USB PDコントローラとステップダウンコンバータの使用事例: 電動工具

事例

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動力工具には、ハンドヘルド、携帯機器、または据付工具があります。動力工具のバッテリー電源の普及により、ユーザーに機動性の向上、稼働時間の長期化、パフォーマンスの向上を提供し産業は大変革を遂げました。一部の電動工具メーカーは、チャージャや電源アダプタにUSB Type-CポートとUSB Power Deliveryポートを搭載し始めています。これらのチャージャは、動力工具のバッテリーと、スマートフォン、タブレット、その他の低電力アクセサリなどのUSB Type-C対応デバイスを同時に充電できます (図1参照)。

USB Type-CまたはUSB PDポートを備えた動力工具の場合、デバイス間の電力供給をネゴシエートし、バッテリーソースと動力工具間の電圧または電流レベルを管理してバッテリーやデバイスの損傷を防ぐソリューションが不可欠です。

この使用事例では、MPSのMPF52002、MP4248、そしてMP4581の適用について検討します。これは動力工具アプリケーションで利用して全体的なソリューションを完成させることができます。USB PDコントローラにより、ICはUSB Type-C接続を介して電力をネゴシエートして供給できるようになります。これはより高速な充電とより高い電力伝送能力を実現します。一方、非常に低い静止電流で、高効率な降圧コンバータはシステム内の他のレールに電力を供給し、バッテリー電力を拡大します。

MPF52002は32ビットARM Cortex-M0マイクロコントローラを搭載した高度に機能集積したUSB PDコントローラです。このICは、自動デュアルロール電源 (DRP) トグルまたはシンクポートに対応し、CCピンはファームウェアの更新に対応します。MPF52002 は QFN-24 (4mm x 4mm) で提供され、次の機能があります。

• 放電機能を備えた標準電力範囲 (SPR) モードで3.3V～21Vのバス電圧 (V_BUS) 範囲
• 外部V_BUS分圧器抵抗を備えた拡張電力範囲 (EPR) モードの最大48V V_BUSに対応
• 4.6V～5.5Vの入力電圧 (V_IN) 範囲
• PPS付きUSB PD3.1、USB Type-C 2.1、TCPC2.0に準拠
• ディスプレイポート用のUSB PDオルタネートモードに対応

MP4248は2つのローサイド電源スイッチを内蔵した降圧昇圧コンバータです。このICは、特定の入力電源範囲内で最大140Wのピーク出力電力をすぐれた効率で供給することができます。MP4248には、次のような利点もあります。

• 3.6V～36Vの起動入力電圧範囲
• 1％の精度で1V～36Vの出力電圧 (V_OUT) 範囲
• 最大98%のピーク効率
• 正確な出力電流 (I_OUT) モニタ (IMON) 機能
• USB PD3.1 EPR AVSおよびPPS仕様に適合
• QFN-20 (3mmx5mm) パッケージで提供

MP4581は、小型のSOIC-8EPパッケージにパワーMOSFETを備えた高効率で、超低静止電流 (自己消費電流) の、同期整流ステップダウンコンバータです。コンバータはバッテリー電圧を調整して安定した電力供給を実現し、動力工具の全体的なバッテリー寿命を延ばします。MP4581の付加機能は以下のとおりです :

• 8V〜100VのV_IN範囲
• 1V〜30VのV_OUT範囲
• 15µA代表的な自己消費電流
• 2µAの最大シャットダウン電流 (I_SD)

MPF52002、または、MP4581の詳細、およびこれらの製品を使用できるその他のアプリケーションについては、USB充電ポートとステップダウンコンバータのページをご参照ください。表1に、その他の関連ソリューションを示します。

表1: 関連ソリューション