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ウェアラブル アプリケーションへのリニアバッテリーチャージャと昇圧コンバータの実装

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はじめに

ウェアラブル・フィットネスデバイスとアクティビティモニタの場合、充電時間が短い小型のソリューションが理想的です。ウェアラブルデバイスの人気は、ますます洗練されたマイクロチップとそれを支えるテクノロジーによって勢いづき、過去10年間で急増しました。ウェアラブルデバイスの開発者にとっての課題は、エンドユーザーエクスペリエンスを向上させることで魅力のある追加機能をもつ、快適で目立たないデバイスを作ることです。

最新で人気の高いスマートウォッチには、心臓のリズムの異常を検出する機能など、高度な健康センサやアプリが多数搭載されています。また、心拍数と血中酸素の測定も可能で、さらに健康要因を反映する体温変化のモニタも可能です。それらの中には、ユーザーの睡眠段階を感知したり、高度なトレーニング指標を提供したり、自動車事故などの突然の事故が発生したことを検出できるものもあります。

多くのウェアラブルデバイスには、Bluetooth、Wi-Fi、GPSなどの複数規格のワイヤレス接続も含まれ、データ更新や位置情報を送信します。常時表示オプションのような追加機能は、バッテリー電力をさらに消費します。

図1 : より洗練されたディスプレイによる電力需要増加

新しい機能への要求に加えて、ウェアラブルデバイスの設計者は物流上の課題にも直面しています。これらのソリューションは、ユーザーが着用するものであるため、軽量で耐久性があり、過酷な条件や幅広い温度範囲にも耐えることができなければなりません。さらに、アクティブなライフスタイルを送るユーザーに対応できるよう、迅速かつ安全に充電できなければなりません。また、充電間隔を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。

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ウェアラブルアプリケーション向けリニアバッテリーチャージャIC

バッテリーの寿命は、ポータブルデバイスの成功における最大の検討事項の1つです。

ウェアラブルデバイスには小型で低電力のチャージャが必要なため、MPSはこの電力を最も効果的に供給する方法を検討してきました。そして設計エンジニアは、パワーパス管理を備えた最先端の超低電力リニアチャージャであるMP2703を開発しました。MP2703は、一般的なリニアチャージャの利点をすべて提供するだけでなく、超低電力製品向けに設計されているため、Bluetoothヘッドフォン、ウェアラブルデバイス、さらにはイヤフォンにも使用できます。

リニアチャージャは、費用対効果が高く、シンプルなデザインを誇るため、ウェアラブルデバイスに推奨されます。リニアチャージャは必要な部品が少ないため、製造コストが低くなり、信頼性が向上した、より単純な設計が可能になります。一部のアプリケーションでは、比較的大量の電力を消費し、余分な熱を放出するというリニアチャージャの欠点があります。ただし、低電力アプリケーションの場合、これは問題ではなく、リニアチャージャは最適なオプションとなります。

MP2703は、ウェアラブルデバイスの増大する電力需要を満たすように設計されています。たとえば、欧州連合のe-callイニシアチブでは、すべての新車に自動緊急通報機能の搭載が義務付けられています。これはスマートデバイスにも取り入れられ始めている傾向です。ただし、この機能には最大12Vの動作入力電圧 (VIN) が必要です。MP2703は最大14.4VのVINで動作します。 これは標準の6V VINよりも大幅に高いため、MP2703を傑出した設計の選択肢にします。

小型のQFN-10 (2mm x 2.5mm) パッケージは、フットプリントが大きい (3mm x 3mm) 競合製品に対し、スマートリングにも実装できることを意味します。

前述したように、リニアチャージャを使用する場合の一般的な欠点は、電力損失が大きく、その結果、さらに熱が発生することです。ただし、MP2703はこれを念頭に置いて設計されており、1.78Wの連続電力が可能で、パッケージ、PCB、周囲の空気を通して優れた放熱性をもっています。これにより、MP2703は、設計者が通常冷却に必要となる追加のスペースを気にせずに、最大充電電流1Aの小さな基板領域で使用できるようになります。

図2 : 超低電力ソリューションが必要な3D VRグラス

過熱を防ぐために、MP2703は産業用標準に準拠したバッテリー温度保護機能も備えています。シャットダウンモード時のバッテリーリーク電流は100nAで、ウェアラブルデバイスにとって重要なバッテリー寿命を保護します。バッテリーが最大レギュレーション電圧に達したときのMP2703のカットオフ電流 (終止電流と呼ばれる) は3mAです。これは、ウェアラブルデバイスなどの小型バッテリー駆動アプリケーションにとって、過電圧 (OV) 状態を防ぎ、バッテリー寿命を延ばすために重要です。

ウェアラブルアプリケーション用昇圧コンバータ

ウェアラブルアプリケーション向けにMP2703とうまく連携するもう1つの電源ソリューションは、DC/DC同期整流式昇圧コンバータであるMP28600です。MP28600はVINを目標出力電圧 (VOUT) にステップアップ、または昇圧し、VINがVOUTを超える場合にダウンモードに設定できます。小型のSOT563 (1.6mm x 1.6mm) パッケージにより、ウェアラブルに最適です。

バッテリーの出力がウェアラブルの増大する電力需要を満たすように設計されており、GPSやe-Callなどのアプリケーションを実行するために必要なVINを下回る場合があります。これらのシステムでは、ステップコンバータがバッテリー出力からの電圧をステップアップし、受信デバイスに十分な電力を確保します。

ウェアラブルデバイスが活発に使用されていない場合でも、ユーザーが必要に応じてすぐにオンになり応答できる必要があります。MP28600は超低静止電流 (自己消費電流)、つまり製品が活発に動作していない、スタンバイモードの場合は、消費電力はほとんどありません。ウェアラブルなどのバッテリー駆動デバイスの場合、自己消費電流を考慮することが重要です。これは低自己消費電流では、充電間隔が長くなるためです。

結論

ウェアラブル市場は、デバイスを効率的に充電できるチャージャIC、およびバッテリーと受信デバイス間の電圧をステップアップする昇圧コンバータに依存しています。MP2703とMP28600は、ウェアラブル製品用の充電ソリューションを開発する設計者にとって優れた選択肢になります。これらのデバイスを使用すると、設計者は最終顧客向けに優れたパフォーマンスを備えた費用対効果の高い製品を開発できるからです。

設計のニーズを満たすのに役立つMPSのリニアバッテリーチャージャと昇圧コンバータのその他の製品ラインナップをご覧ください。

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