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MPSの電源ICでEバイク産業を加速

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はじめに

電動自転車は、より高い電力密度、より長いライフサイクル、および向上した安全性に対する要求を満たすためにリチウム電池を統合しています。モノのインターネット (IoT) などの新しいインフラストラクチャにより、電動自転車は、ハードウェアの組み立てからサービスシステムまで、急速な発展に直面しています。本稿では、電動自転車を向上し再定義する簡単な方法を提供するMPSの電力製品の概要について説明します。

マルチストリング・リチウム電池用の新しいエネルギーメータリング・ソリューション

バッテリー管理システム で、バッテリーパックの内部状態を正確に推定することは、最大の課題の1つです。バッテリーの状態を正確にモニタできるソリューションを実装することは、デバイスの性能とユーザーエクスペリエンスを向上させるために重要です。

MP279xバッテリーモニタ・ファミリは、最大16個の直列セルまでのリチウムイオンバッテリーストリングに対する完全なアナログフロントエンド (AFE) モニタリングおよび保護ソリューションとして設計されています。MP279xファミリは、次の機能を提供します。

  • ±5mVセル測定精度 (25℃)
  • 同期電流およびセル電圧測定
  • 充電および放電制御用のハイサイドNチャネルMOSFETドライバ
  • 広範で設定可能なハードウェア保護
  • クーロンカウント
  • パッシブ・バランシング

MPF4279xバッテリーモニタ・ファミリは、最大16個の直列セルのリチウムイオンバッテリーストリングに関する重要なバッテリー情報を非常に正確に推定します。MPF4279xファミリは、次の機能を提供します。

  • パックおよび個々のセルの充電状態 (SOC)
  • パックおよび個々のセルの健康状態 (SOH)
  • 残り稼働時間と充電時間
  • 瞬間的に利用可能な電力

図1 : MP297xファミリおよび MPF4279xファミリに基づく BMS機能ブロック図

600W、高電力密度のバッテリー充電ソリューション

リチウムイオンバッテリーパックの急速な発展に伴い、ハイパワー充電アダプタの需要が主流になりました。従来のフライバックアーキテクチャは、高電力アダプタの周波数、効率、および電力密度の要件を満たすには不十分であることが証明されています。これらの要件を満たすために、MPSはHR1211を高性能、デジタル、PFC および LLCコンボコントローラとして提供します。

図2は、EVHR1211-Y-00Bのためのリファレンスデザインボードを示し、HR1211、HF500-15、MP6925AとMP2009を含みます。

図2 : EVHR1211-Y-00B リファレンスデザインボード

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図3は、この設計の機能ブロック図を示します。

図3 : 機能ブロック図

HR1211の統合されたPFCコントローラは、優れた力率レベルを維持しながら、低周波フィルタの要件を排除します。

MP6925Aは、同期整流方式を備えた関連ソリューションで、二次側ダイオードを置き換えます。これにより、効率が大幅に向上し、定電流 (CC) および定電圧 (CV) 制御によってバッテリーが適切に充電されます。その結果、このソリューションはより高い電力密度を実現し、ソリューション全体のコストを削減します (図4参照)。

図4 : EVHR1211-Y-00B リファレンスデザインの600W充電ソリューションの性能

100V、高効率ステップダウンコンバータ

現在、バッテリーパックの定格電圧は、電動自転車用の48Vから、軽電動バイク用の少なくとも60Vまでの範囲です。BMS方式でモータの逆起電力 (EMF) を考慮する場合、ボード上のメイン制御と通信に電力を供給するには、通常、最大100Vに耐えることができるパワーチップが必要です。

図5は、 0.8Aの負荷電流能力で100Vに耐えることができる同期整流式ステップダウンコンバータであるMP4581を示します。

図5 : MP4581アプリケーション回路

MP4581は、最大100Vの入力電圧 (VIN) をサポートします。また、軽負荷時に自動的にパルススキップモード (PSM) に移行し、動作効率を向上させることもできます。MP4581は、非常に低い静止電流 (自己消費電流) をもった15µAの低い待機消費電力を実現します。図6に、類似部品とMP4581の自己消費電流の比較を示します。 

図6 : MP4581の低い自己消費電流

図7に、 MP4581の効率曲線を示します。

図7 : MP4581の効率曲線

小型ソーラーパネル用の最大電力点追従 (MPPT) アルゴリズムの実装

リチウム電池の充電方式

移動手段として、アプリを使って自転車を特定の時間と距離でレンタルできるバイクシェアリングサービスを利用する人が増えています。バイクシェアには通常、中央制御ユニットに電力を供給する小さな太陽光発電パネル (ソーラーパネルの一種) に加えて、バッテリーが装備されています。

太陽光発電充電システムでは、2つの重要な設計上の問題として、太陽光発電パネルがバイクシェアの中央制御システムに最大の電力を供給できるようにすることと、バックアップバッテリーを制御して光の量が不十分な場合に電源をシームレスに切り替えることが含まれます。

MP2731は、シングルセルリチウムイオン電池充電管理ソリューションで、太陽光発電入力アプリケーションに完全に適合します。図8は、MP2731の機能ブロック図です。

図8 : MP2731の機能アーキテクチャ

MP2731には、その最先端機能の中でも3つの重要な利点があります : 統合された、設定可能なVINループ、内蔵アナログデジタルコンバータ (ADC)、および狭電圧DC (NVDC) パワーパス管理です。これらの機能について以下で説明します。

  1. 設定可能なVINループ : VINをコントロールすることで、太陽電池パネルの出力電圧 (VOUT) を簡単に調整できます。
  2. 内蔵ADC : VINと入力電流を収集してデジタル情報に変換し、レジスタに格納します。これにより、ホストコンピュータは太陽光発電パネルの出力電力 (POUT) と入力電流を収集してデジタル情報に変換し、レジスタに格納します。これにより、ホストコンピュータは太陽光発電パネルの出力電力
  3. NVDCアーキテクチャ : NVDC電源管理により、システムは太陽光発電パネルまたはバックアップバッテリーを電源として使い、シームレスに切り替えることが可能になります。

MP2731を備えた太陽光発電充電スキームは、追跡精度は最大96.8%で、太陽光発電パネルの最大POUTを効率的に追跡できます。(図9参照)

図9 : MP2731評価ボードと測定されたMPPTトラッキング精度

結論

電動自転車とバイクシェアリングサービスが普及するにつれて、MPSはHR1211、MP6925A、MP4581、MP2731などのMPF4279xファミリ製品で電動自転車の波をリードしています。コントローラからバッテリーチャージャ、コンバータまで、MPSは設計プロセスの複数の段階で電動自転車ソリューションを向上できます。

電池残量計ソリューションの詳細については、すべてのMPF42790を使用したバッテリー管理残量計ソリューションをご覧ください。

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