チャージャICのパワーパス管理

Aaron Xu

本稿では、一般的に使用されるパワーパス管理方式である動的パワーパス管理 (DPPM) について論じます。DPPM制御ループは、入力ソース電流能力と負荷電流レベルに基づいて、給電電流を動的に調整し、特定のソースおよびシステム負荷での最小充電時間を達成します。DPPMを使用すると、入力電源が適用されると直ちに、バッテリが深く放電されても、システムは電力を得ることができます。システムの電圧調整方法についても論じます。

充電式バッテリを搭載したモバイル機器では、外部電源を加えた場合にバッテリを充電するためにチャージャICが必要です。モバイル機器内のシステム負荷は、バッテリ、入力ソース、またはその両方によって、バッテリとシステムの負荷の接続に応じて提供されます。電源の選択を処理するには、パワーパス管理スキームが必要です。

ダイナミックパワーパス管理 (DPPM) は、モバイルアプリケーションでのパワーパス管理に最も一般的な方式です。DPPMの基本的な電源ステージ構造を図1に示します。


NVDC Power Path Management Structure

図1 : NVDCパワーパス管理構造

DPPMシステムでは、システム負荷がシステムバス (VSYS) に接続されています。VSYSは、バッテリFETを介してバッテリから、またはDC/DCコンバータまたはLDOを介して入力ソースから電力を供給できます。入力ソースが使用できない場合、バッテリFETは完全にオンになっているため、バッテリがシステム負荷に電力を供給します。

入力ソースが接続されると、VSYSは入力DC/DCコンバータまたはLDOによって調整されます。同時に、VSYSはバッテリFETを通してバッテリに充電電流を提供します。この充電モードでは、システム負荷を優先し、残りの電力を充電に使用します。充電電流は入力ソース機能とシステム負荷レベルに基づいて動的に調整され、最小充電時間を達成します。

上記の充電プロセス中に、システム負荷が入力ソースの電源機能を超えている場合、VSYSはドロップします。VSYSがDPPMしきい値までドロップすると、DPPM制御ループはアクティブになり、自動的に給電電流を減らし、VSYSがそれ以上ドロップしないようにします。このプロセスはDPPMモードとも呼ばれます。

DPPMモードでは、給電電流がゼロに減少し、システム負荷が入力電源機能を超えている場合、VSYSはドロップを続行します。VSYSがバッテリ電圧 (VBAT) レベルを下回ると、バッテリはバッテリFETを介してVSYSに電力を供給します。これは補足モードと呼ばれます。補足モードでは、入力ソースとバッテリが同時にシステムに電力を供給します。

補足モードに入る前に、バッテリFETがリニアモード (フルにオンではなく、VBATがVSYS_MIN + DV以下である時、または起動中等の時) 、補足モードへの出入りをスムーズに移行するために、MP2624AにあるようにバッテリFETを制御するために理想ダイオードモードが選択されます。

理想ダイオードモードの間、電池FETは理想ダイオードとして作動します。システム電圧がバッテリ電圧より40mVだけ低い場合、バッテリFETをオンとし、バッテリFETのゲートドライバを調整します。バッテリFETの電圧降下 (VDS) は約20mVです。放電電流が大きくなると、バッテリFETが完全にオンになるまで、バッテリFETはより強いゲート駆動と小さなオンステート抵抗 (RDS) を得ます。放電電流が低くなると、理想ダイオードループは、バッテリとシステムの間に20mVの差を保つために、バッテリFETがオフになるまでゲートドライブを弱め大きなRDS(ON) を生成します。

DPPMモードでのVSYSの調整は、システム要件に応じて柔軟に適用できます。システムへの入力からのフロントエンドコンバータがLDOである場合、VSYSをシステム要件を特別に満たすレベルに設定できます。例えば、VSYSは MP2661の場合は4.65V、MP2660の場合は5.0Vです。

入力からシステムへのフロントエンドコンバータがDC/DCコンバータの場合、VSYSは通常、効率を向上させるためにバッテリ電圧に追従するように設定されます。これは一般に、狭電圧DC (NVDC) と呼ばれます。

DPPM制御には、いくつかの利点があります。まず、バッテリが使い果たされているかどうかに関係なく、入力ソースが供給されると、システムは即座に電力を取入れます。次に、充電電流は入力ソースとシステム負荷に基づいて動的に調整され、最小充電時間を達成します。

DPPM制御の制限は、異なる動作モード間の円滑な移行を確実にするために複雑であるという事実に基因します。通常、バッテリFET制御には、VSYSループ、理想ダイオードループ、充電電圧、充電電流ループが必要です。

結論

DPPM制御を使用すると、バッテリが使い果たされても、入力ソースが供給されると直ちにシステムが電力を取得できます。DPPM制御付きチャージャICは、入力ソース電流機能を十分に活用するために充電電流を最適化することもできます。DPPMの制御は複雑ですが、MPSのMP2624AMP2660など、電源の選択が必要なチャージャICで広く使用されています。

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