MP8859: I2C制御を備えた統合DC/DC昇降圧コンバータ

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MP8859は、4つのスイッチを備えた同期整流昇降圧コンバータです。2.8Vから22Vまでの(電流は最大4A)の幅広い入力電圧範囲、出力電圧は10mVステップ(最大3Aの電流)で1Vから20.47Vまでの範囲でサポートしています。動作パラメータは、MP8859の使いやすいI2Cインタフェースを介して簡単に設定できます- これらの機能は、USB電源デバイス(PD、およびバッテリ駆動ポータブルデバイス)に適しています。

USB PDアプリケーションでは、通常、接続されたエンドデバイスに基づいて、5Vから20V (例: 5/9/15/20) の間の出力電圧が必要です。コンバータの入力電源電圧は、12V (例えばラップトップの内部USB PDポート) に固定されるか、または電圧源が内蔵バッテリパック (例えばUSB PDポータブル充電器) であれば変化する場合があります (図1参照)。エンドデバイスはケーブルを介してUSBソケットにホットプラグを差し込むことが多いため、昇降圧コンバータは負荷の急激な変化に対処するために高速な動的応答を持っている必要があります。電圧降下補償は、USBケーブルの抵抗によって生じる電圧降下を管理します。

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図1: USB PDチャージャ

多くのバッテリ駆動ポータブルデバイスでは、安定した固定出力電圧を生成するためにDC/DC、ステップダウン / アップの昇降圧トポロジーが必要です。バッテリパックを使用すると、最初は開始電圧が出力電圧を超え、バッテリが放電するに従って出力電圧を下回る可能性があります。

その一例がデジタルカメラで、DC/DCコンバータは光学ズームモータに電力を供給する必要があります。カメラは、高速ズームを行うには、高い瞬時電流で定電圧を提供する必要があります (図2参照)。バッテリ電圧は残量によって変化するため、昇降圧コンバータは、良好なダイナミックレスポンスと降圧とブーストモード間のシームレスな移行を提供することで、信頼性の高い動作を提供できます。

MP8859は、このようなアプリケーションの広い範囲に適した集積昇降圧コンバータです。

機能と利点

  • 広い2.8Vから22Vの動作入力電圧範囲
  • I2C経由で10mVの分解能を備えた1Vから20.47Vまでの出力電圧範囲(既定値5V)
  • 3A 出力電流または 4A 入力電流
  • 90mΩ / 50mΩの低RDS(ON)の内蔵パワーMOSFET
  • 500kHzスイッチング周波数
  • ヒカップモードでの出力過電圧保護(OVP)
  • ヒカップモードによる短絡保護 (SCP)
  • 過熱警告とシャットダウン
  • ALT ピンを備えた I2Cインタフェース
  • 4 つの構成可能な I2Cアドレス
  • 既定設定用の1回限りのプログラマブル (OTP) 不揮発性メモリ
  • I2C 構成可能なラインドロップ補正、PFM / PWMモード、ソフトスタート、過電流保護 (OCP)
  • ENシャットダウン、設定可能な出力放電
  • QFN-14 (3mm x 3mm) パッケージで提供
  • li認定、li2367:E322138 li60950-1/ li60950-1-07:E500002-A1-CB-1
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図2: ズーム付きデジタルカメラ


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図3: MP8859ブロック図

動作原理

このデバイスは、降圧モードで定時オンタイム (COT) 制御を使用し、昇圧モードで定時オフ時間制御を使用し、高速負荷過渡応答とスムーズな昇降圧モード遷移を提供します。MP8859は出力負荷に基づいてパルス周波数変調 (PFM) モードとパルス幅変調 (PWM) モードの間で自動切り替えを行うか、またはデバイスを強制PWMモードに設定することができます。自動PFM / PWMモードは、ライトロード効率を最大化するのに役立ち、強制PWMモードは最も低い出力リップルを提供します。設定可能な出力一定電流制限は、アプリケーションに追加の機能を提供します。

図4は、4つの内部MOSFETブリッジと外部インダクタの構造を示しています。VINがVOを超えると、コンバータは降圧モードで動作します。VINがVOに近づくと、昇降圧モードで動作し、VINがVOを下回ると、昇圧モードで動作します (図5参照)

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図4: トポロジー

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図5: 動作モード

MP8859には、デモボード、USBからI2Cへの通信インタフェース、およびGUIソフトウェア (図6を参照) を含む評価キットがあります。詳細については、こちらをご覧ください。

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図6: MP8859 評価キット

MP8859のパフォーマンス

MP8859は、MPSの高度な半導体プロセスを使用して、高い変換効率を実現します。入力電圧が12V、出力電圧が9V / 1.5Aの場合、強制PWM降圧モード (図7を参照) の間、効率は97%と高くなります。

図7: 効率曲線 (VIN = 12V、VOUT = 5Vから20V、強制PWMモード)

 

入力電圧が5V、出力電圧が9V / 0.5Aの場合、強制PWM昇圧モード (図8参照)では効率は96%と高くなります。

図8: 効率曲線(VIN = 5V、VOUT = 5V~9V、強制PWMモード)

高出力電圧の安定性を確保するために、MP8859は全負荷時に±0.10%以内の負荷規制を維持できます (図9を参照)

図9: 負荷調整 vs. 負荷電流

初期値のデバイスパラメータ

MP8859のワンタイムプログラマブル (OTP) の不揮発性メモリは、スタートアップ時にロードされる構成可能なデバイスオプションのそれぞれについて既定設定を保存します。工場出荷時の初期値はMP8859データシートにあります。

これらの初期値に対するお客様独自の変更は、リクエストによっては対応可能ですが、ケースによります。MPSのFAEまでご相談ください。

結論

MP8859は、3Aまでの出力電流を必要とするさまざまなUSB PDまたはポータブル・バッテリ機器に最適な用途の広い昇降圧コンバータです。I2Cが設定可能なため、評価をスピードアップし、設計時間を短縮しながら、簡単に調整できます。

 

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