cd00004060

AN1011
アプリケーションノート
STマイクロエレクトロニクスのNVRAMおよび
リアルタイムクロック(RTC)製品で使用されているバッテリー技術
はじめに
リチウムカーボンモノフッ化物
(LiCFx)
バッテリーは、ST マイクロエレクトロニクスの
ZEROPOWER®NVRAMおよびTIMEKEEPER® NVRAMの各デバイス、ならびにシリアルリアルタイ
ムクロック(RTC)デバイスに使用されています。バッテリーからは、TIMEKEEPERおよびシリアル
RTCデバイスのスタティックRAMアレイを保持して、オシレータの発振を続けるためのバックアップ
電源が供給されています。
放電率が低ければ、これらの非充電式リチウムバッテリーは、高い信頼性の電圧レベルを長年にわ
たって維持可能です。したがって、リチウムバッテリーは、バッテリーによるバックアップを必要と
する各種のアプリケーションに使用されており、数年間のメンテナンスを不要とします。
電子部品の中で使用するには、これらのセルは無毒で耐食性と非爆発性を備えた成分から作られてい
ることも必要です。放電の前後と放電中には、化学的にも温度的にも安定でなければなりません。ST
マイクロエレクトロニクスでは、48mAhのBR1225Xセルと120mAhのBR1632セルを使用しています。
これらのセルの電解液 (図 1 参照) は、従来のバッテリーの大半で用いられているアルカリ性や酸性の
腐食性溶液ではなく、有機溶媒をベースとしています。これによってセルの漏れ抵抗が大きく改善さ
れており、漏れが引き起こす悪影響からも守られます。
図 1.
セル断面図
(-)
(+)
ࢭࣝ⨁ࢣ࣮ࢫ
࢞ࢫࢣࢵࢺ
࢔ࣀ࣮ࢻ࢟ࣕࢵࣉ
CFx࢝ࢯ࣮ࢻ
㟁ὶ࢝ࢯ࣮ࢻ
ࣜࢳ࣒࢘࢔ࣀ࣮ࢻ
ࢭࣃ࣮ࣞࢱ࡜㟁ゎᾮ
AI02531
2016 年 1 月
Doc ID 6254 Rev 1 [English Rev 4]
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www.st.com
AN1011
目次
目次
特性とモデリング . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
UL 1950/60950 認定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
NVRAM およびシリアル RTC に対するバッテリー状態 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
改版履歴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
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AN1011
特性とモデリング
特性とモデリング
STマイクロエレクトロニクスでは、これらのセルに対して大規模な試験を行ってきていますが、その
多くは破壊試験です。さまざまな負荷、温度 (最大85°C)、その他の環境変動要因による影響を規定す
るために、以下に挙げるバッテリー劣化のメカニズムの主要3項目がモデル化されています。
?
リチウムアノードが消費される結果としての、セルの有効耐用年数
?
電解液が枯渇 (蒸発) する結果としての、セルの保存期間 (保管寿命)
?
バッテリーの化学作用固有の微小な漏れ電流の結果としての、自己放電
重量の減少は、電解液の蒸発に対する有用な尺度であることがわかっています。自己放電については、
バッテリーメーカーによって年間0.3%未満であると規定されています。
そこで、電解液の減少速度とセルを封止することによって生まれる効果を予測するために、モデルが
開発されました。SNAPHATプロセスで使用されているエポキシ樹脂の中に封止されたセルを試験し
たところ、電解液の蒸発量が大幅に減少しました。
図 2.
(A) BR1225X放電率
㈇Ⲵ≉ᛶ
ᗘ:20°C
3.0
2.5
2.0
15kW 30kW
1.5
1.0
0
100kW
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
㈇Ⲵ≉ᛶ
3.5
㟁ᅽ (V)
㟁ᅽ (V)
3.5
(B) BR1632放電率
ᗘ:20°C
3.0
2.5
2.0
15kW
1.5
1.0
0
1000
30kW
50kW
2000
3000
100kW
4000
⤒㐣᫬㛫 (hour)
(B)
⤒㐣᫬㛫 (hour)
(A)
5000
6000
AI02519
図 3 は20°Cにおいて測定された負荷放電グラフです。ここに示されているように、どちらのセルも有
効寿命までの間は平坦な放電カーブで定格値の3 Vを出力しており、どちらも漏れ電流の少ない
CMOS SRAMのバッテリーバックアップに適していることがわかります。
AN1012に記載されているとおり、ZEROPOWER、TIMEKEEPER、RTCのデバイス個々のバッテリー
寿命は、電流負荷と選択したバッテリーとシステムのデューティサイクルの関数となります。システ
ムの寿命は100%のデューティーサイクルでも10年以上であり、それぞれのデバイスのデータシート
に記載されています。
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UL 1950/60950認定
AN1011
UL 1950/60950認定
ZEROPOWER、TIMEKEEPER、RTC の各デバイスは、どれもUnderwriters Laboratory Inc. のUL
1950/60950規格の認定を受けています。この合格条件には、以下の内容が含まれています。
図 3.
1.
デバイスは、使用者または訓練を受けた技術者がバッテリー交換を行える場合の部品として用い
られるためのものであること。
2.
デバイスは、絶縁された低電圧二次回路の部品として用いられるためのものであること。ここ
で、ケース温度は100 °Cを超えず、いかなる端子の対地電圧もDC7 Vを超えないこと。
3.
デバイスは、難燃性等級94 V-1以上のプリント配線板上に実装されるためのものであること。
4.
デバイスには、適切な逆電流保護回路がチップ上に備わっていること。(回路図は図 3 参照)
バッテリー制御回路
VCC
P
(VCC䛜䝇䜲䝑䝏䜸䞊䝞䞊㟁ᅽ
ᮍ‶䛷䛒䜛ሙྜ䛻OFF)(2)
VSO
RA
(1)
RB
(1)
䝞䝑䝔䝸䞊
ෆ㒊V
CC
P
VSO
(VCC䛜䝇䜲䝑䝏䜸䞊䝞䞊㟁ᅽ
ᮍ‶䛷䛒䜛ሙྜ䛻ON)(2)
AI02520
1.
RAはESD保護抵抗、RBはULが要求するバッテリー保護抵抗である。.
2.
デバイスにより、スイッチオーバーはバッテリー電圧の関数であるか、固定の基準値により設定される。
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AN1011
NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
表 1 および 2 に記載されたデバイスでは、バッテリーはICパッケージに内蔵されるか外付けとなるか
のいずれかとなります。外付けの場合のバッテリーは、ユーザーが提供する場合と、図 6(6 ページ)
に示したように、下にあるICにはめ込まれたSTのSNAPHATパッケージに内蔵されている場合とがあ
ります。
図 4 は、ICにバッテリーが内蔵されているCAPHAT ICパッケージを示します。このパッケージでは、
バッテリーはデバイス内部に封止されています。
図 5 は、そのどれもがユーザーが提供する外付けバッテリーを用いる、いくつかのICパッケージの代
表例です。これらの種類のデバイスでは、ICパッケージの中にバッテリーが含まれていません。
図 6(6 ページ)は、SNAPHATバッテリートップにはめ込まれたSTのSNAPHAT SOH28 (SOIC) パッ
ケージを示しています。このICパッケージにはバッテリーがありません。その代わりに、ICの上には
取り外しと交換が可能な分離したユニットが重ねられており、基板スペースが減少します。
図 4.
CAPHAT ICパッケージ
CAPHAT䛚䜘䜃
䝝䜲䝤䝸䝑䝗DIP:
䝕䝞䜲䝇䛾
䝟䝑䜿䞊䝆䛻
ᑒṆ䛥䜜䛯
ෆⶶ䝞䝑䝔䝸䞊
図 5.
ユーザーの提供による外付けバッテリー
䝴䞊䝄䞊䛾ᥦ౪䛻䜘䜛
እ௜䛡䝞䝑䝔䝸䞊
䝅䝸䜰䝹RTC
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NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
図 6.
AN1011
SNAPHATバッテリトップの外付けバッテリー
SNAPHAT
䝞䝑䝔䝸䞊䝖䝑䝥
RTC AM
NVR
表 1.
シリアルRTCのバッテリー状態
部品番号
M41ST84WMQ6E
M41ST84WMQ6F
M41ST85WMH6E
パッケージ
SO-16
バッテリー状態
ユーザーの提供による外付け
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
SOX28 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
SOX28 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
SSOP20
ユーザーの提供による外付け
SOX28 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
SOX28 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
M41T00AUDD1F
DFN16
ユーザーの提供による外付け
M41T00CAPPC1
CAPHAT DIP-24
M41ST85WMH6F
M41ST85WMX6
M41ST85WMX6TR
M41ST87WMX6
M41ST87WMX6TR
M41ST87WSS6F
M41ST87YMX6
M41ST87YMX6TR
M41ST95WMX6
M41ST95WMX6TR
M41T00M6E
M41T00M6F
M41T00SM6E
M41T00SM6F
M41T11M6E
M41T11M6F
M41T11MH6E
M41T11MH6F
M41T56M6E
M41T56M6F
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SOH28
SNAPHAT SOIC
内蔵BR1632
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SOH28 (330 mil)
SO-8
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SNAPHATを外付け
ユーザーの提供による外付け
AN1011
NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
表 1.
シリアルRTCのバッテリー状態(続き)
部品番号
M41T81M6E
M41T81M6F
M41T81SM6E
M41T81SM6F
M41T81SMY6E
M41T81SMY6F
パッケージ
バッテリー状態
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
SO-8
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
SOX18 (300 mil)
ユーザーの提供による外付け
QFN16
ユーザーの提供による外付け
M41T82RM6E
M41T82RM6F
M41T82SM6E
M41T82SM6F
M41T82ZM6E
M41T82ZM6F
M41T83RMY6E
M41T83RMY6F
M41T83RQA6F
M41T83SMY6E
M41T83SMY6F
M41T83SQA6F
M41T83ZMY6E
M41T83ZMY6F
M41T83ZQA6F
M41T93RMY6E
M41T93RMY6F
M41T93RQA6F
M41T93SMY6E
M41T93SMY6F
M41T93SQA6F
M41T93ZMY6E
M41T93ZMY6F
M41T93ZQA6F
M41T94MH6E
M41T94MH6F
M41T94MQ6E
M41T94MQ6F
SOH28 (330 mil)
SO-16
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SNAPHATを外付け
ユーザーの提供による外付け
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NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
表 2.
AN1011
TIMEKEEPER NVRAMおよびZEROPOWER NVRAMに対するバッテリー状態
部品番号
パッケージ
バッテリー状態
M40Z111MH6E
M40Z111MH6F
M40Z111WMH6E
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
M40Z111WMH6F
M40Z300AVMQ6TR
M40Z300WMH6E
M40Z300WMH6F
M40Z300WMQ6E
M40Z300WMQ6F
M48T02-150PC1
M48T02-70PC1
M48T08-100PC1
M48T08-150PC1
M48T08Y-10MH1E
M48T08Y-10MH1F
M48T12-150PC1
M48T12-70PC1
SO-16
SOH28 (330 mil)
SO-16
ユーザーの提供による外付け
SNAPHATを外付け
ユーザーの提供による外付け
CAPHAT DIP-24
内蔵BR1225
CAPHAT DIP-28
内蔵BR1225
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
CAPHAT DIP-24
内蔵BR1225
ハイブリッドDIP-32
内蔵BR1632
CAPHAT DIP-28
内蔵BR1632
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
CAPHAT DIP-28
内蔵BR1632
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
CAPHAT DIP28
内蔵BR1632
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
M48T128Y-70PM1
M48T129V-85PM1
M48T129Y-70PM1
M48T18-100PC1
M48T18-150PC1
M48T201V-85MH1E
M48T201V-85MH1F
M48T201Y-70MH1E
M48T201Y-70MH1F
M48T35-70PC1
M48T35Y-70PC1
M48T35AV-10MH1E
M48T35AV-10MH1F
M48T35AV-10PC1
M48T35Y-70MH1E
M48T35Y-70MH1F
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NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態
表 2.
TIMEKEEPER NVRAMおよびZEROPOWER NVRAMに対するバッテリー状態
(続き)
部品番号
パッケージ
バッテリー状態
M48T37V-10MH1E
M48T37V-10MH1F
M48T37Y-70MH1E
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
M48T37Y-70MH1F
M48T512Y-70PM1
M48T58-70PC1
M48T58Y-70PC1
M48T58Y-70MH1E
M48T58Y-70MH1F
M48Z02-150PC1
M48Z02-70PC1
M48Z08-100PC1
M48Z12-150PC1
M48Z12-70PC1
ハイブリッドDIP-32
内蔵BR1632
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1225
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1225
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1632
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1225
ハイブリッドDIP-32
内蔵BR1632
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1632
M48Z128-70PM1
M48Z128Y-70PM1
M48Z128Y-85PM1
M48Z129V-85PM1
M48Z18-100PC1
M48Z2M1V-85PL1
M48Z2M1Y-70PL1
M48Z35-70PC1
M48Z35Y-70PC1
ハイブリッドDIP-36
内蔵BR1632 (2個)
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1225
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
M48Z35AV-10MH1E
M48Z35Y-70MH1E
M48Z35Y-70MH1F
M48Z512A-70PM1
M48Z512AV-85PM1
M48Z512AY-70PM1
ハイブリッドDIP-32
内蔵BR1632
CAPHAP DIP-28
内蔵BR1225
SOH28 (330 mil)
SNAPHATを外付け
M48Z512BV-85PM1
M48Z58-70PC1
M48Z58Y-70PC1
M48Z58Y-70MH1E
M48Z58Y-70MH1F
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AN1011
改版履歴
改版履歴
表 3.
文書改版履歴
日付
版
1998年12月
1
初版リリース
2007年12月28日
2
文書フォーマットを変更。UL 1950/60950 認定および技術サポートURLを更
新。
2009年11月2日
3
Introduction、特性とモデリング、図 3 を更新。文書フォーマットを変更。
2012年3月7日
4
NVRAMおよびシリアルRTCに対するバッテリー状態、図 4、5、6、表 1、2
を追加。データシートのタイトルを更新。文章を微修正。
表 4.
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変更内容
日本語版改版履歴文書改版履歴
日付
版
2016年01月25日
1
変更内容
日本語版 初版リリース
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