ウェアラブルアプリケーションのリニアチャージャ

Hank Cao / MPSアプリケーションエンジニア

はじめに

ウェアラブルデバイスはますます私たちの生活に統合されています。フィットネス機器での使用に加えて、医療、エンタテインメント、セキュリティ、金融などの他の分野にも進出しています。すべてのアプリケーションで、バッテリ寿命と部品サイズが2つの重要な懸念事項です

部品サイズに関しては、アプリケーションではウェアラブルデバイス内のメインボードのサイズが小さく、BOMが低い必要があります。つまり、メインボード上の各ICには、小さなパッケージと高度な統合が必要です。たとえば、非常に人気のあるウェアラブルデバイスであるスマートバンドでは、本体のサイズを小さくする必要があります (通常は20mm × 20mm)。本体内のメインボードはさらに小さくなっています。バッテリパックはボードスペースの大部分を占め、部品をボードの反対側に取り付ける必要があり、部品のサイズと高さを大幅に制限します。

このため、チップスケールパッケージ (CSP) は、高さが低くチップスケールレベルであるため、ウェアラブルアプリケーションでの理想的なパッケージの選択肢です (図1を参照)。チップサイズに関しては、最適化された回路設計とプロセスが重要な役割を果たします。

Figure 1: Chip in a CSP Package

図1 : CSPパッケージのチップ

パワーMOSFETと制御回路の高度な集積は、ウェアラブルアプリケーションでボードサイズを縮小するもう1つの方法です。より高度な統合により、メインボード上のICの外部部品の数が減り、全体のサイズが小さくなります (図2を参照)。

Figure 2: Traditional Solution vs. Highly Integrated Solution

図2 : 従来のソリューション対高度に集積されたソリューション

プログラマビリティは、ウェアラブルアプリケーションの重要な機能でもあります。たとえば、充電パラメータは実際のアプリケーションシナリオでプログラムでき、より良い顧客体験を提供します。I2Cインタフェースを備えたバッテリチャージャICは、さまざまな要件を満たす必要があるお客様に最適であり、ホストが充電中の状態や障害を柔軟に監視できるようにすることもできます。

バッテリはウェアラブル機器の重要な部品です。チャージャICは、バッテリに安全に給電する必要があり、理想的には、システムとバッテリの間に個別の双方向制御を備えている必要があります。このように、チャージャICは、システムを最小電圧レベルに調整し、バッテリスイッチをリニアレギュレーターとして操作することにより、バッテリが切れた場合でもシステムに電力を供給することができます。システム負荷が入力ソースの能力を超えると、バッテリはシステムへの電力を補って、短時間でより多くの電力を引き出すことができます。通常、チャージャICは、上記の機能を実現するために、入力電圧および電流ループを使用してパワーパス管理を実装できます (図3を参照)。

Figure 3: Separate System and Battery Control

図3 : 個別のシステムとバッテリ制御

チャージャICは、パワーパスの助けを借りて、バッテリのみが存在する場合に、過電流保護 (OCP) やバッテリの低電圧誤動作防止機能 (UVLO) などのバッテリ放電保護を提供することもできます。システムが制御不能になっているアプリケーションでは、予期しない損傷を防ぐためにシステムをリセットすることが重要です。パワーパスの助けを借りて、チャージャICは、シッピングモード中でもシステムを安全にリセットできます。

ウェアラブルアプリケーションのバッテリは小さいですが (数十mAhから100mAh以上の範囲)、お客様は通常、数日間のランタイムを期待しています。チャージャICは、バッテリのランタイムを延長するために、静止バッテリ放電電流も低くする必要があります。例として70mAhバッテリを使用すると、通常3日間の実行時間が必要になるため、平均消費電流は1mA未満です。10µA未満の静止電流を達成することは、バッテリのみが接続された状態で有効になっているチャージャICにとっては困難です。これは、静止電流が低いとシステムの応答と精度に影響を与えるためです。たとえば、バッテリの低電圧誤動作防止機能 (UVLO) は、バッテリの過放電を防止するための重要なパラメータです。これには、バッテリ電圧を監視し、バッテリMOSFETを制御するために高精度回路をアクティブにする必要があります。

正確な給電電流や給電電圧などの正確な給電制御に加えて、チャージャICには、バッテリ過電圧保護 (OVP)、温度監視、およびその他の堅牢な安全機能も備わっている必要があります。

ウェアラブルデバイスの理想的なソリューションは、小型、低BOM、高集積、柔軟な給電構成、および多数の保護機能を備えています。MPSは、リニアチャージャのMP266xファミリでその理想的なソリューションを提供します。MP266xデバイスは、外部ブロックMOSFETを必要とせず、スタンバイ (バッテリのみ) モードで13µA未満の静止電流を備えた完全に集積された電源スイッチを維持しながら、超小型のWCSPパッケージで提供されます。

結論

小型で静止電流が少ないことは、ウェアラブルアプリケーションのバッテリチャージャにとって重要な懸念事項です。理想的なソリューションは、高度に集積された状態でこれら2つの要件を達成し、さまざまなバッテリで使用するためのプログラム可能な充電パラメータを提供します。MPSのMP266xリニアチャージャファミリは、ウェアラブルアプリケーションのチャージャICに最適なソリューションです。これらのICは、MPSの業界をリードするパワーMOSFETとプログラム可能なアナログ技術を利用して、ウェアラブル設計を最適化します。

リニアチャージャのMP266xファミリの詳細については、リニアバッテリチャージャのページをご覧ください。

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