DN239 リチウムイオン・バッテリ用超小型低損失バッテリ・チャージャ

リチウムイオン・バッテリ用超小型低損失バッテリ・チャージャ
デザインノート 239
James Herr
はじめに
リチウムイオン（Li-Ion）バッテリは軽量でエネルギー密度
が高いため、今日の小型携帯電子機器用電源として採用さ
れることが多くなっています。しかし、これらのバッテリ
の充電には重要な課題が少なくありません。たとえば、過
充電した場合は、ユーザに危険を及ぼす可能性がありま
す。
LTC®1731は、1セル・リチウムイオン・バッテリ用の定
電流/定電圧リニア・チャージャ・コントローラです。−
40℃∼85℃の全温度範囲で±1%（最大）
という出力精度に
より、過充電を防止します。出力フロート電位は、高価な
外部0.1%抵抗分割器を使用することなく、内部で4.1Vまた
は4.2Vのいずれかに設定されます。また、充電電流は±
7%の精度でユーザがプログラムできます。
充電サイクルの初めに、バッテリ電圧が2.457V未満の場
合、LTC1731は放電したバッテリにストレスを与えないた
めに、フルスケール電流のわずか10%相当の電流でバッテ
リをプリチャージします。バッテリ電圧が2.457Vに達すれ
ば、通常充電を開始できます。充電はユーザがプログラム
したタイマによって終了します。このタイマが充電サイク
ルを完了した後は、入力電圧源を取り除いてから再び印加
するか、あるいはデバイスを瞬間的にシャットダウンすれ
ば、充電を再開できます。内蔵の充電終了（C/10）コンパ
レータは、充電電流がフルスケール電流の10%に低下した
ことを示します。このコンパレータの出力を使用して、タ
イマがサイクルを完了する前にバッテリの充電を終了させ
ることもできます。
流を設定し、VCCから電流アンプ
（CA）
入力までの電圧降下
を設定します。電流アンプは、外部PチャネルMOSFET
（Q1）のゲートを制御して、強制的にRSENSE両端の電圧降
下が等しくなるようにし、これにより充電電流を設定しま
す。BATピンの電位がプリセットされたフロート電圧に近
づくと、電圧アンプが電流のシンクを開始し、これによっ
てRSENSE両端の所要電圧降下が低下するため、充電電流が
減少します。
VCCピンの電位が4.1Vを超えると充電が開始されます。充
電サイクルの初めに、バッテリ電圧が2.457V未満の場合、
チャージャはトリクル充電モードに入ります。トリクル充
電電流はフルスケール電流の10%です。プログラムされた
全充電時間の1/4に相当する時間に達してもバッテリ電圧
が低ければ、充電シーケンスが終了します。
チャージャは、BATピンの電圧が2.457V以上になると、
高速充電・定電流モードに入ります。定電流モードでは、
充電電流はR SENSEとRPROGの組合せによって設定されま
す。バッテリが最終フロート電圧に近づくと、電圧ループ
が制御を行い、充電電流が低下し始めます。電流がフルス
ケール充電電流の10%に低下すると、内部コンパレータは
CHRGピンのプルダウンNチャネルMOSFETをターンオフ
、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。
VIN
5V TO 12V
MBRM120T3
7
1k
LTC1731は8ピンMSOPおよびSOパッケージで供給され
ます。
SENSE
2
09/00/239
DRV
CHRG
RSENSE
0.2Ω
1%
8
6
3
CTIMER
0.1µF
TIMER
BAT
PROG
GND
4
1µF
Q1
Si9430DY
LTC1731-4.2
動作および回路説明
図1は、LTC1731-4.2を使用した500mAの1セル・リチウ
ムイオン・バッテリ・チャージャの詳細な回路図です。充
電電流は、PROGピンからグランドに接続されたプログラ
ム抵抗
（RPROG）
とVCCピンおよびSENSEピンの間にあるセ
ンス抵抗（R SENSE）の組合せによりプログラムされます。
RPROGは調整された内部800Ω抵抗を介してプログラム電
VCC
IBAT = 500mA
1
5
RPROG*
19.6k
1%
+ Li-ION
10µF
CELL
DN239 F01
*SHUTDOWN INVOKED BY FLOATING THE PROG PIN
図1. 1セル用500mAリチウムイオン・バッテリ・チャージャ
し、微弱な電流源をグランドに接続して充電終了
（C/10）
状
態を示します。
TIMERピンの外部コンデンサ
（CTIMER）
により全充電時間が
設定されます。タイマ・サイクルが完了すれば、直ちに充
電が終了し、CHRGピンがハイ・インピーダンス状態に強
制されます。充電サイクルを再開するには、単に入力電源
を取り除いてから再び印加するか、PROGピンを瞬間的に
フロートさせてください。
リチウムイオンのように正確な最終フロート電位を必要とす
るバッテリの場合、2.457V内部リファレンス、電圧アン
プ、および抵抗分割器により、±1%以上の精度で安定化が
行われます。NiMHおよびNiCdバッテリの場合、TIMERピン
をVCCに接続するだけでLTC1731を電流源にすることがで
きます。定電流専用モードのときは、電圧アンプ、タイマ、
およびトリクル充電機能はすべてディスエーブルされます。
ここで、
RPROGはPROGピンからグランドまでの全抵抗です。
たとえば、500mAの充電電流が必要な場合、RSENSEは最
大充電電流時に100mV降下するような値を選択してくださ
い。RSENSE＝0.1V/0.5A＝0.2Ωとなり、次のように計算
できます。
RPROG＝（2.457V/500mA）
（800Ω/0.2Ω）
•
＝19.656k
全温度範囲および経時的に最良の精度を達成するには、1%
抵抗を推奨します。最も近い1%抵抗の値は19.6kです。
標準的応用例
1.5A 1セル・バッテリ・チャージャ
LTC1731は、充電電流が高いアプリケーションの場合にはス
イッチャを使用したバッテリ・チャージャとして接続するこ
ともできます
（図2を参照）
。リニア・チャージャの場合と同様
に、充電電流はR3およびR5で設定されます。CHRGピン出力
は、平均電流がフルスケール値の10%に低下すると充電終了
状態を示します。リップル電圧を抑えるため、BATピ
入力電圧がない場合、チャージャはスリープ・モードに入 （C/10）
りICCは7µAに低下します。これにより、バッテリを流れる ンには100µFのバイパス・コンデンサが必要です。
電流が大幅に減少し、待機時間が延長されます。チャー
ジャは、PROGピンをフロートさせるといつでもシャット まとめ
ダウンできます。内部電流源が、PROGピンの電圧を引き LTC1731により、非常に小型で部品点数が少なく、低コス
上げ3.5Vにクランプします。
トの多様な化学物質のバッテリ・チャージャを構築できま
す。内蔵プログラマブル・タイマにより、マイクロプロ
セッサにインタフェースすることなく充電を終了すること
ができます。
充電電流のプログラミング
バッテリ充電電流を表す式は次のとおりです。
IBAT ＝（IPROG）
（800Ω/R
•
SENSE）
VIN
5V TO 6V
（800Ω/R
•
＝（2.457V/RPROG）
SENSE）
D2
1µF
CER
R1
1k
R3
0.082Ω
1%
7
VCC
D3
SENSE
2
DRV
CHRG
8
R2
5Ω
6
3
BAT
TIMER
PROG
C1
0.1µF
5
4
Q1
2
LTC1731-4.2
3
C2
22µF
CER
C4
0.47µF
TPS2829DBVR
1
D1
L1
5
GND
4
C1: AVX0603ZC104KAT1A
D1, D2: MOTOROLA MBRS130LT3
Q1: SILICONIX Si3443DV
L1: SUMIDA CDRH6D38-220NC
R5
18.2k
1%
+ 1-CELL
Li-ION
BATTERY
+
C3
100µF
DN239 F02
(800) 441-2447
(800) 554-5565
(847) 956-0666
図2. 1セル用1.5Aリチウムイオン・バッテリ・チャージャ
データシートのダウンロード
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