48V 電源対応の完全な単一 IC パワー・マネージメント・バッテリ保守 / バックアップ・システム Jay Celani 電子機器に対する一般的な傾向は、携帯性の向上です。誰かが「コンセントを抜いた」という理由だけで機器の電源が切れることは、もはや万人に受け入れられることではなくなりました。携帯可能な機能を実装するため、先進のパワー・マネージメント・システムを機器に組み込む必要があります。このシステムが可能なのは、使用可能な電源から該当のシステム出力までの経路を制御し、バックアップ素子を充電してすぐに使用できる状態を保ち、常に適切な電源を別のシステムに確保することです。洗練された単一 IC パワー・マネージメント・ソリューションは、スマートフォンやタブレットな VIN 36V TO 55V D1, D2: PMEG6010AED D3: BZX84C6V2L L1: COILCRAFT XAL1010 M1, M2, M3, M4: SiS862DN RSENSEA 0.006Ω (CSNL2512) 33µF ど、低電圧および低消費電力レベルで動作する多くの携帯機器ですぐに使用できます。多 L1 15µH M1 くの産業用機器や医療機器に必要なシステムなどの大電力および高電圧のシステム向けの M4 68µF M3 M2 パワー・マネージメント・ソリューションは、一 RSENSEB 0.006Ω (CSNL2512) 般に面倒で複雑な専用のディスクリート部品ソリューションが必要です。LTC4020 は、高電 (CORE LIMIT = 8.3A) 圧および大電力の単一 IC ソリューションに高 2.2µF 度なパワー・マネージメント機能を組み込むこ D1 INTVCC とにより、こうした環境でのパワー・マネージメ PGND ントを簡略化します。 PVIN BG2 BG1 SW2 LTC4020 は、先進の 4 スイッチ昇降圧 SW1 TG2 D2 TG1 DC/DC パワー・コンバータを特長としてお SGND ワー・マネージメント機能をサポートします。電要件、および入力電源の制限に応じて、システム入力電源、バックアップ・バッテリ、および RT, 100k コンバータ出力間の電力配分を管理します。電圧より低い、高い、または同じ電圧を生成す RSHDN1 536k (35V) RSHDN2 20k ることができます。内蔵のバッテリ・チャージャは、リチウム・ベースのバッテリに合わせて最適化された定電流 / 定電圧（CC/CV）充電プロ VC SENSBOT ITH SENSTOP VFBMAX SENSVIN RT 出力：265W、充電電流：5A、システム / 330pF 43k 51k 1nF ILIMIT CSOUT 100Ω CSP VIN_REG 0.33µF CSN SHDN BGATE MODE STAT1 BAT STAT2 VFBMIN FBG RNG_SS VFB （48V）フロート・チャージャ（コンバータフロート充電電圧出力：53.75V） 36 | 2014年7月： LT Journal of Analog Innovation SENSGND TIMER 図 1．36V∼55V 入力の 24 セル鉛蓄電池 BST2 SGND 0.047µF LTC4020 は、負荷のばらつき、バッテリの充単一インダクタの DC/DC 昇降圧コントローラ LTC4020 BST1 独自の PowerPath™ システム / バッテリ・パ 1µF D3 1µF り、最適なバッテリ充電と、リニアテクノロジーは、最大 55V の入力電圧を受け付けて、入力 VOUT 53.75V 5A SGNDBACK NTC 100Ω RCS 0.01Ω (CSNL2512) 5A MAX 100pF RFB1 205k RFB2 10k 24-CELL LEAD-ACID (48V SYSTEM BATTERY) 設計上のアイデア LTC4020 は、先進の 4 スイッチ昇降圧 DC/DC パワー・コンバータを特長としており、最適なバッテリ充電と、リニアテクノロジー独自の PowerPath システム / バッテリ・パワー・マネージメント機能をサポートします。LTC4020 は、負荷のばらつき、バッテリの充電要件、および入力電源の制限に応じて、システム入力電源、バックアップ・バッテリ、およびコンバータ出力間の電力配分を管理します。 9 AVAILABLE TOTAL OUTPUT CURRENT (A) 6 5 ICHARGE (A) 4 3 2 1 0 48 49 50 51 52 53 54 VBATTERY (V) 図 2．図 1 に示す回路での最大充電電流 8 7 6 5 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 VIN (V) 図 3．供給可能なコンバータ出力電流（システム負荷電流 + バッテリ充電電流）と入力電圧ファイル、3 段階の鉛蓄電池充電プロファイル、電流フロート・チャージャを実装することによ鉛蓄電池バックアップを備えた 48V システムまたは修正版のタイマ終了定電流アルゴリズムり、容易に対処できます。電源（CC）を実現するよう設定できます。最後のアルゴリズムはリチウム用のプロファイルと同様ですが、低電圧プリコンディショニング機能および充電サイクル再開機能は組み込まれていません。 CC モード充電を使用した 48V 鉛蓄電池 CC 充電アルゴリズムは、LTC4020 の MODEピンを未接続のままにしておくことにより有効になります。帰還抵抗分割器は、VFB = 2.5V に対応する目的のバッテリ・フロート充電電圧を設定します。CC 充電アルゴリズムにより、フロート・レギュレーション電圧に達するバックアップ・バッテリ・フロート・チャージャを内蔵した 48V システム電源として構成されている LTC4020 を図 1 に示します。この電源の中心的な部品は平均電流モードの昇降圧 DC/DC コントローラで、スイッチング素子として 4 つの外付け N チャネル FET を使用し、 265W の出力システム電力を供給できます。チャージャへの適用まで、最大限の設定充電電流が可能になりま鉛蓄電池に合わせて最適化された充電モードす。フロート・レギュレーション電圧を維持してコンバータは 36V∼55V の入力電源電圧範囲いる間、鉛蓄電池フロート・チャージャはバッで動作し、コンバータの平均インダクタ電流はテリに絶え間なく電流を供給できる必要があ 8.3A に制限されます。コンバータの電流制限るので、充電機能は終了できません。CC 充電値は、SiS862DN スイッチング FET（M1 およで LTC4020 を構成した場合、吸収充電中のレギュレーション電圧は、「12V」の鉛蓄電池では標準バッテリ・システム電圧の 120%、つまり 14.4V です。吸収充電電圧が LTC4020 の最大動作電圧を超えるので、残念ながら組み込みの鉛蓄電池充電アルゴリズムは 48V のシステム・バッテリに使用できません。これには、定電流（CC）充電アルゴリズムを使用して大モードでは、 TIMER = 0V に設定することにび M2）と直列に配置した 2 つの 6mΩ検出抵抗よってこれに対応できますが、この設定によっ（RSENSE1 および RSENSE2）により設定されまてタイマ機能が無効になるので、充電終了もす。DC/DC コンバータの出力では、動作電圧無効になり、したがって充電サイクルは無期限範囲全体にわたって少なくとも 5A がサポートに継続されます。されます。 2014年7月： LT Journal of Analog Innovation | 37 LTC4020 は、システム負荷およびバッテリ充電機能に優先的に電力を供給します（システム負荷は、常に充電電源より優先されます）。したがって、重負荷の期間には、必要に応じて充電電流が減少します。万一、システム負荷が LTC4020 DC/DC コンバータの能力を超えた場合は、バッテリ電流の方向が変わり、負荷電流はバッテリから供給されてコンバータ出力を補足します。器は、 FBG ピンを介して参照されます。このピ流れ込む全バッテリ電流は 10µA 未満に減少を形成します。これにより、入力シャットダウンンは、LTC4020 が動作している場合はグランし、バッテリ寿命を最大限に延長します。電圧が VIN = 35V で設定され、入力電圧がドに短絡されていますが、LTC4020 がディス 35V より低い場合は DC/DC コンバータ機能エーブル状態のときは高インピーダンスになとバッテリ・チャージャ機能がディスエーブルり、バッテリの寄生負荷を軽減します。 RSHDN1と RSHDN2 は、SHDN ピンで分割器されるので、電源が有効な場合には、常に全負荷電流を供給可能です。ここで使用される SiS862DN スイッチ FET の標準の QG はそれぞれ約 10nC なので、抵抗 RT によって動作周波数を 250kHz に設定することにより、VIN = 55V での QG(TOTAL) • fO は、LTC4020 の規定の INTVCC 直列素子 SOA ガイドラインの範囲内に入ります。このデバイスは、前述したように、定電流 / 定電圧充電プロファイルを使用して、 24 セル（48V）の鉛蓄電池バックアップ・バッテリを充電して維持します。バッテリ充電電流の最大値は、RCS により 5A に設定されます。この値は、満充電フロート電圧である 53.75V に達するまで供給可能です。バッテリ電圧は抵抗分割器（RFB1 および RFB2）によりモニタされます。これにより、満充電フロート電圧の 53.75V（つ LTC4020 は、システム負荷およびバッテリ充電機能に優先的に電力を供給します（システム負荷は、常に充電電源より優先されます）。したがって、重負荷の期間には、必要に応じて充電電流が減少します。万一、システム負荷が LTC4020 DC/DC コンバータの能力を超えた場合は、バッテリ電流の方向が変わり、負荷電流はバッテリから供給されてコンバータ出力を補足します。 VIN 電源が切断された場合は、LTC4020 のすべての機能が停止して、必要な電力はバッテリから出力に供給されます。バッテリからコンバータを介した逆導通はスイッチ FET M4 によって遮断され、バッテリ電圧モニタの抵抗まとめ LTC4020 は、バッテリ・バックアップやバッテリ駆動の遠隔動作が必要なあらゆる大電力デバイスに対応する単一 IC パワー・マネージメント・ソリューションです。内蔵の昇降圧 DC/DC コントローラは、入力電圧より高い、低い、または等しい電圧レールに電力を供給できます。この IC は高度な PowerPath 構成を使用して、コントローラ出力をフル機能のマルチケミストリ・バッテリ・チャージャと結合します。このチャージャは、充電サイクル制御用の内部タイマと、 2 進コード化状態ピンを使用するリアルタイム充電サイクル・モニタリング回路を内蔵しています。ピンで選択可能な 3 つの充電プロファイルにより、最も一般的なバッテリ・タイプに適合する汎用性と、最適化された充電特性が得られます。n 分割器は FBG ピンを介して切断されます。もしも無負荷での蓄電条件が必要な場合は、IC にまり、2.24V/ セル）が設定されます。この分割（LT1468A、35 ページからの続き）す。±15V 時に最大電源電流が 500µA のど十分に高速な安定化ができないので、 INL ドライバは、主として 2 つの LT1468A オペア LT1012A ピコアンペア入力電流、マイクロボ性能は低下し始めます。ンプと LT5400A 整合抵抗アレイで構成されまルト・オフセット、低ノイズ・オペアンプは、こす。この回路の別バージョンでは、 LT1122A れらのアプリケーションで LT1468A を置きまとめオペアンプを使用して 75pA の最大入力電流換えることができます。表 1 のオペアンプ性ここに示す ADCドライバは、シングルエンドのを実現するか、低サンプリング・レート時に能比較に示すように、サンプル・レートが最 ±10V 信号を LTC2377-20 500ksps SAR LT1012A オペアンプを使用して電源電流を大 125ksps の場合、 LT1012A は +0.9ppm、 A/D コンバータの ±5V 完全差動信号に変換低減します。DC2135（この回路のデモボード・ –0.5ppm の直線性を達成しています。サンプします。複合回路の性能は、 50µV のオフセッバージョン）はリニアテクノロジーから入手できル・レートが 125ksps を超えると、このオペアト、2ppm の INL、102.7dBFS の SNR、およます。n ンプは A/D コンバータを正確に駆動できるほび –123.5dB の THD を達成しています。この 38 | 2014年7月： LT Journal of Analog Innovation