革新的なパワーパス管理を備えた高集積バッテリ給電ソリューション
2019年10月7日 - バッテリ駆動機器のコンパクトなデザインを実現するために、バッテリは通常取り外しできず、容量はバッテリ用に確保されたスペースによって制限されます。機器はますます多くの電力を消費する機能を備えて構築されているため、機器の稼働時間は大きな懸念事項です。バッテリ駆動機器の携帯性を向上させるために、より大きなバッテリ容量を備えた別の補助充電機器がよく使用されます。これには、スマートフォン用のモバイルバッテリ、イヤホンや電子タバコ用の充電ケースが含まれます。
モバイルバッテリは、携帯機器のパフォーマンスに対する需要の高まりとバッテリのサイズと容量の制限とが対立する要因であったため、長年にわたって補助充電機器として人気がありました。しかし、モバイルバッテリが優れた性能を発揮するためには、コンパクトな設計 (軽量化) と高効率 (動作時間の延長) がますます求められています。他の機器の充電ケースにも同様の状況があります。
従来の解決策は、個別の充電機器 (リニア充電ICまたはスイッチング充電IC) と、それぞれ電力入力および出力として機能するブロッキングFETを備えた昇圧コンバータを使用することです (図1を参照)。ただし、これは消費者やメーカーの要求を満たすための理想的なソリューションではありません。
図1: 従来のIC充電器と昇圧コンバータ
新しいイノベーション
MPSのMP2696Aは、柔軟な構成、豊富な機能、高効率を備えたシングルセル用パワーマネジメントICです。MP2696Aは、可能な限り多くのアナログ回路を集積し、シンプルで経済的なシングルチップのマイクロコントローラ (MCU) で動作して、携帯電源製品に非常にコンパクトなソリューションを提供します (図2を参照) 。
図2: 双方向操作モード付きの高度な集積
従来のソリューションと比較して、顧客のために1つのスイッチングチャージャ、1つのインダクタ、および1つのUSBインタフェースICを節約できます。
MP2696Aは、効率とパフォーマンスを向上させる多くの機能を提供します。
- 単一インダクタを使用して充電と放電をサポートする双方向動作モード
- 集積パス - 保護機能および独立した制御付きパス
- プログラム可能なJEITAバッテリ温度保護しきい値
- 導通抵抗の低いFETを搭載
- 集積されたプログラム可能な入力電流制限と入力電圧制限
- 負荷が接続されていない場合、自動的にスリープモードへ移行
- スマートフォン接続時に自動的にINT出力
- スマートフォンに最大電力を出力する統合列挙インタフェース
MP2696Aは、I2Cインタフェースを介してMCUと通信します。給電モードまたは昇圧放電モードで双方向動作が可能であるため、モバイルバッテリおよび充電ケースのアプリケーションに非常に適しています。動作モードやパラメータはMCUで柔軟に設定できます。動作ステータスと障害イベントは、ステータスレジスタと障害レジスタによっても示されます。
給電モード
MP2696AはUSB入力用に設計されており、最大16Vの入力電圧に耐えることができます。USBポートの標準入力電圧は5Vであるため、ICの定格電圧により、ケーブルプラグに高いサージ電圧が発生した場合でも、モバイルバッテリの堅牢性が保証されます。
当ICには、プログラム可能な入力電流制限と入力電圧制限があります。最大3Aの入力電流制限により、MP2696Aは15WのType-Cポートの電気的特性要件に準拠できます (図3を参照)。MCUとともに、入力電源に基づいて入力電流を制限し、BC1.2およびUSB Type-Cの仕様を確実に満たすようにします。
追加の入力電圧制限のおかげで、MP2696Aは最適化された給電電流でバッテリを充電し、どのタイプのアダプタが適用されているかに関係なく充電時間を短縮します。
図3: 給電モードでの電力フロー
放電モード
MP2696Aは、昇圧モードで逆方向に動作して、SYS端子で最大3.6Aの5V出力を提供できます (図4を参照) 。また、出力ケーブルの電圧降下補償機能と、負荷電流が出力電流制限設定を超えたときに出力電流を調整する出力電流ループを備えています。負荷電流が増加すると、MP2696Aは出力電圧をわずかに増加させて、ケーブル後の出力電圧が一定になるようにし、補償値をプログラムできるようにします。
内蔵FETの抵抗が極端に低いということは、MP2696Aが卓越した効率で動作することを意味し、非常にコンパクトな設計でのアプリケーションに適しています。
図4: 放電モードでのパワーフロー
図5: 放電モードの効率
保護と独自のスマート検出
MP2696Aは、すべてのモードで堅牢な保護を提供します。給電モードでは、入力過電圧保護、バッテリ過電圧保護、充電安全タイマ、およびウォッチドッグタイマがあります。放電モードでは、バッテリの不足電圧ロックアウトと出力短絡保護があります。これらのハードウェア保護は、MCUソフトウェアに障害が発生した場合の安全な充電を保証します。
バッテリ駆動の携帯機器では、バッテリ温度の監視と保護がますます重要になっています。さまざまなバッテリ温度条件での充電を最適化するための電子情報技術産業協会 (JEITA) 規格は、バッテリ充電アプリケーションで必須の機能になりつつあります。MP2696Aは、このJEITA規格をサポートするだけでなく、プログラム可能な保護温度ポイントと、暖かい温度範囲と冷たい温度範囲内のアクションも提供します (図6を参照)。MP2696Aは、サーミスタ値が温度とともに変化するため、バッテリ温度情報についてNTCピンとVNTCピンの間の電圧比を監視します。次に、MP2696Aは、測定された比率をその内部比率の差と比較して、温度範囲を決定し、充電電圧と電流を調整する方法を決定します。したがって、お客様は、ボード上の抵抗分割を変更することなく、I2Cレジスタを変更して温度しきい値を調整できます。この方法でI2Cレジスタを構成すると、ソフトウェアエンジニアはMCUコーディングの労力を大幅に節約できます。
図6: 温度保護
負荷電流がプログラム可能なしきい値を下回ると、MP2696AはMCUに負荷が外されたことを通知し、MCUが昇圧放電を無効にしてスタンバイモードに入ることができるようにします。MP2696Aは負荷接続も検出し、MCUに報告します。その時点で、MCUは応答し、昇圧放電を起動します。これにより、負荷接続を検出するために多くの外部の個別部品が不要になります。
MP2696Aは、充電中または放電中の実際のバッテリ電流情報を提供するためにIBピンにアナログ出力も提供します。これにより、MCUはバッテリの容量をより正確に推定できます。
結論
MP2696Aは、シンプルなMCUとともに、モバイルバッテリまたは充電ケースアプリケーション向けのコンパクトな設計ソリューションを提供します。低オン抵抗のパワーFETを集積して双方向動作をサポートし、負荷接続検出回路とUSBダウンストリーム列挙インタフェースをサポートします。これにより、非常にコンパクトな設計と低いBOMコストが可能になります。このデバイスには、プログラム可能なJEITA温度保護しきい値があり、さまざまなバッテリ特性要件、卓越した効率性能、および多くのハードウェア保護を簡単に満たすことができます。何よりも、MP2696Aは使いやすく、提供されている参照設計に従って設計の労力を節約できます。_______________________
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