ポータブル電源設計ガイド - microchip...

アナログ/インターフェイスソリューション

www.microchip.com/analog

ポータブル電源設計ガイド

ポータブル電源設計ガイド2

設計ガイド概要と目次

DC/DC 変換降圧型スイッチングモードコンバータ

ポータブル機器向け電源設計には、特有の難しさがあります。まず、革新的で小型の電子機器を開発するには基板面積を抑えたソリューションが必要です。ポータブル機器で長いバッテリ動作時間を実現するには、電力変換効率を高める事とスタンバイ時の消費電力を抑える事が求められます。さらに、バッテリ放電中に一定の電力レベルを維持するために、多セルバッテリパックでは降圧型変換、単セルバッテリでは昇圧型変換が必要です。製品によってはマイクロコントローラ、センサ、RF 信号処理に定電圧調整が必要であり、回路によってはバックライトまたはバッテリ充電に定電流調整が必要です。こうしたポータブル機器向け電源設計の課題を解決するため、Microchip 社は小型パッケージ、高効率、低スタンバイ電力、高精度、多用途なソリューションを幅広く提供しています。

目次降圧型スイッチングモードコンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2リニア (LDO) レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9昇圧型スイッチングモードコンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12バックライトソリューション : スイッチングレギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17バックライトソリューション : チャージポンプ DC/DC コンバータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19リニアバッテリ充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20プログラマブルバッテリ充電器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22アプリケーションノートとデモボード . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

降圧型スイッチングモードコンバータ入力電圧レンジが広く出力電流が大きいアプリケーションでは、リニアレギュレータよりもスイッチングモードコンバータの方がはるかに高い効率が得られます。このため、スイッチングモードコンバータを使う事でポータブル機器のバッテリ動作時間を延長できます。入力電圧より出力電圧が常に低い場合は、降圧型コンバータを使って出力電圧を安定化します。インダクタとコンデンサを使って電力を蓄える事で、降圧型コンバータは一般に 90% を超える効率を実現しており、条件によっては効率が 95% を超える事もあります。

Microchip 社は幅広い種類の降圧型コンバータと PWM コントローラを提供しています。これらの多くは、多セルの NiMH、Ni-Cd、リチウムイオン、アルカリバッテリ、または 12/24 V SLA バッテリからの電力を変換するために設計されています。コンバータは電源電流を整流するパワー MOSFET スイッチを内蔵していますが、コントローラは外付けのパワー MOSFET とダイオードとを使ってコンバータ電流をスイッチングします。同期整流コンバータは電流の制御に 2 つの MOSFET を使いますが、非同期整流コンバータは 1 つの MOSFET と 1 つのフリーホイールダイオードを使います。同期整流コンバータは特に 3 .3 V 未満の低出力電圧で効率が高いのに対し、非同期整流コンバータは高出力電圧に適しています。

ポータブル電源設計ガイド 3


MCP16301 と MCP16301H: 30/36V 入力電圧非同期整流降圧型レギュレータMCP16301 と MCP16301H は高集積、高効率、周波数固定の降圧型レギュレータで、6 ピン SOT-23 パッケージで提供しています。これらのレギュレータはそれぞれ最大 30 V と 36 V の入力電圧源で動作し、ハイサイドスイッチ、固定周波数のピーク電流モード制御、内部補償、ピーク電流制限、過熱防止回路等の機能を内蔵しています。このデバイスを使うと、外付け部品を最小限に抑えて DC/DC 変換回路を構築できます。

MCP16301 非同期整流降圧型レギュレータの応用回路例

12 V および 24 V の産業用 /SLA バッテリ入力 DC/DC 変換

最高 96% (typ .) の効率広い入力電圧レンジ :

• 4 .0 ～ 30 V (MCP16301) • 4 .7 ～ 36 V (MCP16301H)

出力電圧レンジ : 2 .0 ～ 15 V 出力電圧精度 : 2% 以内

460 mΩ N チャンネル FET 内蔵 600 mA 出力電流 500 kHz 固定周波数可変出力電圧低シャットダウン電流ピーク電流モード制御補償回路内蔵セラミックコンデンサでも安定

内部ソフトスタートサイクルごとのピーク電流制限低電圧ロックアウト (UVLO): 3 .5 V − 40 ～ +125 と広い動作温度レンジ過熱防止回路 D2PAK パッケージリニアレギュレータ

の置き換え 6 ピン SOT-23 パッケージで提供

BOOST

GND

VIN SW

VFBEN

40VSchottkyDiode

15 μH

31.2 kΩCOUT2 × 10 μF

10 kΩ

1N4148

CBOOST100 nF L1 VOUT

3.3V @ 600 mA

CIN10 µF

VIN4.5V to 30V

MCP16301 の代表電力変換効率 (5.0 V 固定出力)

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

Eff

icie

nc

y (%

)

IOUT (mA)

VIN = 30V

VIN = 12V

VIN = 6V

VOUT = 5.0V

MCP16301 の低負荷時の動作

IL



MCP16311 と MCP16312: 30 V 入力、高効率、高集積、同期整流降圧型レギュレータMCP16311は高効率、周波数固定 PWM/PFM のコンパクトな同期整流降圧型レギュレータです。8ピンMSOPまたは2 × 3 TDFNパッケージで提供し、最高 30 V の入力電圧に対応します。ハイサイドおよびローサイドスイッチ、固定周波数のピーク電流モード制御、内部補償回路、ピーク電流制限、過熱保護等の機能を内蔵しています。MCP16311 は高速の遷移応答と正確なレギュレーション性能を備え、ローカル DC/DC 変換のためのあらゆるアクティブ機能を提供します。

MCP16311 同期整流降圧型レギュレータの応用回路例

最高 95% の効率 4 .4 ～ 30 V の広い入力電圧レンジ 2 .0 ～ 24 V の広い出力電圧レンジ高性能 N チャンネルローサイドおよびハイサイドスイッチ内蔵 : 170 mΩ ローサイド MOSFET、300 mΩハイサイド MOSFET

0 .8 V の安定した参照電圧

PFM/PWM モード自動切り換え(MCP16311) または 500 kHz PWMモードのみ (MCP16312)

低シャットダウン電流 : 3 µA (typ .) 低静止電流 : 44 µA (PFM モードで非スイッチング時)

補償回路内蔵内部ソフトスタート : ターンオン時間

300 µs

ピーク電流モード制御サイクルごとのピーク電流制限低電圧ロックアウト (UVLO):

3 .6 V (typ .)、0 .5 V のヒステリシスサーマルシャットダウン : 150 °C、

25 °C のヒステリシス

BOOST

GND

VIN

VCC

SW

VFBEN

15 μH

31.2 kΩCOUT2 × 10 μF

10 kΩ

CBOOST100 nF L1 VOUT

3.3V @ 1A

CIN2 ×10 µF

CvCC1 µF

VIN4.5V to 30V

MCP16311 の出力電流

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 5 10 15 20 25 30

I OU

T(m

A)

VIN (V)

VOUT = 3.3VVOUT = 5V

VOUT = 12V

MCP16311 の代表効率 (PFM 動作あり / なし )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

V

PWM ONLY PWM/PFM

VIN = 12V

OUT = 5VV

OUT = 3.3VV



MCP16311 12 V 昇降圧型レギュレータへの応用例電源によっては昇圧と降圧の両方が必要です。特にバッテリ駆動アプリケーションでは、使用するバッテリの種類やバッテリ残量によってバッテリ電圧が目的の出力電圧より高い場合と低い場合の両方が存在するため、この機能が必要です。この場合、MCP16311 の回路にいくつかの部品を追加するだけで昇降圧動作に対応できます。この応用回路は、6 ～ 18 V の入力電圧を必要に応じて降圧または昇圧して出力電圧を維持し、最大 300 mA の出力電流を供給します。

MCP16311 昇降圧型応用回路

BOOST

AGND PGND

VCC

VIN

SW

EN

FB

56 μH

L1

30V n-Channel MOSFET

Q1

40V Schottky Diode

D1

C1

10 µF

RT10 kΩ

RB140 kΩ

C4

10 µFC3

10 µFC2

10 µF

CVCC1 µF

GND1

VOUTVIN = 4.5V to 18V

GND

REN 1 MΩ

S

DG

R6

4.7Ω



MCP16323: 3 A 同期整流降圧型レギュレータMCP16323 は、6 ～ 18 V の入力電圧を 0 .9 ～ 5 V、最大 3 A を出力する同期整流降圧型レギュレータです。1 MHz 固定のスイッチング周波数で動作するためインダクタとコンデンサのサイズを抑える事ができ、基板面積を最小化できます。ハイサイドスイッチとローサイドスイッチの両方を内蔵しており、コンパクトで高効率なレギュレータ回路を設計できます。本デバイスは3 × 3 mm QFNパッケージに露出パッドを備え、接合部 - ケース間熱抵抗を抑えています。このデバイスは可変出力電圧品と固定出力電圧品をラインアップしており、カスタム出力電圧を生成する用途にも、最小限の外付け抵抗分圧器で固定出力電圧を得る用途にも柔軟に対応します。内部ピーク電流モード制御アーキテクチャにより高速な過渡応答を実現しており、負荷条件の変化に伴う出力電圧の変化を最小限に抑えます。小型化が必要な回路では、入出力に小型のセラミックコンデンサを使います。

最高 95% (typ .) の効率 6 .0 ～ 18 V の広い入力電圧レンジ 3 A 出力電流固定出力電圧品 : 0 .9 V、1 .5 V、1 .8 V、

2 .5 V、3 .3 V、5 .0V(出力電圧誤差 2%以内)

可変出力電圧品の電圧レンジ : 0 .9 ～ 5 .0 V (参照電圧誤差 1 .5% 以内)

180 mΩ Nチャンネルハイサイドスイッチ内蔵

120 mΩ Nチャンネルローサイドスイッチ内蔵

1 MHz の固定周波数で動作し、低負荷時はパルススキップにより高効率を維持

低シャットダウン電流ピーク電流モード制御補償回路内蔵セラミックコンデンサでも安定内部ソフトスタートサイクルごとのピーク電流制限

低電圧ロックアウト (UVLO): 5 .75 V 過熱防止回路レギュレータ出力電圧が目標値の 103%を超えると、SW 出力が 3 ステートになりデバイスの損傷を防止する過電圧保護

パワーグッド出力ピンにより Voutの電圧ステータスを監視

露出サーマルパッド付き 16 ピン 3 × 3 mm QFN パッケージで提供

MCP16323 の代表応用回路

BOOST

SGND PGND

VIN SW

VFB

VOUT

EN

PG

4.7 μH

COUT2 × 22 μF

10 kΩ

CBOOST22 nF L1 VOUT

3.3V @ 3A

CIN2 ×10 µF

VIN6.0V to 18V

MCP16323 の代表効率 (5 V 固定出力)

50556065707580859095

100

0.0 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0

Eff

icie

nc

y (%

)

IOUT (A)

VIN = 6V

VIN = 18V VIN = 12V

VOUT = 5V



MCP1603/L と MCP1603B: 同期整流降圧型レギュレータMCP1603 は高効率、高集積の 500 mA 同期整流降圧型レギュレータファミリです。2 .7 ～ 5 .5 V の入力電圧レンジは単セルリチウムイオン、2 または 3 セル NiMH、2 または 3 セル NiCd 等を電源とするバッテリ駆動アプリケーションに理想的です。MCP1603/L は、高負荷時には 2 .0 MHz の固定周波数 PWM モードで動作し、出力電圧のリップルノイズを抑えます。低負荷時には自動的に PFM モードに切り換わって静止電流を抑え、バッテリ動作時間を延長します。これら 2 つのモードにより、MCP1603/L は全負荷電流レンジにおいて最大限の効率を達成します。一方、MCP1603B は PWM モードのスイッチングのみのため広い出力負荷レンジで出力電圧リップルを低く抑えており、オーディオや RF 等ノイズに敏感なアプリケーションに適しています。固定出力電圧品を使う場合は 3 つの外付け部品を追加するだけでコンバータソリューションを構築できます。可変出力電圧品を使う場合は抵抗分圧回路を追加して各種出力電圧を柔軟に生成できます。薄型で小型のパッケージのため、非常に小さなシステムソリューションを実現できます。MCP1603L は、5 ピン TSOT パッケージの MCP1603 とは異なるピン配置の製品です。

90% 超 (typ .) の効率最大出力電流 : 500 mA 低 PFM 静止電流 : 45 µA (typ .) 低シャットダウン電流 : 0 .1 µA (typ .) 可変出力電圧レンジ : 0 .8 ～ 4 .5 V 固定出力電圧品 : 1 .2 V、1 .5 V、1 .8 V、2 .5 V、3 .3 V 2 .0 MHz 動作

PWM/PFM モードの自動切り換え (MCP1603/L)、またはPWM モードのみ (MCP1603B)

100% デューティサイクル動作内部補償低電圧ロックアウト (UVLO): 2 .3 V 過熱防止回路小型 5 ピン TSOT および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージ


GND

VIN LX

SHDN

VOUT

4.7 μH

4.7 μF

VOUT1.5V @ 500 mA

VIN2.0V to 5.5V

4.7 μH

MCP1603 の代表効率

40

50

60

70

80

90

100

Eff

icie

nc

y (%

)

VIN = 4.2V

VIN = 3.6V

0

10

20

30

0.1 1 10 100 1000

E

Output Current (mA)

VOUT = 3.3V

PFM/PWMPWM Only



デバイス出力入力電圧レンジ(V)

出力電圧レンジ(V) 制御方式特長パッケージ

MCP1603/B/L固定または

可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5

PFM/PWM または

PWM のみ

2 MHz 動作、UVLO、PFM/PWM モード (MCP1603/L)またはPWMモードのみ(MCP1603B)、過熱防止回路、低静止電流、低シャットダウン電流

5 ピン TSOT、 8 ピン 2 × 3 DFN

TC1303A/B/C固定または

可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM

UVLO、過熱防止回路、出力短絡保護、パワーグッド出力、独立シャットダウン、同期整流降圧型レギュレータと LDOレギュレータのコンボデバイス

10 ピン DFN、 10 ピン MSOP

TC1304固定または

可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM

UVLO、過熱防止回路、出力短絡保護、パワーグッド出力、同期整流降圧型レギュレータと LDO レギュレータのコンボデバイス、起動とシャットダウンのシーケンシング


TC1313固定または

可変2 .7–5 .5 0 .8–4 .5 PFM/PWM

UVLO、出力短絡保護、過熱防止回路、降圧型レギュレータ出力と LDO レギュレータ出力で独立したシャットダウン


MCP16301 可変 4–30 2–15 PWM非同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様

6 ピン SOT-23

MCP16301H 可変 4 .7–36 2–15 PWM非同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様

6 ピン SOT-23

MCP16311/2 可変 4 .4–30 2–24PFM/PWM

または PWM のみ

同期整流、内部補償、UVLO、500 kHz 動作、低出力リップル、過熱防止回路、拡張温度仕様

8 ピン MSOP、 8 ピン 2 × 3 TDFN

MCP16321/2固定または

可変6–24 0 .9–5 PWM

1 Aまたは2 A、同期整流、内部補償、UVLO、1 MHz動作、パワーグッド出力、過熱防止回路、拡張温度仕様

16 ピン 3 x 3 QFN

MCP16323固定または

可変6–18 0 .9–5 PWM

3 A、同期整流、内部補償、UVLO、1 MHz 動作、パワーグッド出力、過熱防止回路、拡張温度仕様

16 ピン 3 x 3 QFN


DC/DC 変換リニアレギュレータ

リニアレギュレータリニアレギュレータは、変動する入力電圧源から高精度な安定化電圧を生成してシステム負荷へ供給します。スイッチングレギュレータに比べ、リニアレギュレータは全般的に小型かつシンプルで、電気的ノイズも少ないという利点があります。通常、降圧型レギュレータより効率は劣りますが、電圧の変化量が小さい場合、または電流量が小さい場合は絶対的な電力損失はそれほど大きくありません。

LDO の選択には、トレードオフがあります。重要なデバイス機能として、調整公差、ドロップアウト電圧、電源電圧変動除去比 (PSRR)、動特性、静止電流、電力損失、各種保護機能があります。Microchip 社の LDO 製品は広い入力電圧レンジに対応しており、製品によっては 40 Vの過渡耐圧を備えたものもあります。入力静止電流を 20 nA に抑えた超低消費電力、シャットダウン入力による低消費電力スタンバイ中の負荷回路無効化、最大 90 dB の PSRR による入力ノイズフィルタ処理、過電流保護、短絡保護、高温動作、過熱防止回路の内蔵による安定動作等、Microchip 社は多くの特長を備えたデバイスを提供しています。

MCP1703A: 低静止電流 16 V LDO リニアレギュレータMCP1703A は最大出力電流 250 mA の CMOS LDO(低ドロップアウト電圧) レギュレータです。最大 16 V まで対応し、静止電流をわずか2 µA に抑えた本製品は、9 V アルカリ、リチウムイオン、多セル電源を使うアプリケーションに理想的なソリューションです。小型の SOT-23Aおよび SOT-89 パッケージ、または放熱性を高めた 3 ピン SOT-223 および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージで提供しています。

MCP1703A の代表応用回路

2 .7 ～ 16 V の広い入力動作電圧レンジ最大 250 mA の負荷電流をサポート低静止電流 : 2 .0 µA (typ .) ドロップアウト時のグランド電流を低減短い起動時間低ドロップアウト電圧 :

625 mV (typ .) @ 250 mA (VR = 2 .8 V の場合)

出力電圧公差 : 0 .4% (typ .) 多くの標準出力電圧にオプションで対応 : 1 .2 V、1 .5 V、1 .8 V、

2 .5 V、2 .8 V、3 .0 V、3 .3 V、4 .0 V、5 .0 V 1 .0 ～ 22 µF セラミック出力コンデンサで安定動作短絡保護過熱防止回路

GND

VIN VOUTIOUT50 mA

VOUT3.3V

9VBattery

CIN1 μF

Ceramic

VIN

COUT1 μFCeramic



MCP1710: 超低静止電流 LDO リニアレギュレータMCP1710 は、小型の 2 × 2 DFN パッケージを採用した低ドロップアウト (LDO)リニアレギュレータで、最大 200 mA の電流を負荷に供給し、20 nA の超低静止電流を実現しています。


MCP1755: 300 mA、16 V、高性能 LDO リニアレギュレータMCP1755 と MCP1755S は最大 16 V の入力電圧に対応した高 PSRR の電圧レギュレータで、短絡電流フォールドバック機能を備えています。これらのレギュレータは最大 300 mA の出力電流を供給し、3 .6 ～ 16 V の連続する入力電圧に対応しているため、車載および商業用DC12 Vシステムに理想的です。1 kHz で80 dB のリップル除去を実現したこれらのデバイスは、接地故障およびアーク故障に対する遮断機等、AC 電源ラインからのノイズに敏感なアプリケーションに理想的です。電流フォールドバック機能は、短絡条件発生時にデバイス電流を 30 mAまで徐々に低減し、システムを損傷から保護します。短絡条件が解消すると、デバイスは復帰して動作を継続します。


超低静止電流 : 20nA (typ .) シャットダウン時超低静止電流 : 0 .1 nA (typ .) Vout < 3 .5 V 時の出力電流 : 200 mA Vout > 3 .5 V 時の出力電流 : 100 mA 2 .5 ～ 5 .5 V の広い入力動作電圧レンジ

標準出力電圧 : 1 .2 V、1 .8 V、2 .5 V、3 .3 V、4 .2 V 低ドロップアウト電圧 : 450 mV(最大値)@200 mA 1 .0 µF セラミック出力コンデンサで安定動作過電流保護小型 8 ピンプラスチック 2 × 2 VDFN パッケージ

COUT

GND

VIN

SHDN FB

VOUT

CIN MCP1710

高いノイズ除去率 : PSRR 80 dB (typ .) @ 1 kHz 低静止電流 : 68 µA (typ .) 3 .6 ～ 16 .0 V の広い入力動作電圧レンジ出力電圧レンジ全体で最大 300 mA の電流を出力低ドロップアウト電圧 : 300 mV @300 mA 高精度の出力 : 0 .85% (typ .) の出力電圧公差各種標準出力電圧にオプションで対応 : 1 .8 V、2 .5 V、2 .8 V、

3 .0 V、3 .3 V、4 .0 V、5 .0 V

全動作温度レンジで±2 .0% の狭い出力公差最小 1 .0 µF の出力コンデンサでも安定動作パワーグッド出力シャットダウン入力出力電流フォールドバックによる短絡保護過熱防止回路

GND

VIN

VOUT

IOUT30 mA

VOUT5.0V

12VCIN

1 μFCeramic

COUT1 μFCeramic

MCP1755S


デバイス最大入力電圧(V)

出力電圧レンジ(V)

出力電流(mA)

静止電流 (µA、typ.)

ドロップアウト電圧@最大Iout (mV、typ.)

特長パッケージ

MCP1700 6 .0 1 .2–5 .0 250 1 .6 178シャットダウン、遅延を調整可能なパワーグッド出力

3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン TO-92

MCP1703A 16 1 .2–5 .0 250 2 625低静止電流、ドロップアウト時の低グランド電流

3 ピン SOT-23A、 3 ピン SOT-89、 3 ピン SOT-223、 8 ピン 2 × 3 DFN

MCP1710 5 .5 1 .2–4 .2 200 0 .02 450 超低静止電流 8 ピン 2 x 2 DFN

MCP1725 6 .0 0 .8–5 .0 500 120 210シャットダウン、遅延を調整可能なパワーグッド出力

8 ピン 2 × 3 DFN、 8 ピン SOIC





MCP1754 16 1 .8–5 .0 150 56 300シャットダウン、パワーグッド、高 PSRR、電流フォールドバック保護

5 ピン SOT-23、 3 ピン SOT-223、 3 ピン SOT-89、 8 ピン 2 × 3 DFN

MCP1754S 16 1 .8–5 .0 150 56 300 高 PSRR、電流フォールドバック保護


MCP1755 16 1 .8–5 .0 300 68 300シャットダウン、パワーグッド、高 PSRR、電流フォールドバック保護

5 ピン SOT-23、 3 ピン SOT-223、 3 ピン SOT-89、 8 ピン 2 × 3 DFN

MCP1755S 16 1 .8–5 .0 300 68 300 高 PSRR、電流フォールドバック保護


MCP1804 28 1 .8–18 150 50 1300 シャットダウン


MCP1824 6 .0 0 .8–5 .0 300 120 200 シャットダウン、パワーグッド5 ピン SOT-223、 5 ピン SOT-23

TC1016 6 .0 1 .8–3 .0 80 50 150 シャットダウン 5 ピン SC-70

TC1017 6 .0 1 .8–4 .0 150 53 285 シャットダウン5 ピン SC-70、 SOT-23A



DC/DC 変換昇圧型スイッチングモードコンバータ

昇圧型スイッチングモードコンバータ昇圧型コンバータは入力電圧よりも高い電圧を出力するコンバータです。概念上は、昇圧型であれ降圧型であれ、どちらもコイルとコンデンサをスイッチする事によりエネルギを蓄え、効率を維持します。一般に、昇圧型コンバータは単セルまたは 2 セルアルカリ、NiMH、そして一次電池としてのリチウムバッテリで動作するアプリケーションで使います。

Microchip 社は、単セルバッテリ (入力電圧 0 .8 V 以下) でも起動して動作できる MOSFET 内蔵の昇圧型コンバータソリューションをいくつか提供しています。多くのデバイスが、PWM(パルス幅変調) および PFM(パルス周波数変調) モードの動作に対応しています。PWM モードは一定の周波数でスイッチングを行い、出力リップルとノイズを抑え、高出力負荷で高い変換効率を実現します。PFM モードはスイッチング周波数を動的に低下させ、場合によっては出力リップルが大きくなる事もありますが、スイッチング損失を大幅に低減し、低負荷条件での効率を改善します。これらの特長を活かすため、MCP1640 および MCP16251/2 デバイスファミリ (およびその他多くの Microchip 社製デバイス) は要求される出力電流の変化に合わせて自動的に PFM モードと PWM モードを切り換えます。アプリケーションによっては、PFM モードで発生する出力リップルのノイズが大きすぎて必要な回路性能が得られない事があります。このような設計では、PWM モードのみをサポートした MCP1640B を使うと出力リップル電圧を抑え、電気的ノイズを軽減できます。これらの昇圧型コンバータの多くは、シャットダウン入力信号を使って無効にできます。また、シャットダウン中に入力から出力への回路を開放する完全負荷切断のデバイスと、入力と出力を接続する入出力バイパスのデバイスもいくつかあります。出力 MOSFET を内蔵した昇圧型コンバータは小型で高効率な電力変換ソリューションとして多くの携帯型アプリケーションに適しています。

MCP16251: 低静止電流、PFM/PWM 同期整流昇圧型レギュレータ ( 完全出力切断または入出力バイパス機能対応 )MCP16251 および MCP16252 は、他の昇圧型レギュレータに比べ静止電流が 4 µA と低いのが特長の 1 つです。また、このレギュレータは PFM モードもサポートしており、高抵抗の帰還電圧抵抗分圧器を使うと低負荷バッテリ駆動アプリケーションの動作時間が大幅に延長します。

最高 96% (typ .) の効率大電流出力 :

• Iout > 100 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 1 .2 V• Iout > 250 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 2 .4 V• Iout > 225 mA @ Vout = 5 .0 V、Vin = 3 .3 V

超低静止電流 :• 出力静止電流 : < 4 µA (typ .) (非スイッチング時、Vout > Vin)• 入力スリープ電流: < 1 µA (非スイッチング時、Vout > Vin、無負荷)• 無負荷入力電流 : 14 µA (typ .) (デバイスがスイッチング時)• シャットダウン電流 : 0 .6 µA (typ .)

低電圧起動 : 0 .82 V 低入力電圧動作 : ≥ 0 .35 V 最大入力電圧 ≤ Vout < 5 .5 V 1 .8 ～ 5 .5 V の可変出力

帰還電圧 : 1 .23 V 自動 PFM/PWM 動作 :

• 500 kHz PWM 動作• PFM 出力リップル : 100 mV (typ .)

同期整流器内蔵補償回路内蔵突入電流制限機能内部ソフトスタート (1 .5 ms typ .) シャットダウン時の状態を選択可能 :

• 完全負荷切断 (MCP16251)• 入出力バイパス (MCP16252)

アンチリンギング制御過熱防止回路 6 ピン SOT-23 および 8 ピン 2 × 3 TDFN パッケージで提供


GND

VIN

EN

SW

VFB

VOUT

VOUT3.3V VIN

0.9V TO 1.7V

COUT10 μF

CIN4.7 μF

1.69 MΩ

1 MΩ

L1

4.7 μH

MCP16251 の代表回路効率

50556065707580859095

100

0.1 1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

VOUT = 3.3V

VIN = 1.5V VIN = 2.4V

VIN = 3.0V



MCP1640: 高性能 PFM/PWM 同期整流昇圧型レギュレータ( 完全出力切断または入出力バイパス機能対応 )MCP1640 は、コンパクトで高効率の固定周波数同期整流昇圧型レギュレータです。1/2/3 セルアルカリ、NiCd、NiMH、単セルリチウムイオン、単セルリチウムポリマーバッテリを使用するアプリケーション向けの使いやすい電源ソリューションです。低抵抗のNチャンネル昇圧スイッチと同期整流 P チャンネルスイッチを内蔵する事で非常に高い効率を実現しており、PFM/PWM モードか PWM モードのみか、そして完全負荷切断か入出力バイパスかを選択できます。

最高 96% (typ .) の効率大電流出力 :

• Iout > 100 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 1 .2 V• Iout > 350 mA @ Vout = 3 .3 V、Vin = 2 .4 V• Iout > 350 mA @ Vout = 5 .0 V、Vin = 3 .3 V

低入力電圧起動 : 0 .65 V (typ .) (3 .3 V Vout @ 1 mA) 低入力電圧動作 : 0 .35 V (typ .) (3 .3 V Vout @ 1 mA) 2 .0 ～ 5 .5 V の広い可変出力電圧レンジ最大入力電圧 ≤ Vout < 5 .5 V 高周波数 500 kHz PWM 動作、デバイスによっては PFM 動作もサポート :• PFM/PWM 自動切り換え (MCP1640/C)• PWM のみ (MCP1640B/D)

シャットダウン時の状態を選択可能 :• 完全負荷切断 (MCP1640/B)• 入出力バイパス (MCP1640C/D)

低シャットダウン電流 : < 1 µA 低静止電流 : 19 µA (typ .) 同期整流器内蔵補償回路内蔵突入電流制限機能内部ソフトスタート低ノイズのアンチリンギング制御過熱防止回路 6 ピン SOT-23 および 8 ピン 2 × 3 DFN パッケージで提供

単セルアルカリ電池を使った MCP1640 の応用回路

GND

VIN

EN

SW

VFB

VOUT

VOUT3.3V @ 100 mA VIN

0.9V TO 1.7V

COUT10 μF

CIN4.7 μF

976 kΩ

562 kΩ

L1

4.7 μH

MCP1640 の代表効率 (3.3 V 出力)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0.01 0.1 1 10 100 1000

Effic

ienc

y (%

)

IOUT (mA)

VOUT = 3.3V

VIN = 0.8V VIN = 1.2V

VIN = 2.5V

単セルリチウムイオン電池を使った MCP1640 の応用回路

PGND SGND

VIN

EN

SW

VFB

VOUTS

VOUTP

VOUT5.0V @ 300 mA VIN

3.0V TO 4.2V

COUT10 μF

CIN4.7 μF

976 kΩ

309 kΩ

L1

4.7 μH



性能のトレードオフ – 負荷要件に応じた昇圧型コンバータの選択多くの場合、低負荷または無負荷条件と高負荷条件では要件が大きく異なります。このトレードオフは、MCP1640 と MCP16251 を比較すると良く分かります。ピーク負荷時、MCP1640 の最大出力電流は 350 mA です。一方、MCP16251 では 225 mA と劣っています。しかし、MCP16251 の静止電流は MCP1640 より小さく、MCP16251 の PFM モードは低負荷条件で MCP1640 より高効率です。静止電流が 80% も小さいため、スリープモードの時間が長いアプリケーションではバッテリ動作時間が延長します。100 µA の負荷を駆動する場合、MCP16251 の方が MCP1640 より約 12% 高効率です。このように、大電流を必要とするアプリケーションには最大出力電流の大きいMCP1640 が適しており、低負荷または無負荷条件での動作時間が長いアプリケーションには効率の高い MCP16251 が適しています。

MCP1640 と MCP16251 の無負荷入力電流要件

30405060708090

100

ad In

put C

urre

nt (µ

A) VOUT = 3.3V

MCP1640

01020

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4

No

Loa

Input Voltage (V)

MCP16251/2

MCP1640 と MCP16251 の低負荷時の効率

100

80

90

) VIN = 2 5V

70

80

ncy

(%)

VOUT = 3.3VVIN = 2.5V

50

60Ef

ficie

n

40

50 MCP16251/2

MCP1640

300.01 0.1 1 10 100 1000

IOUT (mA)


単 6 形電池昇圧回路への応用例MCP1640 昇圧型レギュレータと PIC12F マイクロコントローラを組み合わせ、1 本のアルカリ乾電池から 3 .3 V の出力電圧を生成するシンプルな電力変換ソリューションです。特に消費電流の小さいアプリケーションでは、消費電力をごくわずかに抑えてバッテリ動作時間を延ばす事ができます。この回路は PIC12F617 をスリープモード、MCP1640 を無効にしたスタンバイモードで動作し、数 µAしかバッテリを消費しません (シャットダウンモードでの MCP1640 の消費電流は 0 .75 µA (typ .))。PIC® マイクロコントローラ内蔵のコンパレータが低電圧を検出するまで、出力コンデンサからの放電によって出力を維持します。出力コンデンサの電圧が一定の値を下回ると、PIC マイクロコントローラが MCP1640 を動作させます。出力コンデンサの充電が完了すると、PIC マイクロコントローラは再び MCP1640 を無効にします。MCP1640 が通常動作モードの場合、無負荷時の入力電流は 1 .5 V 入力で約 70 µA です。MCP1640 のイネーブルを低周波数でパルスした場合、平均入力電流を最大 80% 削減できます。

この回路は、Microchip 社が提供する MCP1640 シングル単 6 形バッテリ昇圧型コンバータリファレンスデザインに実装されています。

MCP1640 シングル単 6 形バッテリ昇圧型コンバータデモボード (MCP1640RD-4ABC)

MCP1640 昇圧型コンバータリファレンスデザイン回路

I/O

A/D

I/O

I/O

I/O

VDD

Load SwitchP-MOS

Single Quadruple-A Battery Input

PIC12F617

VOUTVIN

EN

MCP1640

ON/OFFS1

1 2

Status

LED

Load

MCP1640 昇圧型コンバータリファレンスデザインの挙動

*

MCP1640 昇圧型コンバータリファレンスデザインの無負荷時入力電流

10

15

20

25

30

0.8 1 1.2 1.4 1.6

Sta

nd

by

No

Lo

ad

Inp

ut

Cu

rre

nt

(µA

)

Input Voltage (V)




デバイス出力入力電圧レンジ(V)

出力電圧レンジ(V) 制御方式特長パッケージ

MCP1623/4 可変0 .35/

0 .65–5 .02–5 .5

PFM/PWM または

PWM のみ

425 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、PFM/PWM モード (MCP1624) または PWM モードのみ(MCP1623) のスイッチング動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 19 µA、シャットダウン電流 < 1 µA、完全出力切断

6 ピン SOT-23、8 ピン

2 × 3 TDFN

MCP16251/2 可変0 .35/

0 .82–5 .01 .8–5 .5 PFM/PWM

650 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 4 µA、シャットダウン電流0 .6 µA、完全出力切断 (MCP16251) または入出力バイパス (MCP16252)、出力精度± 3%


2 × 3 TDFN

MCP1640/B/C/D 可変0 .35/

0 .65–5 .02–5 .5

PFM/PWM または

PWM のみ

800 mA ピーク電流制限、500 kHz 同期整流動作、内部補償、過熱防止回路、静止電流 19 µA、シャットダウン電流 < 1 µA、完全出力切断 (MCP1640/B) または入出力バイパス (MCP1640C/D)、出力精度± 3%


2 × 3 TDFN


バックライトソリューションスイッチングレギュレータ

スイッチングレギュレータポータブル機器で高効率なバックライトを設計しようとすると、電源設計に関するいくつかの課題に直面します。全てのポータブル機器の回路に共通する点として、基板面積を抑える事が非常に重視されると同時に、バッテリ動作時間をなるべく長くするために消費電力を最小限に抑える必要があります。一般に、LED の順方向電圧は回路内のどの電圧とも異なっており、バッテリ電圧とも高低差がある他、マイクロコントローラと周辺部品に必要な電圧とも異なります。また、LED に流れる電流は電圧に応じて指数関数的に変化するため、輝度制御および LED の長寿命化のためには電流を正確に計測および制御して供給する必要があります。

MCP1643 を使った LED バックライト : 同期整流昇圧型定電流レギュレータMCP1643 はコンパクトで高効率な固定周波数の同期整流昇圧型定電流 LEDドライバで、1 および 2 セルのアルカリ、NiMH、NiCd バッテリで動作します。本デバイスは最大 5 V の出力電圧に対応しており、1 個の白色または青色 LED、あるいは直列に接続した 2 個の赤、緑、黄色 LED を駆動できます。また、550 mA の負荷電流に対応しており、大電流が必要な高輝度 LED、または並列接続して電流整合した複数のLED も十分駆動できます。フィードバックピンに接続した低インピーダンスの検出抵抗の電圧から電流値を読み出すと、他の電流計測手法に比べ電力損失を最小限に抑える事ができます。点滅または調光を行うには、イネーブルピンを PWM 信号でトグルして電源と LED 負荷の ON/OFF をスイッチングします (約 50 Hz 以上以上では、点滅がちらつきとしてではなく調光として認識されます)。また、過電圧保護機能により出力電圧が 5 V に制限されるため、開回路または負荷障害が発生しても電源回路が保護されます。

 

MCP1643 の LED 駆動応用回路 : 複数の並列 LED

部品点数を抑え、基板面積を縮小できる定電流駆動 1 MHz PWM 同期整流昇圧動作、最大 550 mA の出力電流低電圧の参照入力 (VFB = 120 mV) により、LED 電流変換を

効率化入力電圧 0 .65 V で起動し、> 0 .5 V の入力電圧で継続動作が

可能

低シャットダウン電流 : 1 .2 µA LED 障害または切断時にデバイスを停止 (出力をフローティングに) する過電圧保護

最大 90% の効率 240 µs のソフトスタート時間小型の 8 ピン 2 × 3 DFN または 8 ピン MSOP パッケージで提供

MCP1643 の LED 駆動応用回路 : 1 個の LED

GND

VIN

EN

SW

VFB

VOUT

COUT4.7 μF

CIN4.7...10 μF

LED

RSET4.7 Ω

L1

4.7 μH

ILED = ILED = 25 mA

0.12VRSET

OFFON

入力電圧と検出抵抗値に対する MCP1643 の LED 出力電流

050

100150200250300350400450500

0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4

LED

Cur

rent

(mA

)

Input Voltage (V)

RSET = 5Ω

RSET = 1.2Ω

RSET = 0.82Ω

RSET = 0.41Ω

RSET = 0.25Ω

LED VF = 3.5V @ IF = 700 mA

GND

VIN

EN

SW

VFB

VOUT

COUT4.7 μF

CIN4.7...10 μF

WLED1

RSET2.4 Ω

L1

4.7 μH

OFFON

Battery input(One or Two Cells)

ILED = ILED = 50 mA

0.12VRSET

WLED2

R2

2.4 Ω

WLED3

R3

2.4 Ω

DZ

D

VZ = 2.4V

ILED2 = 50 mA

ILED3 = 50 mA


バックライトソリューションスイッチングレギュレータ

MCP16312 降圧型レギュレータの LED 駆動回路への応用MCP16312 降圧型レギュレータを定電流源として使うと、1 つまたは複数の LED を駆動できます。標準の降圧型回路をベースに、LED 負荷のアノードを降圧型レギュレータの出力に接続しています。LED のカソードとグランドの間の検出抵抗を使って定電流での定電圧を生成し、この電圧を降圧型レギュレータへの帰還信号として使います。MCP16312 内の制御ループで内部 MOSFET のデューティサイクルを調整し、LED ストリングへの出力電流が一定になるように検出抵抗に対する電圧を一定に調整します。

MCP16312 降圧型レギュレータの LED 駆動への応用回路

MCP16301 Cuk LED 駆動への応用回路MCP16301 は通常、降圧型レギュレータとして動作しますが、部品点数を抑えた Cuk 回路とする事もできます。MCP16301 は 6 ～ 18 Vの入力電圧から安定化電圧を出力し、最大 300 mA の電流を供給します。直列に接続した複数の LED を最大 15 V まで駆動できるため、LED駆動アプリケーションに最適なソリューションです。外付け部品は最小 11 個と数が少なく、小型表面実装部品 (主に 0603 表面実装パッケージ)が容易に入手できるため、この設計は非常に小さい基板面積に実装できます。

この回路は、Microchip 社が提供する MCP16301 高電圧シングルインダクタ Cuk LED デモボードに実装しています。

MCP16301 Cuk レギュレータ回路

GND

VIN

VCC

EN

BOOST

VFB

SWCOUT2 ×10 μF

CIN2 ×10 μF

1 × White LED

RB = 2Ω

ILED = 400 mA VIN = 12V

REN1 MΩ

CVCC1 μF RB =

VFBILED

CBOOST0.1 μF

L1

15 μH

GND

VIN

VFB

EN

BOOST

SW

4.7 μF

VIN6V to 18V

CBOOST100 nF

33 μH

0.47 μF

−VOUT

1N4148

−VOUT 2.2 nF

40VSchottkyDiode

2.7Ω 150 kΩ


バックライトソリューションチャージポンプ DC/DC コンバータ

チャージポンプ DC/DC コンバータMCP1256、MCP1257、MCP1258、MCP1259 はインダクタンスの不要な正電圧安定化チャージポンプ型レギュレータです。これらのデバイスは 1 .8 ～ 3 .6 V の入力電圧から 3 .3 V の安定化出力電圧を生成し、2 セルアルカリ、2 セル Ni-Cd、2 セル Ni-MH、または 1 個のボタン型リチウム一次電池で動作するアプリケーション向けです。これらのデバイスは 1 .5×昇圧動作モードから 2×昇圧動作モードに自動的に切り換わり、高効率を維持します。また、MCP1256 と MCP1257 は低出力負荷時にスリープモードにする事で、静止電流を抑えながら安定化出力電圧を維持できます。これに対し、MCP1258 と MCP1259 には入力電圧を出力バイパスする機能があります。この機能を使うと、MCP1258 または MPC1259 による消費電流をほぼゼロに抑えたままリアルタイムクロック、マイクロコントローラ、その他のシステムデバイスにバイアスを与える事ができます。通常動作中、チャージポンプは IF バンドを避けて 650 kHz の固定周波数でスイッチングし、出力電圧リップルは最大 100 mA の負荷電流時で 20 mVP-P 未満に抑えています。MCP1256 と MCP1258 にはレギュレーションが維持されている事を示すパワーグッド出力があります。MCP1257 と MCP1259 にはバッテリ電圧低下インジケータがあり、入力電圧がプリセット電圧しきい値を下回ると警告を出力します。これらのデバイスは消費電流が非常に小さく、必要な外付け部品もコンデンサ 4 つと少ないため、小型のバッテリ駆動アプリケーションに理想的です。シャットダウンモードも備えており、さらなる消費電力の削減が可能です。これらのデバイスは過熱防止回路と短絡保護の機能も内蔵しています。

3 .3 V ± 3 .0% の高精度な出力電圧入力電圧レンジ : 1 .8 ～ 3 .6 V 最大出力電流 : 100 mA 低出力電圧リップル : 20 mVP-P

サーマルシャットダウンと短絡保護を内蔵小型セラミックコンデンサの使用が可能 650 kHz のスイッチング周波数で動作

低消費電力のスリープモード (MCP1256/7) バイパスモード (MCP1258/9) 0 .1 µA の低消費電力シャットダウンモード 1 .8 V ロジック互換のシャットダウン入力突入電流を最小限に抑えるソフトスタート回路 10 ピン 3 × 3 DFN または 10 ピン MSOP パッケージで提供

MCP1259 チャージポンプバックライト回路

GND

VIN

C1+

C1–

C2+

C2–

BOOST

VOUT

VIN1.6V to 3.6V

VOUT3.3V

CIN10 μF

COUT10 μF

SHDN LBO

BYPASS

C1

1 μF

OFFON

C2

1 μF

R1

Low BatteryIndicator

MCP1259 の電力変換効率


バッテリ管理リニアバッテリ充電器

リニアバッテリ充電器バッテリ駆動のシステムでは、充電回路の品質がバッテリの寿命と信頼性に大きな役割を果たします。Microchip 社はリチウムイオン電池のリニア充電デバイスを幅広く提供しています。リチウムイオン充電管理コントローラを使うと、わずかな外付け部品で高信頼性、低コスト、高精度の電圧レギュレーションソリューションを構築でき、回路設計のサイズ、コスト、複雑さをさらに軽減できます。MCP73830Lリチウムイオンリニア充電デバイスは、特に低充電電流アプリケーション向けです。プログラマブル抵抗を使って最小 20 mA の充電電流を制御できます。1 および 2 セルの LiFePO4 バッテリは、MCP73123 および MCP73223リニア充電器で充電できます。Microchip 社の Li-Ion/LiFePO4 バッテリ管理コントローラのほとんどは、温度制御、逆流放電保護回路、安全充電タイマ、電流検出機能を内蔵しており、最先端のポータブル機器の電源ニーズを満たします。定電流充電の電流をプログラム可能なため、アプリケーションごとに異なる要件にも 1 個の抵抗で対応できます。Microchip 社のバッテリ管理 IC は小型で必要な外付け部品が最小限のため、ポータブル機器に最適です。

MCP73830: 単セルリチウムイオン / リチウムポリマーバッテリ充電管理コントローラMCP73830 バッテリ充電器は、長寿命、長時間動作が可能な急速充電回路を設計するための機能を数多く内蔵しています。バッテリ予備充電、プログラマブルな充電電流、充電終了しきい値、経過時間タイマ等の機能を内蔵したこれらデバイスは、部品点数と基板面積を抑えてバッテリ容量の最大化、充電時間の最短化、バッテリ動作時間の最大化を実現でき、ポータブル機器のニーズを完全に満たします。

MCP73830L(低電流、20 ～ 200 mA) および MCP73830(大電流、100 mA ～ 1 A) バッテリ充電ソリューションの代表応用回路

完全なリニア充電管理コントローラ高精度のプリセット電圧調整 : 0 .75% プログラマブルな充電電流 :

• 100 mA ～ 1 A (MCP73830)• 20 ～ 100 mA (MCP73830L)

バッテリ電圧が予備充電しきい値を下回っている場合、充電電流を通常の 10% まで低下させる予備充電モードあり/ なしのデバイスを提供可能

バッテリが正しく充電されていない場合に充電サイクルを停止する 1 時間固定の予備充電タイマあり / なしのデバイスを提供可能

突入電流を最小限に抑えるソフトスタート

0 ～ 4 時間固定の経過時間タイマ自動充電終了をトリガする電流しきい値が 7 .5% または 10% のデバイスを提供可能

チップイネーブル入力 (CE) 低電圧ロックアウト (UVLO) 自動電源オフ温度制御内蔵  −40 ～ +85 °C の広い動作温度レンジ小型 6 ピン TDFN (2 × 2 × 0 .75 mm) パッケージで提供

VDD VBAT

VSS

Regulated wall cube

4.7 μF 4.7 μF

STAT PROG

CE

1 kΩ

LO HI

1-CellLi-IonBattery2 kΩ


バッテリ管理リニアバッテリ充電器

MCP73113、MCP73123: バッテリ充電管理コントローラMCP73830 の機能に加え、これらのデバイスは充電ステータス出力、過電圧保護、充電終了しきい値、経過時間タイマ、充電電流の選択肢が拡張されています。2 セル直列接続のバッテリ充電用に電圧を高めた MCP73213(リチウムイオン) と MCP73223(LiFePO4) も提供しています。

プログラマブルな充電電流 : 130 mA ～ 1 .1 A 充電ステータス出力選択可能な自動充電終了しきい値 : 5%、7 .5%、10%、20% 経過時間タイマ : 4 時間、6 時間、8 時間、無効過電圧保護 10 ピン 3 × 3 DFN パッケージで提供

MCP73123(LiFePO4) および MCP73113(リチウムイオン) バッテリ充電器の代表的応用回路

主な製品 : FET 内蔵リニアバッテリ充電器

デバイスファミリセル数 Vccレンジ(V) 特長

MCP73XXX単セルおよび

2 セル用4–16 リチウムイオンおよび LiFePO4、大電流、0 .5% 電圧レギュレーション

MCP73811/2 単セル用 3 .75–6 選択可能な USB 充電電流、温度調整

MCP73831/2/3/4 単セル用 3 .75–6 プログラマブル充電電流、温度調整、UVLO、予備充電、充電終了

MCP73837/8 単セル用 3 .7–6 デュアル入力 (USB、アダプタからの DC 入力 ) 自動切り換え

MCP73871 単セル用 3 .9–6 システム負荷共有とバッテリ充電管理の機能を統合

VDD

VDD VBAT

VBAT

VSS

VSS

Regulated wall cube

CIN COUT

STAT PROGRLED

LiFePO4

Battery

RPROG


バッテリ管理プログラマブルバッテリ充電器

MCP19111 スイッチングバッテリ充電回路への応用広い入力レンジに対応した高出力のマルチケミストリバッテリ充電回路は、多くのバッテリ駆動アプリケーションで使われます。MCP19111 プログラマブルバッテリ充電器リファレンスデザインは 6 ～ 28 V の入力レンジで動作し、直列または並列接続した複数の NiMH、リチウムイオン、LiFeO4 バッテリを充電するように構成できます。マイコン内蔵アナログ電源コントローラ MCP19111 を使ったこのリファレンスデザインは、入力電圧を降圧して出力電圧を得ると同時に、選択した化学材料のバッテリを適切に充電できるように電流または電圧を調整します。充電する前に、充電したいバッテリに対する充電プロファイルを GUI で設定します。一度設定しておけば、MCP19111 のフラッシュメモリに保存された充電設定に基づいて以降の充電サイクルが実行されます。

MCP19111 プログラマブルマルチケミストリバッテリ充電回路の概略ブロック図

MCP19111 の特長シングルチャンネル Vinレンジ : 4 .5 ～ 32 .0 V 同期整流式 MOSFETドライバ内蔵 :

• ロジックレベル駆動 (5 V)• 2 A ソース /4 A シンクの駆動電流

プログラマブル (PIC12F コア)• MPLAB® X IDE の GUI 環境で設定可能• 4K ワードのフラッシュ、256 バイトの RAM• 内部での可変アナログ補償• デッドタイム / 電流制限値 /UVLO/OVLO/ 等を調整可能• 設定可能なスイッチング周波数 : 100 kHz ～ 1 .2 MHz• 最大 12 の汎用 I/O• PMBus/I2C™ 通信インターフェイス

マスタ / スレーブ同期周波数 28 ピン 5 × 5 mm QFN パッケージで提供

GPIO

GPIO

GND

VDD

VDR

VIN

ICSP

PICkit™ Serial

VSENSE

HDRV

BOOT

PHASE

+ISENSE

–ISENSE

IBATT-SENSE

LDSRV

+VIN

GND

J2

J3

A = 40½ MCP6072

½ MCP6072

A = 1

+VDD

+VBATT

–VBATT

Temp_Sense


バッテリ管理プログラマブルバッテリ充電器

MCP1631 スイッチングバッテリ充電回路への応用アナログ PWM コントローラの MCP1631 は、増幅率が 10 倍の電流検出アンプ、バッテリ電圧分圧器バッファアンプ、MOSFETドライバ、高速過電圧検出器、PWM コントローラを内蔵しており、PIC マイクロコントローラと組み合わせて使うとインテリジェントなバッテリ充電器を開発できます。専用アナログ PWM コントローラと PIC MCU を組み合わせる事で、非常に汎用性の高い充電ソリューションを構築できます。MCP1631HV が複数の電源回路方式 (SEPIC、フライバック、昇圧型) の駆動に必要なアナログ回路を提供し、PIC MCU が直列接続したバッテリの数およびその化学材料に応じたプログラマブルな充電アルゴリズムをサポートします。下図は、NiMH またはリチウムイオンバッテリの充電に使う SEPIC ソリューションを示します。

MCP1631HV SEPIC プログラマブルマルチケミストリバッテリ充電回路

MCP1631 の特長

STATUS

Li-Ion

NiMH

ICSP OSC

VREF

VDD

VBATT

VEXT

VFS

CS

OV

GND

+VIN

GND

J5

+VDD

+VBATT

–VBATT

Temp_Sense

LED 1...4

PIC® MCU MCP1631HV

VBATT

OV

高速アナログ PWM コントローラ (2 MHz 動作) マイクロコントローラと組み合わせる事で「インテリジェント」な

電源システムを構成可能ピーク電流モード制御 (MCP1631/MCP1631HV) 電圧モード制御 (MCP1631V/MCP1631VHV) 高耐圧品は入力電圧 +16 V まで対応 :

• MCP1631HV - 電流モード• MCP1631VHV - 電圧モード

以下の安定化電圧を出力 :• +5 .0 V または +3 .3 V を選択可能• 最大電流 : 250 mA

外部オシレータでスイッチング周波数とデューティサイクル最大値を設定

外部参照入力でレギュレーション電圧または電流を設定エラーアンプ、バッテリ電流センスアンプ、バッテリ電圧センスアンプを内蔵

過電圧コンパレータ内蔵大電流ローサイド MOSFETドライバ (1 A ピーク) 内蔵シャットダウンモードでは Iqを 2 .4 µA (typ .) まで低減過熱防止回路内蔵低電圧ロックアウト (UVLO) 20 ピン 4 × 4 mm QFN (MCP1631/MCP1631V のみ)、

20 ピン TSSOP、20 ピン SSOP


開発サポート

アプリケーションノート以下の関連サポート文書は、Microchip 社のウェブサイト (www.microchip.com) で提供しています。

AN793 - Power Management in Portable Applications: Understanding the Buck Switch Mode Power Converterこのアプリケーションノートでは、携帯機器アプリケーションで使う降圧型回路方式のスイッチングモード電源を設計する方法について詳しく説明しています。

AN947 - Power Management in Portable Applications: Charging Lithium-Ion/Lithium-Polymer Batteriesこのアプリケーションノートでは、Microchip 社の MCP73841 を使ったスタンドアロンのリニアソリューションを例に挙げながら、リチウムイオン / リチウムポリマーバッテリの充電に関する基礎を説明しています。

AN960 - New Components and Design Methods Bring Intelligence to Battery Charger Applicationsこのアプリケーションノートでは、デジタルおよびミクストシグナル電源設計の利点を活かし、バッテリの取り外し、逆極性、短絡等の状況に対処できるインテリジェントなバッテリ充電回路設計のソリューションについて説明しています。バッテリに関する基礎知識、スイッチングモード電源コンバータに関する基本的なトレードオフ、残量ゲージ付きのバッテリ充電システム設計について説明しています。

AN968 - Simple Synchronous Buck Regulator – MCP1612このアプリケーションノートは、MCP1612 を使って同期整流降圧型コンバータを設計する上で必要な情報を網羅しています。実際に製作した回路による電力変換計測結果も記載しています。

AN1088 - Selecting the Right Battery System for Cost-Sensitive Portable Applicationsこのアプリケーションノートは、バッテリの化学材料、充電方法、製品コスト、製品サイズに関する設計上のトレードオフについて、応用回路例を示しながら説明しています。

AN1156 - デルタ - シグマ ADC デバイスを使用したバッテリ残量測定バッテリ使用量 (mAH) とバッテリ残量 (mAH) は、放電電流と充電電流を追跡して求める事ができます。このアプリケーションノートでは、ADC を使ってこれらの機能を実行する方法について説明しています。

AN1311 - 単セル入力昇圧型コンバータの設計MCP1640B/C/D ファミリを使うと、各種単セル入力同期整流昇圧型コンバータを設計できます。このアプリケーションノートでは、これら設計の性能トレードオフおよび機能の違いについて説明しています。

AN1337 - MCP1640 を用いた DC 昇圧型コンバータにおけるバッテリ寿命の最適化このアプリケーションノートでは、長時間のバッテリ動作が求められるアプリケーションにおいて MCP1640 を使って回路の動作効率を高めるためのヒントとコツを詳しく説明しています。

AN1385 - MCP16301 デザインアナライザを使用した MCP16301 スイッチングモード電力コンバータの動的解析MCP16301デザインアナライザは、MCP16301 降圧型コンバータを使った電源設計の効率と安定性に関する情報を提供します。

AN1541 - MCP19111 設計ツールの使用MCP19111 は、先進の電源設計に抜群の柔軟性をもたらします。このアプリケーションノートでは、具体的な設計例を挙げながらマイコン内蔵アナログ電源コントローラ MCP19111 の強力な機能を最大限に引き出す MCP19111 設計ツールの使い方について説明しています。

MCP19111 - 降圧型電源グラフィカルユーザインターフェイスユーザガイドこのユーザガイドでは、MCP19111 をプログラムして降圧型電源設計をカスタマイズするための MPLAB X IDEプラグインソフトウェアについて説明しています。


デモボードおよび評価用ボードMicrochip 社は、各デバイスファミリのデモボードおよび評価用ボードを多数提供しています。詳細は、弊社代理店にお問い合わせください。

単 6 形乾電池クロックデモ1 本の単 6 形乾電池を MCP1624 を使って 3 .3 V に昇圧し、PICマイクロコントローラで基本的なクロック機能を実行して LCD ディスプレイに表示します。このデモは、静電容量式タッチ制御とバッテリ残量計測の機能も実装済みです。

MCP1252 チャージポンプバックライトデモボード(MCP1252DM-BKLT)

MCP1252 チャージポンプを使ってバックライトのバイアス電圧供給、または他の LED アプリケーションの駆動が行えるように設定してあり、光度設定、調光、スリープの機能を利用できます。

MCP1602 評価用ボード (MCP1602EV)このボードでは、MCP1602 降圧型レギュレータ (出力電圧は選択可能) の PFM および PWM動作を評価して頂けます。

MCP16251/MCP1640B 同期整流昇圧型コンバータ評価用ボード (ADM00458)このボードには 2 つの昇圧型コンバータが実装されており、出力電圧レベルを選択できます。コンバータの有効 / 無効を切り換える機能もあります。

MCP16301 5 V/600 mA 低ノイズ評価用ボード(ADM00433)

MCP16301 昇圧型コンバータは高周波数で動作し、高効率の 5 V 安定化出力電圧を生成します。放射ノイズを最小限に抑えているため、ノイズに敏感なアプリケーションに適しています。

MCP1630 ブーストモード LEDドライバデモボード(MCP1630DM-LED2)

MCP1630 は DC9 ～ 16 V の入力電圧を昇圧し、350 または 700 mA の定電流で最大 30 Wの LED ストリングを駆動します。

MCP1630 NiMH バッテリ充電器デモボード(MCP1630DM-NMC1)

MCP1630 と PIC16LF818 を使って 1 MHz SEPIC コンバータを構成し、耐障害性を高めた残量ゲージ付きの NiMH バッテリ充電回路を実装しています。

MCP1630V 双方向 4 セルリチウムイオンバッテリ充電器リファレンスデザイン (MCP1630RD-DDBK3)

低入力電圧を接続すると昇圧して直列接続した4 セルリチウムイオンバッテリを充電し、入力電圧を切断すると電流の方向を逆にして 4 セルリチウムイオンバッテリパックから他の回路へ安定化出力電圧を供給するように MCP1630Vを設定しています。

MCP1630 リチウムイオンマルチベイバッテリ充電器リファレンスデザイン (MCP1630RD-LIC1)この回路は 10 ～ 30 V の入力電圧で動作し、並列接続した 2 つの単セルリチウムイオンバッテリパックを定電流 - 定電圧方式で充電します。予備充電、セル温度計測、バッテリパックフォルト監視の機能もあります。

MCP16301 高電圧昇降圧デモボード (ADM00399)小型の表面実装部品を使って基板面積を最小限に抑えたこのボードは、5 ～ 30 V の入力電圧で動作し、12 V の安定化出力電圧を生成するように設計されています。

MCP1631HV デジタル制御プログラマブル電流ソースリファレンスデザイン (MCP1631RD-DCPC1)

MCP1631HV と PIC16F616 マイクロコントローラを組み合わせて構成した SEPIC コンバータを電流源として使い、直列または並列接続した複数の LED を駆動、または NiMH、NiCd、リチウムイオンバッテリを充電します。

MCP1631HV マルチケミストリバッテリ充電器リファレンスデザイン (MCP1631RD-MCC2)

PIC16F883 マイクロコントローラとMCP1631HV高速アナログ PWM コントローラを組み合わせたこのリファレンスデザインは、1 ～ 5 個の NiMH またはNiCd バッテリ、1 または 2 セルのリチウムイオンバッテリを充電できる他、1 つまたは 2 つの 1 W LED を駆動する事もできます。

開発サポート


開発サポート

MCP16323 評価用ボード (ADM00427)電流密度を高めた小型の降圧回路により、6 ～ 18 V の入力電圧から 3 V で最大 3 A の電流を出力します。

MCP1640 12 V/50 mA 2 セル入力昇圧型コンバータリファレンスデザイン (ARD00386)

MCP1640 昇圧型コンバータは、2 セルバッテリパックで一般的な 2 .0 ～ 5 .0 V の入力電圧を昇圧して 9 V、12 V、24 V の出力電圧を生成します。

MCP1640 シングル単 6 電池昇圧型コンバータリファレンスデザイン (MCP1640RD-4ABC)このリファレンスデザインは 1 本の単 6 形バッテリを使い、1 .5 Vの入力電圧を 3 .3 V 出力電圧まで昇圧します。スタンバイ時の消費電流を大幅に削減する機能もあります。

MCP1640 同期整流昇圧型コンバータ評価用ボード(MCP1640EV-SBC)

MCP1640 は 0 .35 ～ 5 .5 V の入力電圧を昇圧し、2 .0 V、3 .3 V、5 .0 V のいずれかの安定化出力電圧を生成します。

MCP1643 同期整流昇圧型 LED 定電流レギュレータ評価用ボード (ADM00435)

MCP1643 を使ったコンパクトで高効率な固定周波数の昇圧型 DC/DC コンバータです。1 または 2 セルのアルカリ、NiCd、NiMH バッテリで動作する LED 定

電流ジェネレータとして最適化されています。最小限の外付け部品でアプリケーションを開発できます。

MCP19035 600 kHz 同期整流降圧型コントローラ評価用ボード (ADM00445)

12 V (typ .) の入力電圧を 1 .8 V の安定化出力電圧に変換し、10 A の電流を出力するコンパクトで高効率の降圧型レギュレータです。

MCP19111 評価用ボード (ADM00397)このボードでは、同期整流降圧型回路方式でのMCP19111 の動作を評価して頂けます。ほとんど全ての動作および制御パラメータを、内蔵の PICマイクロコントローラコアでプログラムできます。

MCP3421残量ゲージデモボード(MCP3421DM-BFG)このボードは、一次電池のバッテリ電圧、放電電流、使用量を計測して表示します。また、リチウムイオン二次電池の残量を計算して充電するようにプログラムする事もできます。

MCP73113 OVP シングルセルリチウムイオンバッテリ充電器評価用ボード (MCP73113EV-1SOVP)

この設計は、リチウムイオンバッテリを 500 mAまたは 1000 mA で充電します。LED ステータスインジケータ、予備充電、充電終了、自動再充電機能があり、出力は 4 .20 V に固定されています。

MCP73871 電圧比例電流制御付きデモボード(MCP73871DM-VPCC)

このボードは、入力電圧を接続すると単セルリチウムイオンまたはリチウムポリマーバッテリを充電します。負荷を駆動する場合、または入力電圧を切断した場合はバッテリからの電圧で負荷を駆動します。この回路は、入力電

流制限、定電流 / 定電圧充電、充電ステータス LED インジケータの機能を備えています。

MCP73X23 OVP リン酸鉄リチウムバッテリ充電器評価用ボード (MCP73X23EV-LFP)このボードは、MCP73123 を使って単セル LiFePO4 バッテリを充電する回路と、MCP73223 を使って 2 セル LiFePO4 バッテリを充電する回路の 2 つを実装しています。

MCP73837/8 AC/USB デュアル入力バッテリ充電器評価用ボード (MCP7383XEV-DIBC)

部品点数を最小限に抑えたバッテリ充電管理回路で、AC アダプタまたは USB ポートからの電源を自動的に切り換えます。


開発サポート

以下のデモボードおよび評価用ボードも提供しています。詳細は Microchip 社ウェブサイトをご覧ください。

UCS1001 評価用ボード(ADM00540)

UCS1002 プログラマブル USB ポートパワーコントローラ評価用ボード(ADM00497)

MCP1256/7/8/9 チャージポンプ評価用ボード (MCP1256/7/8/9EV)

MCP1601 降圧型レギュレータ評価用ボード (MCP1601EV)

MCP1602 評価用ボード(MCP1602EV)

MCP1612 同期整流降圧型レギュレータ評価用ボード (MCP1612EV)

MCP1630 低コストリチウムイオンバッテリ充電器リファレンスデザイン(MCP1630RD-LIC2)

MCP16301 高電圧昇降圧型デモボード(ADM00399)

MCP16301 高電圧シングルインダクタCuk LED 駆動デモボード(ARD00410)

MCP1632 300 kHz 昇圧型コンバータデモボード (ADM00530)

MCP1710 デモボード(ADM00468)

MCP73213 OVP デュアルセルリチウムイオンバッテリ充電器評価用ボード(MCP73213EV-2SOVP)

MCP73831 評価用キット(MCP73831EV)

MCP73833 リチウムイオンバッテリ充電器評価用ボード (MCP73833EV)

MCP7383X リチウムイオンシステム電力経路管理リファレンスデザイン(MCP7383XRD-PPM)

MCP73871 評価用キット(MCP73871EV)

ここに記載した情報は、予告なく変更する場合があります。Microchip 社の名称とロゴ、Microchip ロゴ、dsPIC、MPLAB、PIC、mTouch は、アメリカ合衆国および他の国における Microchip Technology Incorporated の登録商標です。PICDEM、PICtail、ZENA は、アメリカ合衆国および他の国における Microchip Technology Incorporated の商標です。その他本書に記載されている商標は、各社に帰属します。© 2014, Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 5/14 DS30009610F_JP

Microchip Technology Inc. 2355 W. Chandler Blvd.

Chandler, AZ 85224-6199

www.microchip.com

サポートMicrochip 社は、お客様が短期間で効率良く製品を開発して頂けるようサポートの充実に努めています。製品とシステムのサポートを提供できる、フィールドアプリケーションエンジニアと技術サポートの世界的ネットワークを維持しています。さらに、www.microchip.com で、以下のサービス分野を用意しています。

サポートリンクは質問を短時間で解決する方法を提供します。http://support.microchip.com

サンプルリンクは Microchip 社デバイスの無償評価サンプルを提供します。http://sample.microchip.com

フォーラムリンクはナレッジデータベースとユーザ同士のディスカッションをご利用頂けます。http://forum.microchip.com

購入リンクは Microchip 社の販売代理店の所在地をご覧頂けます。www.microchip.com/sales

トレーニングMicrochip 社は、トレーニングに対する皆様のご要望にもお応えします。Microchip 社は常に技術トレーニングの選択肢を拡大しており、各種トレーニングコースと専門的なカリキュラムを提供しています。また、いつでもアクセス可能な各種オンラインリソースも提供しています。

技術トレーニングセンターとその他のリソース : www.microchip.com/training

MASTERs カンファレンス : www.microchip.com/masters 世界各地のセミナー : www.microchip.com/seminars e ラーニング : www.microchip.com/webseminars

北米地域アトランタ Tel: 678-957-9614オースティン Tel: 512-257-3370ボストン Tel: 774-760-0087チャンドラー Tel: 480-792-7200シカゴ Tel: 630-285-0071クリーブランド Tel: 216-447-0464ダラス Tel: 972-818-7423デトロイト Tel: 248-538-2250ヒューストン Tel: 281-894-5983インディアナポリス Tel: 317-773-8323ロサンゼルス Tel: 949-462-9523ニューヨーク Tel: 631-435-6000サンノゼ Tel: 408-735-9110トロント Tel: 905-673-0699

ヨーロッパオーストリア - ヴェルス Tel: 43-7242-2244-39デンマーク - コペンハーゲン Tel: 45-4450-2828フランス - パリ Tel: 33-1-69-53-63-20ドイツ - デュッセルドルフ Tel: 49-2129-3766400ドイツ - ミュンヘン Tel: 49-89-627-144-0ドイツ - プフォルツハイム Tel: 49-7231-424750イタリア - ミラノ Tel: 39-0331-742611イタリア - ヴェニス Tel: 39-049-7625286オランダ - ドリューネン Tel: 31-416-690399ポーランド - ワルシャワ Tel: 48-22-3325737スペイン - マドリッド Tel: 34-91-708-08-90スウェーデン - ストックホルム Tel: 46-8-5090-4654イギリス - ウォーキンガム Tel: 44-118-921-5800

アジア/太平洋オーストラリア - シドニー Tel: 61-2-9868-6733中国 - 北京 Tel: 86-10-8569-7000中国 - 成都 Tel: 86-28-8665-5511中国 - 重慶 Tel: 86-23-8980-9588中国 - 杭州 Tel: 86-571-87928115中国 - 香港 SAR Tel: 852-2943-5100中国 - 南京 Tel: 86-25-8473-2460中国 - 青島 Tel: 86-532-8502-7355中国 - 上海 Tel: 86-21-5407-5533中国 - 瀋陽 Tel: 86-24-2334-2829中国 - 深圳 Tel: 86-755-8864-2200中国 - 武漢 Tel: 86-27-5980-5300中国 - 厦門 Tel: 86-592-2388138中国 - 西安 Tel: 86-29-8833-7252中国 - 珠海 Tel: 86-756-3210040

営業所一覧

アジア/太平洋インド - バンガロール Tel: 91-80-3090-4444インド - ニューデリー Tel: 91-11-4160-8631インド - プネ Tel: 91-20-3019-1500日本 - 大阪 Tel: 81-6-6152-7160日本 - 東京 Tel: 81-3-6880-3770韓国 - 大邱 Tel: 82-53-744-4301韓国 - ソウル Tel: 82-2-554-7200マレーシア - クアラルンプール Tel: 60-3-6201-9857マレーシア - ペナン Tel: 60-4-227-8870フィリピン - マニラ Tel: 63-2-634-9065シンガポール Tel: 65-6334-8870台湾 - 新竹 Tel: 886-3-5778-366台湾 - 高雄 Tel: 886-7-213-7830台湾 - 台北 Tel: 886-2-2508-8600タイ - バンコク Tel: 66-2-694-1351

03/12/14

ポータブル電源設計ガイド - microchip...

Documents