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MP2659 リファレンスデザイン: 12V鉛蓄電池給電ソリューション

リファレンスデザイン

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1 概要

1.1 説明

鉛蓄電池は、安定した電圧、低価格、簡単なメンテナンス、高い信頼性などの利点から、バッテリ駆動機器に広く使用されています。ただし、鉛蓄電池に給電するアプリケーション用に特別に設計されたICは市場にほとんどありません。

このリファレンスデザインは、鉛蓄電池への給電ソリューションを紹介しています。このソリューションでは、3セル～6セルの直列リチウムイオンまたはリチウムポリマーバッテリパックを備えた携帯機器用に設計された高度に集積されたスイッチングチャージャであるMP2659を使用します。

1.2 特徴

  • 最大36Vの動作入力電圧
  • スイッチングしない場合の最大持続可能電圧: 45V
  • 最大3Aの給電電流
  • 1セル、12Vの鉛蓄電池用
  • 0.5%の基準電圧精度
  • 入力電流制限レギュレーション
  • 最小入力電圧レギュレーション
  • 給電動作インジケータ
  • 使用できなくなったバッテリの回復
  • バッテリの過電圧保護 (OVP)
  • 設定可能な安全タイマ
  • バッテリNTC温度監視

1.3 アプリケーション

  • 産業用医療機器
  • 動力工具
  • ロボットおよびポータブル掃除機
  • ワイヤレススピーカー

2 リファレンスデザイン

2.1 ブロック図

図1に、鉛蓄電池用の高度に集積されたスイッチングチャージャのブロック図を示します。このアプリケーションは、40Wの出力機能と最大36Vの入力電圧を備えています。鉛蓄電池のレギュレーション電圧を調整するには、分圧回路の抵抗を調整します。

図1: ブロック図

2.2 関連ソリューション

このリファレンスデザインは、次のMPSソリューションに基づいています。

MPS IC 説明
MP2659 36V、MOSFETを内蔵したスタンドアロンのスイッチングチャージャ、3セル～6セルの直列バッテリ用

表1: システム仕様

2.3 システム仕様

パラメータ 仕様
入力電圧範囲 4.5V～36V
出力電圧 最大14.4V
最大出力電流 3A
スイッチング周波数 680kHzまたは350kHz (公称条件下)
効率 92%以上

 

表2: システム仕様

3 デザイン

3.1 設計方法

図2は、OR選択パワーパス管理を使用して鉛蓄電池に給電するためのアプリケーション回路を示しています。回路の電力段は、1つのインダクタ (L1) と3つのコンデンサ (CIN、CPMID、およびCBATT) を使用します。外付け部品を追加することで、パワーパス管理を備えた完全な給電機能を実装できます。

図2: アプリケーション回路

OR選択パワーパス管理は、2つのPチャネルMOSFETとその他の部品 (ZD1、ZD2、D1、抵抗など) を使用して実現できます。入力ソースがない場合、QBATTがオンになり、バッテリからシステムにエネルギーが転送されます。入力ソースが存在する場合、QBATTオフとなり、システムの電源がQINからの入力源によって供給されます。

MP2659は、3セル～6セルの直列のリチウムイオンおよびリチウムポリマー電池用に設計されています。各セルには、調整済みのバッテリ電圧 (3.6V、4.15V、4.2V、または4.35V) があります。鉛蓄電池に給電するために、抵抗分割器 (R1およびR2) を使用して設定できる特定の調整済みバッテリ電圧があります。R1およびR2は、式 (1) で計算できます。

$$\frac {R_{2}} {R_{1} + R_{2}} = \frac {V_{BATT\_REG}} {V_{BATT\_TERM}}$$

ここで、VBATT_REG=セル数にVBATT_CELL(CELLピンとVBピンで設定) をかけたもので、VBATT_TERMは鉛蓄電池の終端電圧です。R1は、2kΩのと5kΩの間の範囲であるべきです。

3.2 回路図

図3: MP2659ソリューションの概略図

図3に、MP2659ソリューションの概略図を示します。この回路図面を作成するには、以下のガイドラインに従ってください。

  1. この回路は、VIN20V以下のアプリケーションで安全に動作します。
  2. VINが20Vを超えるアプリケーションの場合、VINとGNDの間に47μF以上の電解コンデンサを配置します。VINとPMIDの間に電流容量の大きいショットキーダイオード (B240Aなど) を追加します。電圧スパイクが45Vに達した場合は、TVSダイオードを使用してVIN電圧をクランプします。
  3. バッテリ挿入中のPMIDの電圧スパイクを考慮してください。電圧スパイクが45Vに達した場合は、追加のTVSダイオードを加えてPMID電圧をクランプします。
  4. この評価ボード上のインダクタは fSW = 680kHzまたはICC < 2.2Aである用途で使用することができます。fSW = 350kHzとICC > 2.2Aである用途のために、より高いインダクタンスまたは高い飽和電流のインダクタを選択します。 
  5. 部品の選択情報の詳細については、MP2659データシートを参照してください。

表3に、VINが20Vを超えるアプリケーションに推奨される部品を示します。

ピン 条件 推奨事項
IN 20V以下の入力 アダプタアプリケーション用に1μF / 50VセラミックコンデンサをINピンに追加します。ソーラー用途には、47μF以上のコンデンサを追加してください。
20V以上の入力 INピンに47μF / 50Vの電解コンデンサを追加します。VINホットインサーション試験中にIN電圧がピンの最大電圧定格を超える場合は、TVSダイオードが必要です。
BATT 3セルまたは4セル 10μF / 50VのセラミックコンデンサをBATTピンに追加します。
5セルまたは6セル TVSダイオードまたは47μF以上の電解コンデンサをBATTピンに追加します。
PMID - PMIDピンに2.2μF / 50Vセラミックコンデンサ (1206サイズを推奨) を追加します。INからPMIDに2A / 40Vショットキーダイオードを追加します。VBATTホットインサーション試験中にPMID電圧がピンの最大電圧定格を超える場合は、TVSダイオードが必要です。

 

表3: 部品の選択

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