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昇圧コンバータの静止電流とシャットダウン電流を理解する

Vince Wen


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はじめに

バッテリー駆動のアプリケーションの場合、すぐれたユーザーエクスペリエンスは、長いバッテリー寿命と高性能端末デバイスに依存します。静止電流 (自己消費電流) は、これらのアプリケーションを最適化する際に考慮すべき重要なパラメータです。特に、向上した自己消費電流はバッテリー寿命を延ばします。

本稿では、昇圧コンバータの自己消費電流およびシャットダウン電流 (ISD) 間の違いについて説明し、自己消費電流とISDがバッテリー駆動のアプリケーションでどのように活用できるかをより深く理解します。

バッテリーの種類

多くのバッテリー駆動アプリケーションでは、1本の単三電池からの1.5Vの出力電圧 (VOUT) のように、バッテリー出力は比較的低いものです。一方、バックエンドICまたは補助回路には、より高い入力電圧 (VOUT) が必要です。これらのシステムでは、ステップアップコンバータ (昇圧コンバータとしても知られる) は通常、バッテリー出力からの電圧をステップアップするために使用されます。それ以外の場合では、ICまたは補助回路用のVINは不足します。

図1は、円筒型バッテリー、コイン型バッテリー、電話 / タブレット用バッテリーなど、いくつかの異なる電池の種類を示しています。

図1 : バッテリーの種類

表1に、バッテリーの種類とその標準的な出力電圧を示します。

表1 : 電池の種類とその代表的なVOUT

種類 / スペック 円筒形バッテリー 円筒形バッテリー 電話 / タブレット用バッテリー
NiMH リチウム鉄 リチウムイオン NiCd CR SR LR リチウムイオン
VOUT 1.2V 1.5V 3.7V 1.2V 3V 1.55V 1.5V 3.7V
サイズ A、AA、AAA、AAAA、C、D、N、F 不定

アプリケーションのニーズに基づいてバッテリーを選択する必要があります。ただし、これらのバッテリーでの最大VOUTは3.7Vであり、多くのアプリケーションには不十分な場合があります。これが、昇圧コンバータが重要になる場合です。

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昇圧コンバータ

MPSは、バッテリーのVOUTをステップアップするために使用でき、受信システムに十分なVINを提供できるさまざまな同期整流式ステップアップ (昇圧) コンバータを提供します。本稿の残りの部分では、超低自己消費電流、同期整流式昇圧コンバータであるMP28600を使用しながら、昇圧コンバータのISDと自己消費電流 (Iq) の違いに焦点を当てます。MP28600は、nAレベルの静止電流と小型のSOT563 (1.6mm x 1.6mm) パッケージを備えたまったく新しいICソリューションです。ウェアラブルデバイス、産業用センサー、バッテリー駆動のハンドヘルド医療機器に最適です。

シャットダウン電流 (ISD)

ISDは、ICのスイッチがオフでバッテリーがまだシステムに接続されている場合に、ICがバッテリーから引き出す電流です。MP28600のイネーブル信号が0Vに設定され、3.3VのVINでバッテリーに接続されている場合を考えてみましょう。ISDは入力で測定された電流です (図2参照)。

図2 : ISDの測定SD

シャットダウンしてもICが電流を消費する理由はわかりにくいかもしれません。これは、起動ループなどの一部の内部回路が依然として少量の電力をグランド (GND) に漏洩しているためです。この漏れによりバッテリー電流が消費されます (図3参照)。

図3 : IC回路のISD

次の実際の例を考えてみましょう。店舗でバッテリー充電式の電気デバイスを購入し、そのデバイスがかなり長い間棚に置かれていた場合、十分に充電されるまで電源を入れられない場合があります。これは、ICがバッテリーから一定アンペアの電流を継続的に消費するためです。さらに、適切な保護がなくバッテリーが過放電すると、バッテリーが損傷し、フル充電容量が低下する可能性があります。

静止電流 (自己消費電流)

自己消費電流は、ICがイネーブルの場合 (ただしスイッチングはしていないとき)、または負荷がかかっていない場合にICによって消費される電流です。この電流は、動作静止電流、スタンバイ電流、スリープモード電流とも呼ばれます。

たとえば、MP28600のイネーブル信号を5Vに設定します。ICは、3.3VのVINをもつバッテリーに接続されています。自己消費電流は、MP28600の入力電圧ピンからの測定電流です (図4参照)。

図4 : 自己消費電流の測定

ISDと同様に、自己消費電流がある理由を理解するのは難しいかもしれません。負荷がなく、ICがほとんどスイッチングしていない場合でも、デバイスの基本機能を維持するために内部回路の一部が動作し続けます。これには微量の電流が必要です。図5は、電流を消費する制御ループを示しています。

図5 : IC回路の自己消費電流 (IQ)

セキュリティセンサを使用した次の実際の例を考えてみましょう (図6参照)。自己消費電流はスリープ状態で実行されるアプリケーションには不可欠です。99%の確率で、セキュリティセンサは、アラームをトリガーするオブジェクトまたは危険な状態を検出しませんが、シャットダウンはできません。この状況では、センサはスリープモードで動作し、必要な場合にのみ起動できます。スリープモードの間、ICはバッテリーから微量の電力を消費します — この電流は動作中の自己消費電流です。自己消費電流が小さいほど、バッテリ寿命が長くなります。

図6 : セキュリティセンサ機能

結論

本稿では、 バッテリー駆動アプリケーションで最適化できる静止電流とシャットダウン電流の違いについて説明するためにMP28600、ステップアップ (昇圧) コンバータを使用しました。モノのインターネット (IoT) デバイス、ポータブルアプリケーション、医療機器、産業用センサーの進化に伴い、電気デバイスがよりインテリジェントで多様になるにつれて、低消費電力と小型サイズが最も重要になります。

MPS は、あらゆるアプリケーションのニーズを満たすコンバータの堅牢なポートフォリオを提供します。

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