6V to 18V
CBOOST100 nF
33 μH
0.47 μF
−VOUT
1N4148
−VOUT 2.2 nF
40VSchottkyDiode
2.7Ω 150 kΩ
ポータブル電源設計ガイド 19
バックライト ソリューション チャージポンプ DC/DC コンバータ
チャージポンプ DC/DC コンバータMCP1256、MCP1257、MCP1258、MCP1259 はインダクタンスの不要な正電圧安定化チャージポンプ型レギュレータです。これらのデバイスは 1 .8 ~ 3 .6 V の入力電圧から 3 .3 V の安定化出力電圧を生成し、2 セルアルカリ、2 セル Ni-Cd、2 セル Ni-MH、または 1 個のボタン型リチウム一次電池で動作するアプリケーション向けです。これらのデバイスは 1 .5×昇圧動作モードから 2×昇圧動作モードに自動的に切り換わり、高効率を維持します。また、MCP1256 と MCP1257 は低出力負荷時にスリープモードにする事で、静止電流を抑えながら安定化出力電圧を維持できます。これに対し、MCP1258 と MCP1259 には入力電圧を出力バイパスする機能があります。この機能を使うと、MCP1258 または MPC1259 による消費電流をほぼゼロに抑えたままリアルタイム クロック、マイクロコントローラ、その他のシステムデバイスにバイアスを与える事ができます。通常動作中、チャージポンプは IF バンドを避けて 650 kHz の固定周波数でスイッチングし、出力電圧リップルは最大 100 mA の負荷電流時で 20 mVP-P 未満に抑えています。MCP1256 と MCP1258 にはレギュレーションが維持されている事を示すパワーグッド出力があります。MCP1257 と MCP1259 にはバッテリ電圧低下インジケータがあり、入力電圧がプリセット電圧しきい値を下回ると警告を出力します。これらのデバイスは消費電流が非常に小さく、必要な外付け部品もコンデンサ 4 つと少ないため、小型のバッテリ駆動アプリケーションに理想的です。シャットダウン モードも備えており、さらなる消費電力の削減が可能です。これらのデバイスは過熱防止回路と短絡保護の機能も内蔵しています。
3 .3 V ± 3 .0% の高精度な出力電圧 入力電圧レンジ : 1 .8 ~ 3 .6 V 最大出力電流 : 100 mA 低出力電圧リップル : 20 mVP-P
サーマル シャットダウンと短絡保護を内蔵 小型セラミック コンデンサの使用が可能 650 kHz のスイッチング周波数で動作
低消費電力のスリープモード (MCP1256/7) バイパスモード (MCP1258/9) 0 .1 µA の低消費電力シャットダウン モード 1 .8 V ロジック互換のシャットダウン入力 突入電流を最小限に抑えるソフトスタート回路 10 ピン 3 × 3 DFN または 10 ピン MSOP パッケージで提供
MCP1259 チャージポンプ バックライト回路
GND
VIN
C1+
C1–
C2+
C2–
BOOST
VOUT
VIN1.6V to 3.6V
VOUT3.3V
CIN10 μF
COUT10 μF
SHDN LBO
BYPASS
C1
1 μF
OFFON
C2
1 μF
R1
Low BatteryIndicator
MCP1259 の電力変換効率
ポータブル電源設計ガイド20
バッテリ管理 リニアバッテリ充電器
リニアバッテリ充電器バッテリ駆動のシステムでは、充電回路の品質がバッテリの寿命と信頼性に大きな役割を果たします。Microchip 社はリチウムイオン電池のリニア充電デバイスを幅広く提供しています。リチウムイオン充電管理コントローラを使うと、わずかな外付け部品で高信頼性、低コスト、高精度の電圧レギュレーション ソリューションを構築でき、回路設計のサイズ、コスト、複雑さをさらに軽減できます。MCP73830Lリチウムイオン リニア充電デバイスは、特に低充電電流アプリケーション向けです。プログラマブル抵抗を使って最小 20 mA の充電電流を制御できます。1 および 2 セルの LiFePO4 バッテリは、MCP73123 および MCP73223リニア充電器で充電できます。Microchip 社の Li-Ion/LiFePO4 バッテリ管理コントローラのほとんどは、温度制御、逆流放電保護回路、安全充電タイマ、電流検出機能を内蔵しており、最先端のポータブル機器の電源ニーズを満たします。定電流充電の電流をプログラム可能なため、アプリケーションごとに異なる要件にも 1 個の抵抗で対応できます。Microchip 社のバッテリ管理 IC は小型で必要な外付け部品が最小限のため、ポータブル機器に最適です。
MCP73830: 単セル リチウムイオン / リチウムポリマー バッテリ充電管理コントローラMCP73830 バッテリ充電器は、長寿命、長時間動作が可能な急速充電回路を設計するための機能を数多く内蔵しています。バッテリ予備充電、プログラマブルな充電電流、充電終了しきい値、経過時間タイマ等の機能を内蔵したこれらデバイスは、部品点数と基板面積を抑えてバッテリ容量の最大化、充電時間の最短化、バッテリ動作時間の最大化を実現でき、ポータブル機器のニーズを完全に満たします。
MCP73830L(低電流、20 ~ 200 mA) および MCP73830(大電流、100 mA ~ 1 A) バッテリ充電ソリューションの代表応用回路
完全なリニア充電管理コントローラ 高精度のプリセット電圧調整 : 0 .75% プログラマブルな充電電流 :
• 100 mA ~ 1 A (MCP73830)• 20 ~ 100 mA (MCP73830L)
バッテリ電圧が予備充電しきい値を下回っている場合、充電電流を通常の 10% まで低下させる予備充電モードあり/ なしのデバイスを提供可能
バッテリが正しく充電されていない場合に充電サイクルを停止する 1 時間固定の予備充電タイマあり / なしのデバイスを提供可能
突入電流を最小限に抑えるソフトスタート
0 ~ 4 時間固定の経過時間タイマ 自動充電終了をトリガする電流しきい値が 7 .5% または 10% のデバイスを提供可能
チップイネーブル入力 (CE) 低電圧ロックアウト (UVLO) 自動電源オフ 温度制御内蔵 −40 ~ +85 °C の広い動作温度レンジ 小型 6 ピン TDFN (2 × 2 × 0 .75 mm) パッケージで提供
VDD VBAT
VSS
Regulated wall cube
4.7 μF 4.7 μF
STAT PROG
CE
1 kΩ
LO HI
1-CellLi-IonBattery2 kΩ
ポータブル電源設計ガイド 21
バッテリ管理 リニアバッテリ充電器
MCP73113、MCP73123: バッテリ充電管理コントローラMCP73830 の機能に加え、これらのデバイスは充電ステータス出力、過電圧保護、充電終了しきい値、経過時間タイマ、充電電流の選択肢が拡張されています。2 セル直列接続のバッテリ充電用に電圧を高めた MCP73213(リチウムイオン) と MCP73223(LiFePO4) も提供しています。
プログラマブルな充電電流 : 130 mA ~ 1 .1 A 充電ステータス出力 選択可能な自動充電終了しきい値 : 5%、7 .5%、10%、20% 経過時間タイマ : 4 時間、6 時間、8 時間、無効 過電圧保護 10 ピン 3 × 3 DFN パッケージで提供
MCP73123(LiFePO4) および MCP73113(リチウムイオン) バッテリ充電器の代表的応用回路
主な製品 : FET 内蔵リニアバッテリ充電器
デバイスファミリ セル数 Vccレンジ(V) 特長
MCP73XXX単セルおよび
2 セル用4–16 リチウムイオンおよび LiFePO4、大電流、0 .5% 電圧レギュレーション
MCP73811/2 単セル用 3 .75–6 選択可能な USB 充電電流、温度調整
MCP73831/2/3/4 単セル用 3 .75–6 プログラマブル充電電流、温度調整、UVLO、予備充電、充電終了
MCP73837/8 単セル用 3 .7–6 デュアル入力 (USB、アダプタからの DC 入力 ) 自動切り換え
MCP73871 単セル用 3 .9–6 システム負荷共有とバッテリ充電管理の機能を統合
VDD
VDD VBAT
VBAT
VSS
VSS
Regulated wall cube
CIN COUT
STAT PROGRLED
LiFePO4
Battery
RPROG
ポータブル電源設計ガイド22
バッテリ管理 プログラマブル バッテリ充電器
MCP19111 スイッチング バッテリ充電回路への応用広い入力レンジに対応した高出力のマルチケミストリ バッテリ充電回路は、多くのバッテリ駆動アプリケーションで使われます。MCP19111 プログラマブル バッテリ充電器リファレンス デザインは 6 ~ 28 V の入力レンジで動作し、直列または並列接続した複数の NiMH、リチウムイオン、LiFeO4 バッテリを充電するように構成できます。マイコン内蔵アナログ電源コントローラ MCP19111 を使ったこのリファレンス デザインは、入力電圧を降圧して出力電圧を得ると同時に、選択した化学材料のバッテリを適切に充電できるように電流または電圧を調整します。充電する前に、充電したいバッテリに対する充電プロファイルを GUI で設定します。一度設定しておけば、MCP19111 のフラッシュメモリに保存された充電設定に基づいて以降の充電サイクルが実行されます。
MCP19111 プログラマブル マルチケミストリ バッテリ充電回路の概略ブロック図
MCP19111 の特長 シングル チャンネル Vinレンジ : 4 .5 ~ 32 .0 V 同期整流式 MOSFETドライバ内蔵 :
• ロジックレベル駆動 (5 V)• 2 A ソース /4 A シンクの駆動電流
プログラマブル (PIC12F コア)• MPLAB® X IDE の GUI 環境で設定可能• 4K ワードのフラッシュ、256 バイトの RAM• 内部での可変アナログ補償• デッドタイム / 電流制限値 /UVLO/OVLO/ 等を調整可能• 設定可能なスイッチング周波数 : 100 kHz ~ 1 .2 MHz• 最大 12 の汎用 I/O• PMBus/I2C™ 通信インターフェイス
マスタ / スレーブ同期周波数 28 ピン 5 × 5 mm QFN パッケージで提供
GPIO
GPIO
GND
VDD
VDR
VIN
ICSP
PICkit™ Serial
VSENSE
HDRV
BOOT
PHASE
+ISENSE
–ISENSE
IBATT-SENSE
LDSRV
+VIN
GND
J2
J3
A = 40½ MCP6072
½ MCP6072
A = 1
+VDD
+VBATT
–VBATT
Temp_Sense
ポータブル電源設計ガイド 23
バッテリ管理 プログラマブル バッテリ充電器
MCP1631 スイッチング バッテリ充電回路への応用アナログ PWM コントローラの MCP1631 は、増幅率が 10 倍の電流検出アンプ、バッテリ電圧分圧器バッファアンプ、MOSFETドライバ、高速過電圧検出器、PWM コントローラを内蔵しており、PIC マイクロコントローラと組み合わせて使うとインテリジェントなバッテリ充電器を開発できます。専用アナログ PWM コントローラと PIC MCU を組み合わせる事で、非常に汎用性の高い充電ソリューションを構築できます。MCP1631HV が複数の電源回路方式 (SEPIC、フライバック、昇圧型) の駆動に必要なアナログ回路を提供し、PIC MCU が直列接続したバッテリの数およびその化学材料に応じたプログラマブルな充電アルゴリズムをサポートします。下図は、NiMH またはリチウムイオン バッテリの充電に使う SEPIC ソリューションを示します。
MCP1631HV SEPIC プログラマブル マルチケミストリ バッテリ充電回路
MCP1631 の特長
STATUS
Li-Ion
NiMH
ICSP OSC
VREF
VDD
VBATT
VEXT
VFS
CS
OV
GND
+VIN
GND
J5
+VDD
+VBATT
–VBATT
Temp_Sense
LED 1...4
PIC® MCU MCP1631HV
VBATT
OV
高速アナログ PWM コントローラ (2 MHz 動作) マイクロコントローラと組み合わせる事で「インテリジェント」な
電源システムを構成可能 ピーク電流モード制御 (MCP1631/MCP1631HV) 電圧モード制御 (MCP1631V/MCP1631VHV) 高耐圧品は入力電圧 +16 V まで対応 :
• MCP1631HV - 電流モード• MCP1631VHV - 電圧モード
以下の安定化電圧を出力 :• +5 .0 V または +3 .3 V を選択可能• 最大電流 : 250 mA
外部オシレータでスイッチング周波数とデューティ サイクル最大値を設定
外部参照入力でレギュレーション電圧または電流を設定 エラーアンプ、バッテリ電流センスアンプ、バッテリ電圧センス アンプを内蔵
過電圧コンパレータ内蔵 大電流ローサイド MOSFETドライバ (1 A ピーク) 内蔵 シャットダウン モードでは Iqを 2 .4 µA (typ .) まで低減 過熱防止回路内蔵 低電圧ロックアウト (UVLO) 20 ピ ン 4 × 4 mm QFN (MCP1631/MCP1631V の み)、
20 ピン TSSOP、20 ピン SSOP
ポータブル電源設計ガイド24
開発サポート
アプリケーション ノート以下の関連サポート文書は、Microchip 社のウェブサイト (www.microchip.com) で提供しています。
AN793 - Power Management in Portable Applications: Understanding the Buck Switch Mode Power Converterこのアプリケーション ノートでは、携帯機器アプリケーションで使う降圧型回路方式のスイッチング モード電源を設計する方法について詳しく説明しています。
AN947 - Power Management in Portable Applications: Charging Lithium-Ion/Lithium-Polymer Batteriesこのアプリケーション ノートでは、Microchip 社の MCP73841 を使ったスタンドアロンのリニア ソリューションを例に挙げながら、リチウムイオン / リチウムポリマー バッテリの充電に関する基礎を説明しています。
AN960 - New Components and Design Methods Bring Intelligence to Battery Charger Applicationsこのアプリケーション ノートでは、デジタルおよびミクストシグナル電源設計の利点を活かし、バッテリの取り外し、逆極性、短絡等の状況に対処できるインテリジェントなバッテリ充電回路設計のソリューションについて説明しています。バッテリに関する基礎知識、スイッチング モード電源コンバータに関する基本的なトレードオフ、残量ゲージ付きのバッテリ充電システム設計について説明しています。
AN968 - Simple Synchronous Buck Regulator – MCP1612このアプリケーション ノートは、MCP1612 を使って同期整流降圧型コンバータを設計する上で必要な情報を網羅しています。実際に製作した回路による電力変換計測結果も記載しています。
AN1088 - Selecting the Right Battery System for Cost-Sensitive Portable Applicationsこのアプリケーション ノートは、バッテリの化学材料、充電方法、製品コスト、製品サイズに関する設計上のトレードオフについて、応用回路例を示しながら説明しています。
AN1156 - デルタ - シグマ ADC デバイスを使用した バッテリ残量測定バッテリ使用量 (mAH) とバッテリ残量 (mAH) は、放電電流と充電電流を追跡して求める事ができます。このアプリケーション ノートでは、ADC を使ってこれらの機能を実行する方法について説明しています。
AN1311 - 単セル入力昇圧型コンバータの設計MCP1640B/C/D ファミリを使うと、各種単セル入力同期整流昇圧型コンバータを設計できます。このアプリケーション ノートでは、これら設計の性能トレードオフおよび機能の違いについて説明しています。
AN1337 - MCP1640 を用いた DC 昇圧型コンバータにおけるバッテリ寿命の最適化このアプリケーション ノートでは、長時間のバッテリ動作が求められるアプリケーションにおいて MCP1640 を使って回路の動作効率を高めるためのヒントとコツを詳しく説明しています。
AN1385 - MCP16301 デザイン アナライザを使用した MCP16301 スイッチング モード電力コンバータの動的解析MCP16301デザイン アナライザは、MCP16301 降圧型コンバータを使った電源設計の効率と安定性に関する情報を提供します。
AN1541 - MCP19111 設計ツールの使用MCP19111 は、先進の電源設計に抜群の柔軟性をもたらします。このアプリケーション ノートでは、具体的な設計例を挙げながらマイコン内蔵アナログ電源コントローラ MCP19111 の強力な機能を最大限に引き出す MCP19111 設計ツールの使い方について説明しています。
MCP19111 - 降圧型電源グラフィカル ユーザ インターフェイス ユーザガイドこのユーザガイドでは、MCP19111 をプログラムして降圧型電源設計をカスタマイズするための MPLAB X IDEプラグイン ソフトウェアについて説明しています。
ポータブル電源設計ガイド 25
デモボードおよび評価用ボードMicrochip 社は、各デバイスファミリのデモボードおよび評価用ボードを多数提供しています。詳細は、弊社代理店にお問い合わせください。
単 6 形乾電池クロックデモ1 本の単 6 形乾電池を MCP1624 を使って 3 .3 V に昇圧し、PICマイクロコントローラで基本的なクロック機能を実行して LCD ディスプレイに表示します。このデモは、静電容量式タッチ制御とバッテリ残量計測の機能も実装済みです。
MCP1252 チャージポンプ バックライト デモボード(MCP1252DM-BKLT)
MCP1252 チャージポンプを使ってバックライトのバイアス電圧供給、または他の LED アプリケーションの駆動が行えるように設定してあり、光度設定、調光、スリープの機能を利用できます。
MCP1602 評価用ボード (MCP1602EV)このボードでは、MCP1602 降圧型レギュレータ (出力電圧は選択可能) の PFM および PWM動作を評価して頂けます。
MCP16251/MCP1640B 同期整流昇圧型コンバータ評価用ボード (ADM00458)このボードには 2 つの昇圧型コンバータが実装されており、出力電圧レベルを選択できます。コンバータの有効 / 無効を切り換える機能もあります。
MCP16301 5 V/600 mA 低ノイズ評価用ボード(ADM00433)
MCP16301 昇圧型コンバータは高周波数で動作し、高効率の 5 V 安定化出力電圧を生成します。放射ノイズを最小限に抑えているため、ノイズに敏感なアプリケーションに適しています。
MCP1630 ブーストモード LEDドライバ デモボード(MCP1630DM-LED2)
MCP1630 は DC9 ~ 16 V の入力電圧を昇圧し、350 または 700 mA の定電流で最大 30 Wの LED ストリングを駆動します。
MCP1630 NiMH バッテリ充電器デモボード(MCP1630DM-NMC1)
MCP1630 と PIC16LF818 を使って 1 MHz SEPIC コンバータを構成し、耐障害性を高めた残量ゲージ付きの NiMH バッテリ充電回路を実装しています。
MCP1630V 双方向 4 セル リチウムイオン バッテリ充電器リファレンス デザイン (MCP1630RD-DDBK3)
低入力電圧を接続すると昇圧して直列接続した4 セル リチウムイオン バッテリを充電し、入力電圧を切断すると電流の方向を逆にして 4 セル リチウムイオン バッテリパックから他の回路へ安定化出力電圧を供給するように MCP1630Vを設定しています。
MCP1630 リチウムイオン マルチベイ バッテリ充電器 リファレンス デザイン (MCP1630RD-LIC1)この回路は 10 ~ 30 V の入力電圧で動作し、並列接続した 2 つの単セル リチウムイオン バッテリパックを定電流 - 定電圧方式で充電します。予備充電、セル温度計測、バッテリパック フォルト監視の機能もあります。
MCP16301 高電圧昇降圧デモボード (ADM00399)小型の表面実装部品を使って基板面積を最小限に抑えたこのボードは、5 ~ 30 V の入力電圧で動作し、12 V の安定化出力電圧を生成するように設計されています。
MCP1631HV デジタル制御プログラマブル電流ソース リファレンス デザイン (MCP1631RD-DCPC1)
MCP1631HV と PIC16F616 マ イクロコントローラを組み合わせて構成した SEPIC コンバータを電流源として使い、直列または並列接続した複数の LED を駆動、または NiMH、NiCd、リチウムイオン バッテリを充電します。
MCP1631HV マルチケミストリ バッテリ充電器リファレンス デザイン (MCP1631RD-MCC2)
PIC16F883 マイクロコントローラとMCP1631HV高速アナログ PWM コントローラを組み合わせたこのリファレンス デザインは、1 ~ 5 個の NiMH またはNiCd バッテリ、1 または 2 セルのリチウムイオン バッテリを充電できる他、1 つまたは 2 つの 1 W LED を駆動する事もできます。
開発サポート
ポータブル電源設計ガイド26
開発サポート
MCP16323 評価用ボード (ADM00427)電流密度を高めた小型の降圧回路により、6 ~ 18 V の入力電圧から 3 V で最大 3 A の電流を出力します。
MCP1640 12 V/50 mA 2 セル入力昇圧型コンバータ リファレンス デザイン (ARD00386)
MCP1640 昇圧型コンバータは、2 セル バッテリパックで一般的な 2 .0 ~ 5 .0 V の入力電圧を昇圧して 9 V、12 V、24 V の出力電圧を生成します。
MCP1640 シングル単 6 電池昇圧型コンバータ リファレンス デザイン (MCP1640RD-4ABC)このリファレンス デザインは 1 本の単 6 形バッテリを使い、1 .5 Vの入力電圧を 3 .3 V 出力電圧まで昇圧します。スタンバイ時の消費電流を大幅に削減する機能もあります。
MCP1640 同期整流昇圧型コンバータ評価用ボード(MCP1640EV-SBC)
MCP1640 は 0 .35 ~ 5 .5 V の入力電圧を昇圧し、2 .0 V、3 .3 V、5 .0 V のいずれかの安定化出力電圧を生成します。
MCP1643 同期整流昇圧型 LED 定電流レギュレータ評価用ボード (ADM00435)
MCP1643 を使ったコンパクトで高 効率な固定周波数の昇圧型 DC/DC コンバータです。1 または 2 セルのアルカリ、NiCd、NiMH バッテリで動作する LED 定
電流ジェネレータとして最適化されています。最小限の外付け部品でアプリケーションを開発できます。
MCP19035 600 kHz 同期整流降圧型コントローラ評価用ボード (ADM00445)
12 V (typ .) の入力電圧を 1 .8 V の安定化出力電圧に変換し、10 A の電流を出力するコンパクトで高効率の降圧型レギュレータです。
MCP19111 評価用ボード (ADM00397)このボードでは、同期整流降圧型回路方式でのMCP19111 の動作を評価して頂けます。ほとんど全ての動作および制御パラメータを、内蔵の PICマイクロコントローラ コアでプログラムできます。
MCP3421残量ゲージデモボード(MCP3421DM-BFG)このボードは、一次電池のバッテリ電圧、放電電流、使用量を計測して表示します。また、リチウムイオン二次電池の残量を計算して充電するようにプログラムする事もできます。
MCP73113 OVP シングルセル リチウムイオン バッテリ充電器評価用ボード (MCP73113EV-1SOVP)
この設計は、リチウムイオン バッテリを 500 mAまたは 1000 mA で充電します。LED ステータス インジケータ、予備充電、充電終了、自動再充電機能があり、出力は 4 .20 V に固定されています。
MCP73871 電圧比例電流制御付きデモボード(MCP73871DM-VPCC)
このボードは、入力電圧を接続すると単セル リチウムイオンまたはリチウムポリマー バッテリを充電します。負荷を駆動する場合、または入力電圧を切断した場合はバッテリからの電圧で負荷を駆動します。この回路は、入力電
流制限、定電流 / 定電圧充電、充電ステータス LED インジケータの機能を備えています。
MCP73X23 OVP リン酸鉄リチウムバッテリ充電器評価用ボード (MCP73X23EV-LFP)このボードは、MCP73123 を使って単セル LiFePO4 バッテリを充電する回路と、MCP73223 を使って 2 セル LiFePO4 バッテリを充電する回路の 2 つを実装しています。
MCP73837/8 AC/USB デュアル入力バッテリ充電器評価用ボード (MCP7383XEV-DIBC)
部品点数を最小限に抑えたバッテリ充電管理回路で、AC アダプタまたは USB ポートからの電源を自動的に切り換えます。
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開発サポート
以下のデモボードおよび評価用ボードも提供しています。詳細は Microchip 社ウェブサイトをご覧ください。
UCS1001 評価用ボード(ADM00540)
UCS1002 プログラマブル USB ポートパワー コントローラ評価用ボード(ADM00497)
MCP1256/7/8/9 チャージポンプ 評価用ボード (MCP1256/7/8/9EV)
MCP1601 降圧型レギュレータ評価用ボード (MCP1601EV)
MCP1602 評価用ボード(MCP1602EV)
MCP1612 同期整流降圧型レギュレータ評価用ボード (MCP1612EV)
MCP1630 低コスト リチウムイオン バッテリ充電器リファレンス デザイン(MCP1630RD-LIC2)
MCP16301 高電圧昇降圧型デモボード(ADM00399)
MCP16301 高電圧シングル インダクタCuk LED 駆動デモボード(ARD00410)
MCP1632 300 kHz 昇圧型コンバータ デモボード (ADM00530)
MCP1710 デモボード(ADM00468)
MCP73213 OVP デュアルセル リチウムイオン バッテリ充電器評価用ボード(MCP73213EV-2SOVP)
MCP73831 評価用キット(MCP73831EV)
MCP73833 リチウムイオン バッテリ充電器評価用ボード (MCP73833EV)
MCP7383X リチウムイオン システム電力経路管理リファレンス デザイン(MCP7383XRD-PPM)
MCP73871 評価用キット(MCP73871EV)
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ヨーロッパオーストリア - ヴェルス Tel: 43-7242-2244-39デンマーク - コペンハーゲン Tel: 45-4450-2828フランス - パリ Tel: 33-1-69-53-63-20ドイツ - デュッセルドルフ Tel: 49-2129-3766400ドイツ - ミュンヘン Tel: 49-89-627-144-0ドイツ - プフォルツハイム Tel: 49-7231-424750イタリア - ミラノ Tel: 39-0331-742611イタリア - ヴェニス Tel: 39-049-7625286オランダ - ドリューネン Tel: 31-416-690399ポーランド - ワルシャワ Tel: 48-22-3325737スペイン - マドリッド Tel: 34-91-708-08-90スウェーデン - ストックホルム Tel: 46-8-5090-4654イギリス - ウォーキンガム Tel: 44-118-921-5800
アジア/太平洋オーストラリア - シドニー Tel: 61-2-9868-6733中国 - 北京 Tel: 86-10-8569-7000中国 - 成都 Tel: 86-28-8665-5511中国 - 重慶 Tel: 86-23-8980-9588中国 - 杭州 Tel: 86-571-87928115中国 - 香港 SAR Tel: 852-2943-5100中国 - 南京 Tel: 86-25-8473-2460中国 - 青島 Tel: 86-532-8502-7355中国 - 上海 Tel: 86-21-5407-5533中国 - 瀋陽 Tel: 86-24-2334-2829中国 - 深圳 Tel: 86-755-8864-2200中国 - 武漢 Tel: 86-27-5980-5300中国 - 厦門 Tel: 86-592-2388138中国 - 西安 Tel: 86-29-8833-7252中国 - 珠海 Tel: 86-756-3210040
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03/12/14