LTC1626：1セル・リチウムイオン電池で動作する降圧コンバータ − デザインノート 196 Tim Skovmand はじめに 1セル・リチウムイオン電池の動作 LTC1626は入力電圧範囲が2.5V∼6Vの低電圧、高効率、モノリシック降圧DC/DCコンバータで、1セルのリチウムイオン電池アプリケーションに最適です。低RDS(ON)内蔵スイッチにより、高効率を達成し最大0.6Aの出力電流を提供することができます。LTC1626は自動パワーセーブのバースト・モードTM動作をもち、負荷電流低下時にゲート電荷損失を低減します。コンバータの消費電流は無負荷時にはわずか160µA、シャットダウン時には1µAであり、消費電流に敏感なアプリケーションに最適です。図1に示すとおり、完全充電された1セル・リチウムイオン電池は4.1V∼4.2Vの間で放電サイクルを開始します。放電時間の大部分では、セル電圧は3.5V∼4.0Vです。放電の終了に近づくと、セル電圧はかなり急速に3V以下に低下します。放電は標準的に2.5V付近で終了します（バッテリ・メーカの仕様による）。 LTC®1626は、1セル・リチウム電池の放電曲線に適応するように特別に設計されています。たとえば、図2に示す回路を使用すれば、最小2.7Vの電池電圧で2.5V/0.25Aの安定化出力電圧を供給可能なため、動作時間を最大限にすることができます。 5.0 Li-Ion CELL VOLTAGE (V) 4.5 ドロップアウト・モードでの100%デューティ・サイクル 4.0 リチウムイオン電池が放電すると、LTC1626は高効率スイッチング・モードDC/DCレギュレータから低ドロップアウト・リニア・レギュレータ（100%デューティ・サイクル）に円滑に移行します。このモードでは、バッテリ入力とレギュレータ出力電圧間の電圧降下は、負荷電流とPMOS スイッチの直列抵抗、電流センス抵抗、およびインダクタによってのみ制限されます。電池の電圧が再び上昇すると、LTC1626は円滑に高効率DC/DCコンバータに復帰します。 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 0 1 2 3 4 5 DISCHARGE TIME (HOURS) 6 7 DN196 F01 図1. 標準的な1セル・リチウムイオン電池の放電曲線、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。 Burst Modeはリニアテクノロジーの商標です。 (2.7V to 4.5V) SINGLE Li-Ion CELL + CIN††† 47µF 16V + 0.1µF 470Ω LTC1626 D1† + COUT†† 100µF 6.3V SENSE + SENSE – * COILTRONICS CTX33-4 ** IRC 1206-R100F † MBRS130LT †† AVX TPSC107M006R0150 ††† AVX TPSD476K016 RSENSE** 0.1Ω PGND CT CT 270pF L* 33µH SW SHUTDOWN ITH 3900pF VIN PWR VIN SGND 1000pF 10k VFB 100pF 10k DN196 F02 図2. 1セル・リチウムイオン電池の電圧を2.5Vに変換するコンバータ 12/98/196 VOUT 2.5V/0.25A 5V 0.1µF + VIN PWR VIN LBIN SW LTC1626 LBOUT SHDN ITH 1k 3900pF RSENSE** 0.1Ω CT CT 270pF SENSE – SGND VOUT (3.3V/0.6A) D1 MBRS130LT1 15k 1% SHUTDOWN PGND SENSE + * COILCRAFT D03316-473 ** IRC 1206-R100F † AVX TPSE227K010 †† AVX TPSD107K010 CIN†† 100µF L1* 10V 47µH + 1000pF COUT† 220µF 10V VFB 100pF 9.09k 1% DN196 F03 図3. 5Vを3.3Vに変換する高効率降圧コンバータ 100 てオフタイムが徐々に短縮されます。出力はオーバシュートなしで円滑に安定化状態に復帰します。 EFFICIENCY (%) 95 VIN = 5V 低電圧、低RDS(ON)スイッチ 90 LTC1625の内蔵PMOSスイッチは、電源電圧が低いときに抵抗値が極端に低くなるように設計されています。図5 はスイッチ抵抗と電源電圧のグラフです。 85 80 75 L1 = 47µH VOUT = 3.3V RSENSE = 0.1Ω CT = 270pF 70 0.01 0.10 OUTPUT CURRENT (A) 1.00 RDS(ON)は4.5Vで標準0.32Ω、 3.0Vでは約0.40Ωにしか増加しません。この低いスイッチ抵抗によって、高効率のスイッチングと低電源電圧時の低ドロップアウトDC特性を達成しています。 DN196 F04 0.60 図4. 効率と負荷電流 TJ = 25°C 0.50 5Vから3.3Vへの高効率変換 RDS(ON) (Ω) 図3の回路では、LTC1626を使用してボードレベルで5Vを 3.3V（最大電流0.6A）に変換しています。リニア・レギュレータでもこれを実行できますが、さらに余分な1Wの電力損失が生じます。高効率なLTC1626では、この損失はわずか230mWに低減されます（図4）。 0.40 0.30 電流モード・アーキテクチャ 0.20 LTC1626はバーストモード動作を行う電流モードDC/DCコンバータです。これにより広い負荷電流範囲で非常に高い効率、高速過渡応答、超低ドロップアウト特性を実現しています。さらにインダクタ電流が予測可能で、すべての動作条件において十分に制御できるため、インダクタの選択が容易です。 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 INPUT VOLTAGE (V) 5.5 6.0 DN196 F05 図5. PMOSスイッチ抵抗と入力電源電圧まとめ LTC1626は電流モードでも卓越した起動特性および短絡回復特性を達成しています。たとえば、出力がグランドに短絡すると、インダクタ電流の暴走を防ぐために、オフタイムが延長されます。短絡が解除されると、出力コンデンサが充電を開始し LTC1626は、特に1セル・リチウム電池パックで動作するように設計されています。低ドロップアウト、高効率、マイクロパワー動作モードにより、セルラー電話、携帯用機器、および医療用機器に最適です。お問い合わせは当社または下記代理店まで（50 音順）東京エレクトロンデバイス株式会社株式会社トーメンエレクトロニクス株式会社マクニカ〒 224-0045 横浜市都築区東方町 1 TEL(045)474-5114 FAX(045)474-5617 〒 108-0075 東京都港区港南 1-8-27 TEL(03)5462-9615 FAX(03)5462-9695 〒 226-0006 横浜市緑区白山 1-22-2 TEL(045)939-6104 FAX(045)939-6105 リニアテクノロジー株式会社 162-0814 東京都新宿区新小川町 1-14 NAO ビル 5F TEL(03)3267-7891 FAX(03)3267-8510 http://www.linear-tech.com 0199 4K • PRINTED IN JAPAN  LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 1998