19-4785; Rev 0; 11/98 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ 概要 ___________________________________ 特長 ___________________________________ MAX1612/MAX1613は、ノートブックコンピュータ等 やその他のポータブル機器においてブリッジバッテリ （ホットスワップ又は補助バッテリとも呼ばれます）を 管理します。これらの製品は2セル又は3セルのブリッジ バッテリ電圧をメインバッテリと同レベルまで昇圧する ステップアップDC-DCコンバータを備えています。この 昇圧技法により、6セルプラスダイオードORブリッジ 方式と比べて必要なセル数が低減されるため、全体の サイズとコストを削減できます。もう1つの主要機能は トリクル充電タイマです。連続充電によるバッテリ損傷 を最小限に抑え、ブリッジバッテリがトップオフ充電 された後でのトリクル充電によるメインバッテリの消耗 を防ぎます。 ◆ バッテリのサイズとコストを削減 これらのデバイスは極めて柔軟な独立回路ブロックの 集合であり、ブロック同士を配線して自立したスタンド アロン構成にもできますし、あるいはマイクロコント ローラと共に使用することもできます。ブーストコン バータと充電タイマの他にも、マイクロパワーリニア レギュレータ（マイクロコントローラの駆動及びRTC/ CMOSのバックアップに有用）及び高精度ローバッテリ 検出コンパレータを備えています。 ◆ メイン入力電圧範囲：4V∼28V 2つのデバイスの違いはリニアレギュレータの固定出力 電圧のみです （MAX1612は+5.0V、MAX1613は+3.3V） 。 いずれのデバイスも省スペースの1 6ピンQSOPパッ ケージで提供されています。 ◆ 4つの主要回路ブロック： 可変ブーストDC-DCコンバータ NiCd/NiMHトリクル充電器 常時オンのリニアレギュレータ（入力+28V） ローバッテリディテクタ ◆ 低自己消費電流：18µA ◆ 選択可能な充電/放電レート ◆ 固定リニアレギュレータ電圧 5V（MAX1612） 3.3V（MAX1613） ◆ スイッチ内蔵ブーストコンバータ ◆ パッケージ：小型16ピンQSOP 型番 ___________________________________ PART TEMP. RANGE PIN-PACKAGE MAX1612EEE -40°C to +85°C 16 QSOP MAX1613EEE -40°C to +85°C 16 QSOP アプリケーション _______________________ ノートブックコンピュータ ポータブル機器 バックアップバッテリアプリケーション 標準動作回路 ___________________________ ピン配置 _______________________________ TOP VIEW MAIN BATTERY OR WALL ADAPTER 15 LRO BBATT 2 DC-DC OUTPUT LRI MAX1612 MAX1613 V+ MAX1630 +3.3V +5V APPLICATION CIRCUIT DC-DC CONVERTER 14 PGND LX 3 LBO 4 BBATT AUXILIARY BRIDGE BATTERY 16 LRI ISET 1 VCPU BBON 5 MAX1612 MAX1613 13 CD 12 CC DCMD 6 11 GND CCMD 7 10 LBI 9 FULL 8 FB QSOP ________________________________________________________________ Maxim Integrated Products 1 無料サンプル及び最新版データシートの入手にはマキシム社のホームページをご利用下さい。http://www.maxim-ic.com MAX1612/MAX1613 NUAL KIT MA ATION EET H S A EVALU T WS DA FOLLO MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS LRI, ISET to GND....................................................-0.3V to +30V LX to GND ..............................................................-0.3V to +14V PGND to GND .......................................................-0.3V to +0.3V BBATT, LRO, CCMD, DCMD, FULL, BBON, LBO to GND ..........................................................-0.3V to +6V CC, CD, LBI, FB to GND...........................-0.3V to (VLRO + 0.3V) FB, LBI, ISET, and BBATT Current......................................50mA LRO Output Current ...........................................................50mA Continuous Power Dissipation (TA = +70°C) QSOP (derate 8.30mW/°C above +70°C) .................... 667mW Operating Temperature Range MAX1612/MAX1613EEE ...................................-40°C to +85°C Storage Temperature Range .............................-65°C to +160°C Lead Temperature (soldering, 10sec) ............................ +300°C Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. ELECTRICAL CHARACTERISTICS (VLRI = VISET = 20V, CCMD = DCMD = BBON = LRO, VBBATT = 3V, TA = TMIN to TMAX, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) (Note 1) PARAMETER SYMBOL Linear-Regulator Input Voltage Range VLRI Linear-Regulator Quiescent Current Linear-Regulator Output Voltage Linear-Regulator Output Undervoltage Lockout Threshold ILRI VLRO VUVLO CONDITIONS MIN TYP MAX MAX1612 5.7 28 MAX1613 4 28 V BBON ≥ 2V 18 28 V DCMD = 0, R BBON = 1MΩ to GND (boost converter on) 42 58 5.0 5.3 0 ≤ ILRO ≤ 10mA 5.7V ≤ VLRI ≤ 28V (MAX1612) 4V ≤ VLRI ≤ 28V (MAX1613) LRO rising hysteresis = 200mV 4.7 UNIT V µA V 3.1 3.3 3.5 2.97 V 5 µA 5 µA 1 1.3 V 0.1 5 % 2.65 BATTERY CHARGER ISET Leakage Current BBATT Leakage Current IISET(LEAK) 0.3 VISET = 28V, VBBATT = 0 IBBATT(LEAK) VISET = 0 or 28V, VBBATT = 6V Charge-Switch On Voltage IISET = 10mA, V CCMD = 0, VBBATT = 2V Charge-Switch Loss Current CCMD = GND, IISET = 10mA, VBBATT = 2V, %loss = [(IISET - IBBATT) / IISET) · 100% -5 0.5 LOW-BATTERY COMPARATOR LBI Falling Trip Voltage VLBTL 1.76 1.8 1.84 V LBI Rising Trip Voltage VLBTH 1.955 2 2.045 V 0.2 10 nA 1 µA 0.4 V LBI Input Current LBO, FULL Output Leakage Current ILBI ILBO, IFULL LBO, FULL Output Voltage Low LBI Comparator Response Time 2 VLBI = 1.9V V LBO = VFULL = 5.5V ISINK = 1mA tPD Overdrive = 100mV 20 _______________________________________________________________________________________ µs ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ (VLRI = VISET = 20V, CCMD = DCMD = BBON = LRO, VBBATT = 3V, TA = TMIN to TMAX, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25°C.) (Note 1) PARAMETER SYMBOL CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT DC-DC CONVERTER FB Trip Point VFB FB Input Current IFB LX Switch Current Limit 1.95 VFB = 2.1V IPEAK LX On-Resistance 0.580 RDSON nA 0.835 1.100 A 0.01 10 µA ILX = 200mA 0.5 1.5 Ω -0.1 0.2 V 2.1 V 5.65 950 95 1 µA Hz Hz V % 0.8 V Voltage that allows a new cycle, defined as (VBBATT - VLX) (see DC-DC Converter section) LX Zero Crossing Trip Threshold V 10 VLX = 12V R BBON = 100kΩ to GND LX Off-Leakage 2.05 0.15 -0.2 BBON Logic Input Low Voltage TIMER BLOCK CC Output Current CD Oscillator Frequency CC Oscillator Frequency ISET Logic Input Low Voltage CD to CC Current Matching Logic Input Low Level VIL CCMD, DCMD Logic Input High Level VIH CCMD, DCMD I(CCMD), I(DCMD) Logic Input Leakage Current 4.35 600 60 0.4 -1 V CCMD = 0, CC = GND CCD = 3.3nF CCC = 33nF Resets the counter V DCMD = 0, CD = GND CDOSC CCOSC 5.00 758 75.8 2.2 V 1 V CCMD, V DCMD = 0 to VLRO µA Note 1: Specifications from 0°C to -40°C are guaranteed by design, not production tested. 標準動作特性 ______________________________________________________________________ (Circuit of Figure 3, TA = +25°C, unless otherwise noted.) DISCHARGE TIME vs. OUTPUT CURRENT OSCILLATOR FREQUENCY vs. CAPACITANCE VOUT = 5V VOUT = 7V 40 20 MAX612-03 80 10k VOUT = 5V VOUT = 7V VOUT = 6V 70 EFFICIENCY (%) 80 90 MAX1612-02 100 60 100k OSCILLATOR FREQUENCY (Hz) DISCHARGE TIME (MINUTES) 2 CELLS (SANYO N-50AAA) MAX612-01 120 EFFICIENCY vs. OUTPUT CURRENT (BBATT = 3.6V) 1k 100 CD 60 50 40 30 CC 10 BBATT = 3.6V RBBON = 240kWŸ NOTE: DC-DC CONVERTER SUPPLIES VLRI 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 OUTPUT CURRENT (mA) 35 40 45 1 0.1 0 1 10 CAPACITANCE (nF) 100 1000 1m 10m 100m 1m 10m 100m 1 OUTPUT CURRENT (A) _______________________________________________________________________________________ 3 MAX1612/MAX1613 ELECTRICAL CHARACTERISTICS (continued) 標準動作特性（続き）________________________________________________________________ (Circuit of Figure 3, TA = +25°C, unless otherwise noted.) 40 BBATT = 2.4V RBBON = 240kWŸ NOTE: DC-DC CONVERTER SUPPLIES VLRI 20 10 BBATT = 2.4V 60 50 40 30 VOUT = 6V RBBON = 240kWŸ NOTE: DC-DC CONVERTER SUPPLIES VLRI 20 10 0 0 1m 10m 100m 1m 10m 100m 1 1m 10m OUTPUT CURRENT (A) 100m 1m 10m 100m 40 MAX1613 RBBON = 100kW TO GND 30 MAX1612 20 MAX1613 VBBON = VLRO 10 0 0 1 5 10 BBATT LEAKAGE CURRENT vs. BBATT INPUT VOLTAGE 600 400 200 ILOAD = 5mA 0.5 0 3.31 3.29 -0.5 -1.0 3.27 -1.5 0 3.25 -2.0 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 2.0 BBON CURRENT (mA) 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 5 10 20 SWITCHING FREQUENCY vs. RBBON SWITCHING FREQUENCY (kHz) 3.32 3.30 3.28 3.26 3.24 MAX612-11 350 MAX612-10 VLRI = 20V 3.34 15 VLRI (V) BBATT INPUT VOLTAGE (V) 3.36 VLRO (V) 0 6.0 MAX1613 LRO VOLTAGE vs. LOAD CURRENT 300 250 200 150 3.22 100 3.20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 LOAD CURRENT (mA) 4 30 3.33 1.0 VLRO (V) BBATT LEAKAGE CURRENT (mA) 800 25 3.35 MAX612-08 1.5 1000 20 MAX1613 LRO VOLTAGE vs. LRI VOLTAGE 2.0 MAX612-07 1200 15 VLRI (V) OUTPUT CURRENT (A) PEAK CURRENT vs. BBON CURRENT MAX612-06 MAX1612 QUIESCENT CURRENT (mA) EFFICIENCY (%) 70 50 30 BBATT = 3.6V 80 VOUT = 7V VOUT = 6V 60 50 MAX612-05 VOUT = 5V 70 EFFICIENCY (%) 90 MAX612-04 90 80 QUIESCENT CURRENT vs. LRI VOLTAGE EFFICIENCY vs. OUTPUT CURRENT (BBATT = 6V) MAX612-09 EFFICIENCY vs. OUTPUT CURRENT (BBATT = 2.4V) PEAK CURRENT (mA) MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ 120 160 200 240 280 320 RBBON (kW) _______________________________________________________________________________________ 360 25 30 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ 端子 名称 機 能 1 ISET ブリッジバッテリ充電電流入力。この入力とブリッジバッテリよりも高い電圧の間に電流設定抵抗 を接続して下さい。最大電流定格は10mAです。ISETを0.4Vよりも低く引き下げると内部カウンタ がリセットされます。 2 BBATT 3 LX 4 LBO 5 BBON 6 DCMD 放電コマンド入力。これがローでCCMDがハイの時、CDコンデンサによって設定された周波数で内 部タイマがカウントダウンします。DCMDとCCMDの両方がローの時は、放電の方が優先されます。 7 CCMD 充電コマンド入力。これがローでDCMDがハイの時、ISETとBBATTの間の内部スイッチが閉じて ブリッジバッテリが充電されます。DCMDがローの時CCMDは禁止されます。内部タイマはCCコン デンサによって設定された周波数でカウントアップします。 8 FULL 9 FB ステップアップDC-DCコンバータのフィードバック入力。2Vに安定化されます。出力電圧を設定す るためにフィードバック抵抗を接続して下さい（図2） 。 10 LBI ローバッテリディテクタ入力。LBIが1.8Vよりも低くなると、LBOがローになって電流をシンクします。 LBIが2.0Vよりも高くなると、LBOはハイインピーダンスになります。ヒステリシスは200mV （typ） です。 11 GND 12 CC 充電発振器コンデンサ入力。このコンデンサは充電発振器の周波数を設定します。この周波数によ り内部カウンタが全桁1に達するまでの時間が設定されます。コンデンサ値は次式で決めて下さい： CC （nF）= 4.3・充電時間（時間） 13 CD 放電発振器コンデンサ入力。このコンデンサは放電発振器の周波数を設定します。この周波数に よりカウンタが全桁1から全桁0にカウントを減少するまでの時間が設定されます。コンデンサ値は 次式で決めて下さい：CD（nF）= 4.3・放電時間（時間） 14 PGND 15 LRO 5V（MAX1612）又は3.3V （MAX1613）リニアレギュレータ出力。1µFコンデンサでGNDにバイパス して下さい。最大外部負荷電流は10mAです。 16 LRI リニアレギュレータ電源入力 ブリッジバッテリ接続部。ブリッジバッテリ充電器出力。 ステップアップDC-DCコンバータのNチャネルMOSFETドレイン。最大動作範囲は12Vです。 オープンドレインのローバッテリディテクタ出力。VLBIが1.8Vよりも低くなると、LBOが電流を シンクします。VLBIが2.0Vよりも高くなると、LBOはハイインピーダンスになります。 ブリッジバッテリオン入力。ハイの時、DC-DCコンバータがターンオフします。外部抵抗を通じて 引き下げられると、その抵抗がピークインダクタ電流を設定します。インダクタ電流は外部抵抗 （RBBON）を流れる電流の約42,000倍です。 オープンドレインのブリッジバッテリフルインジケータ出力。内部タイマが全桁1に達すると、 FULLはハイインピーダンスになります。 グランド 電源グランド及びステップアップDC-DCコンバータNチャネルMOSFETのソース _______________________________________________________________________________________ 5 MAX1612/MAX1613 端子説明 __________________________________________________________________________ MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ TO MAIN DC-DC VMAIN VCHARGE L1 RISET COUT VBBATT D1 LRI LRO TO EXTERNAL LOADS ISET BBATT MAX1612 MAX1613 +3.3/+5V LINEAR REGULATOR LX 2.0V REFERENCE PULSEFREQUENCY MODULATION CONTROL BLOCK GND CC CCC CD CCD CHARGE OSCILLATOR R1 N-CHANNEL PGND FB R2 TIMER BLOCK CHARGE/DISCHARGE COUNTER LBI DISCHARGE OSCILLATOR R3 1.8V/2.0V FULL CCMD DCMD BBON LBO RBBON 図1. ファンクションダイアグラム 詳細 ___________________________________ MAX1612/MAX1613はポータブル機器のブリッジ バッテリ（補助バッテリ）を管理します。これらのデバ イスは充電プロセスを監視するタイマブロック、IC電源 及び外部回路をMAX1612/MAX1613に供給するリニア レギュレータ、及びメインバッテリが除去された時に システムを駆動するDC-DCステップアップコンバータ （図1）から構成されています。ブーストDC-DCコン バータはシステムのDC-DCコンバータに電源を供給する ために必要なブリッジバッテリのセル数を低減します。 メイン電源がある時は、このDC-DCは動作しないため、 メインバッテリからの消費電流が僅か18µAに低減しま す。ただし、メインバッテリ電圧が落ちたことをロー バッテリコンパレータが検出すると、ブリッジバッテリ が入力ソースになります。 MAX1612/MAX1613は+5V（MAX1612）及び+3.3V （MAX1613）に設定された内部リニアレギュレータを 備えています。このリニアレギュレータは最大10mAの 6 負荷電流を供給するため、マイクロコントローラ等の 外部部品を駆動できます （図4） 。低電圧ロックアウト機能 は、入力電圧が動作範囲よりも低く落ちた時にデバイス をディセーブルすることにより、DC-DCコンバータが 誤って起動するのを防ぎます。 MAX1612/MAX1613は充電及び放電プロセスを記録 するための内部カウンタを備えています。このカウンタ はブリッジバッテリの充電状態を記録し、最大充電が 達成された時にトリクル充電を停止できるようにしま す。充電レートはISETスイッチを流れる電流によって 決まり、ブリッジセルの充電能力及びこのスイッチの 最大電流仕様により制限されます。仕様の違いに合せて カウンタ周波数を調節するには、CCCを調節して下さい。 同様に、放電発振器周波数はCCD コンデンサによって 調節できます。ただし、ブリッジバッテリの放電レート はDC-DCコンバータの負荷に依存します。放電/充電 カウンタのカウントダウンはブリッジバッテリの残量 を推測するためにのみ使用されます。カウンタはCCMD 及びDCMDのロジック状態に従ってカウントアップ _______________________________________________________________________________________ ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ LRO MAX1612 MAX1613 1M BBON MICROCONTROLLER 250k GND 2N7002 I/O 図2. BBONのノイズ感度を低減 （カウントダウン）します。充電効率損失を補償するに は、正味充電量が正味放電量を超えていなければなら ないことに注意して下さい。 図3に標準的なスタンドアロンアプリケーションを示し ます（詳細については｢設計手順｣を参照） 。外部マイクロ コントローラがこれらの機能を管理する必要性がこれ により軽減されます。ただし、柔軟性を重視する設計 においては、図4に示すようにマイクロコントローラを 使用することができます。 DC-DCコンバータ DC-DCステップアップコンバータはパルス周波数変調 （PFM）タイプです。オン時間は、インダクタ電流が ピーク電流リミット（R BBONで設定）まで直線的に増加 するのに要する時間で決定されます。この時間はブリッジ バッテリ電圧及びインダクタ値によって決定されます。 軽負荷又は無負荷の場合、LX電圧波形を監視するコンパ レータがコンバータを強制的に断続導電モード（各サイ クルでインダクタ電流がゼロまで低下）で動作させます。 コンバータはLXの電圧がバッテリ電圧よりも低くなる までは新しいサイクルを開始しません。最大負荷時に は、コンバータは連続モードと断続モードの間のクロス オーバポイントで動作します。この｢edge of continuous｣ アルゴリズムにより、インダクタの物理的寸法が最小 になります。軽負荷においては、デバイスは時どき パルス的に動作することで出力レギュレーション （VFB ≧ 2V） を維持します。LXコンパレータで、DC-DC出力電圧 を最大ブリッジバッテリ電圧の少なくとも0.6V上に設定 する必要があることに注意して下さい。 MAX1612/MAX1613はブリッジバッテリの充電/放電 プロセスを記録する内部充電/放電カウンタを備えてい ます。CCMDがローでDCMDがハイの場合、内部カウンタ はFULLピンがハイ （カウンタが全桁1に達したという意味） になるまでカウントを増加していきます。最大カウンタ 値は2 2 1 です。CC発振器からさらにパルスが来ても ラップアラウンドは発生しません。スタンドアロン アプリケーションの（図3）の場合、FULLをCCMDに接続 することによって自動的に充電を完了することができ ます。マイクロコントローラアプリケーションの場合 は、CCMDをハイに引き上げて下さい。カウンタは満 充電のための最大時間を指定するだけで、実際の充電 レートは制御しません。CCMDは充電スイッチを制御 し、ISETの抵抗が充電レートを設定します。 放電プロセス中は、DCMDをローにしてカウンタの カウントを減少させて下さい。カウンタが最大カウント の時FULLがハイになります。カウンタのカウントが2つ 減少するとFULLピンはただちに電流をシンクします。 これはバッテリがもう完全充電状態ではないことを示 します。カウンタが表示するのは充電残量の相対的な 分量だけです。カウントの増加及び減少レートは、充 電レート及び放電レートによって設定された最大充電 時間及び放電時間に依存します（CC及びCDについては 次式を参照） 。実際の放電は、ステップアップDC-DCコン バータの入力電流がブリッジバッテリの負荷となるため に起こることに注意して下さい。この入力電流はDCMD ではなく、BBONによって制御されています。 CC及びCDコンデンサの値が放電発振器の周波数を制御 し、これによりアップカウント及びダウンカウントの レートを決定します。最大充電時間及び放電時間は次 式で計算して下さい。 CCC（nF）= 4.3・tHRS CCD（nF）= 4.3・tHRS ここで、CCCは充電コンデンサ、CCDは放電コンデンサ、 tHRSは最大プロセス時間（時間単位）です。これらの値 を決める時は、バッテリの充電及び放電プロセス中の 損失（例えばバッテリ充電の非効率性、メインバッテリ 電圧の変動に起因する充電電流値の誤差、リーク電流 及びデバイスの内部スイッチ損失等）を考慮に入れて下 さい。充電に際しては、バッテリメーカが推奨する標準 充電レートを採用して下さい。最大充電電流はバッテリ の仕様によって制限されています。バッテリメーカの 仕様を参照して下さい。充電電流を10mA以上に設定 しないで下さい。 ________________________________________________________________________________________ 7 MAX1612/MAX1613 タイマブロック MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ BRIDGE BATTERY MAIN BATTERY 100mF 22mH MBR0530 BBATT ALWAYS-ON OUTPUT +5V/3.3V LX 22mF LRO PGND 1mF SYSTEM DC-DC (MAX1630) 470k 470k FULL 2.2k MAX1612 MAX1613 ISET 0.33mF CCMD 442k LBO FB DCMD 160k 20k BBON CC LBI CD GND 200k 4.7nF 68nF 図3. スタンドアロンアプリケーション カウンタブロックを使ってバッテリの充電残量を推定 することができます。例えば、最大予想充電時間が14 時 間（ C CC = 6 0 n F ）、 最 大 予 想 放 電 時 間 が 約 2 時 間 （CCD = 8.6nF）であるとすると、バッテリは14時間で 完全充電状態になり、FULLピンがハイになります。 ブリッジバッテリが1時間負荷に電流を供給しなければ ならなかったとすると、カウンタは約半分までカウント ダウンします。この場合、バッテリは僅か7時間で充電 されてカウンタが全桁1になり、FULLがハイになります。 状態の標準電圧降下が1V（図1）です。このため、充電 電流は次式になります。 IISET = （ [ VCHARGE - VBBATT）- 1V] / R ISET リニアレギュレータ出力（LRO） DCMDとCCMDの両方が同時にローに引き下げられる と、カウンタはデフォルトで放電モードになります。 ブリッジバッテリが回路に電流を供給している時は放 電モードとみなされます（表1） 。 リニアレギュレータ出力LROはMAX1612では+5.0V、 MAX1613では+3.3V（公差±6%）に設定されています。 図4に示すマイクロコントローラ等の外部回路を駆動する 場合、LROは安定化状態を維持しつつ最大10mAまで 供給できることが保証されています。リニアレギュ レータ入力における電圧が動作範囲よりも低くなった 場合は低電圧ロックアウト機能によりデバイス全体が シャットダウンします。 充電電流の選択（ISET） DCMDの真理値表 表1. CCMD、D ISETとブリッジバッテリよりも高い電圧の間の抵抗に より、充電レートが設定されます。CCMDがハイの時 スイッチはオープンで、CCMDがローに引き下げられる とターンオンします（DCMDがハイである場合）。ISET における電圧が0.4Vよりも低くなると、内部カウンタ は全桁0にリセットされます。内部高電圧スイッチはオン 8 DCMD CCMD COUNTER ISET SWITCH 0 0 Count Down Off 0 1 Count Down Off 1 0 Count Up On 1 1 No Count Off _______________________________________________________________________________________ ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ MAIN BATTERY 47mF 15mH MBR0530 BBATT LX 20mF LRO PGND 1mF VCC 470k MAX1612/MAX1613 BRIDGE BATTERY 470k MICROCONTROLLER I/O LBO I/O FULL I/O BBON SYSTEM DC-DC (MAX1630) 2.4k MAX1612 MAX1613 ISET 0.33mF 750k FB 250k I/O DCMD I/O CCMD CC I/O 35.2k LBI CD GND 479.1k 2N7002* 0.01mF 0.1mF *OPTIONAL, TO RESET COUNTER 図4. マイクロコントローラを使ったアプリケーション LBO） ローバッテリコンパレータ（LBI、L MAX1612/MAX1613は出荷時設定スレッショルドが 1.8Vのローバッテリコンパレータを備えています。この コンパレータはメイン高電圧バッテリを監視する役割 を果たします。電圧が1.8Vよりも低くなると、オープン ドレインLBO出力が電流をシンクします。ヒステリシス が200mVの場合、VLBIが2.0Vを超えるまでこの出力は ハイになりません。LBOをBBONに接続することにより、 VLBI <1.8Vになった時にDC-DCコンバータを起動する ことができます（図3のスタンドアロンアプリケーション を参照）。図4はマイクロコントローラを使ったアプリ ケーションです。ここでは、LBOが電圧の低下をマイ クロコントローラに知らせ、外部抵抗を通じてBBONを ローに引き下げることによりDC-DCコンバータを起動 します。また、同時にDCMDを引き下げてカウンタを 起動します。 BBON制御入力 BBON入力は2 つの役割を持っています。すなわち、 ピークLXスイッチ電流を設定すること、及びDC-DCコン バータをイネーブルすることです。制御信号は通常は このピンそのものではなくRBBONに印加されます。ピーク LXスイッチ電流はR BBON を流れる電流に直接比例し、 比率は42,000倍です（｢標準動作特性｣を参照）。BBON ピンは内部で2Vに制御されています。そのため、制御 入力をローにした時のRBBONの両端の電圧は2Vです。 外部ロジックでBBONを駆動する場合、ロー状態のノイズ を最小限に抑えて下さい。それができない場合は、ソース がGNDに直接リターンされているNチャネルF E Tで RBBONを駆動して下さい（図2）。 アプリケーション情報 ___________________ 設計手順 本節は図1のファンクションダイアグラムを使って説明 します。 ステップ1：ブーストDC-DCコンバータの出力電圧 及び最大出力電流を選択して下さい。通常、メインシス テムのバックDC-DCコンバータを駆動するのに十分な 出力電圧を選択します。バッテリの最大容量を50mAｈ （Sanyo 1.2V N-50AAA）と仮定すると、次式のように なります。 IPEA = 2・IOUT・（VOUT + VD） （ / VBBATT - VRDSON） IIN = 0.5・IPEAK _______________________________________________________________________________________ 9 MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ ここで、I PEAKはピーク電流、I OUTは負荷電流、VBBATT はブリッジバッテリ電圧、VDはD1の両端の順方向電圧 降下、VOUTは出力電圧です。I INはブリッジバッテリが 供給する平均電流、V RDS（ON）はLXの内部Nチャネル パワートランジスタの電圧降下（0.5V typ）です。セル数 が大きくなるとI PEAKが小さくなり、放電電流が減って 放電時間が長くなります。出力電圧又は出力電流を減 らした場合にも同じことがいえます。例えば、次の値 を選んだとします：I OUT = 100mA、V OUT = 5V及び VBBATT = 2V（2セル）。各セルを最小電圧の1Vとした場 合の一般的な値を表2に示します。 ステップ2：飽和を避けるために、ピーク電流定格が ステップ1で計算したI PEAK よりも高いインダクタ（L） を選択して下さい。効率を良くするため、低直列抵抗 （≦ 200mΩ）のものを使って下さい。この例では15µH のインダクタが使用されています。表4は部品メーカの リストです。 ｢edge-of-continuous｣DC-DCアルゴリズムでは、イン ダクタ値がピーク電流の式から抜けています。した がって、インダクタの正確な値は設計に大きな影響を 与えません。ただし、スイッチング周波数はインダク タンスに反比例するため、インダクタ値を調節する ことによってスイッチング損失とインダクタの物理的 なサイズの最適な組み合わせを得ることができます。 é (VBBATT - VRDSON ) (VOUT - VBBATT - VD ) ù f= ê ú L(IPEAK ) êë (VOUT - VRDSON - VD ) úû 1 ここでfはスイッチング周波数、VOUTは出力電圧、VRDSON は内部MOSFETスイッチの両端の電圧、VDはD1の順方向 電圧、IPEAKはピーク電流、VBBATTはブリッジバッテリ 電圧です。実用最大スイッチング周波数は400kHzです。 ステップ3：充電（CCC）及び放電（CCD）タイミングコン デンサを選んで下さい。これらのコンデンサはカウンタ を上下にカウントする周波数を設定します。 CCC（nF）= 4.3・予想充電時間（時間） CCD（nF）= 4.3・予想放電時間（時間） 例えば、充電時間が16時間、放電時間が1時間とする と、CCC = 68nF、CCD = 4.3nFとなります（バッテリの 非効率性を考慮に入れた標準充電時間についてはバッ テリメーカにお問い合わせ下さい） 。 ステップ4：ステップ1で計算したピーク電流を使い、 次式で直列抵抗（RBBON）を計算して下さい。 RBBON =（VBBON・42,000）/IPEAK ここで、VBBON = 2V（内部制御） 10 表2. MAX1612/MAX1613を使った設計 における一般的な値のまとめ VOUT VBBATT AVERAGE IPEAK (mA) (V) (V) IIN (mA) MINIMUM DISCHARGE TIME (MINUTES) 6 2 600 300 10 5 2 500 250 12 4.5 2 450 225 13.2 6 3 400 200 15 5 3 333 167 18 4.5 3 300 150 20 6 4 300 150 20 5 4 250 125 24 注記：この表では、IOUT = 100mA、バッテリ容量 = 50mAh としています。 表3. 部品リスト INDUCTORS CAPACITORS RECTIFIERS BATTERY Sumida CD43 or CD54 series Sprague 595D series, AVX TPS series Motorola MBR0530, NIEC EC10QS03L Sanyo N-50AAA 表4. 部品メーカ SUPPLIER PHONE FAX AVX USA: 207-287-5111 USA: 207-283-1941 Motorola USA: 408-749-0510 800-521-6274 NIEC USA: 805-867-2555 Japan: 81-3-3494-7411 USA: 805-867-2556 Japan: 81-3-3494-7414 Sanyo USA: 619-661-6835 Japan: 81-7-2070-6306 USA: 619-661-1055 Japan: 81-7-2070-1174 Sumida USA: 708-956-0666 Japan: 81-3-3607-5111 USA: 708-956-0702 Japan: 81-3-3607-5144 — ステップ5：抵抗R1、R2及びR3はDC-DCコンバータ の出力電圧及びローバッテリコンパレータのトリップ 値を設定します。リーク誤差を最小限に抑えるため、 R1、R2及びR3の和は2MΩより小さくする必要があり ます。例えば、R1 = 750kΩとすると、R2及びR3は 次式で計算されます。 R2 = [VOUT（R3）- 2（R1）- 2（R3）]/ （2 - VOUT） R3 =（R1 + R2）/[（VTRIP/1.8）- 1] ここで、VOUTはDC-DCコンバータの出力電圧、VTRIP はローバッテリコンパレータがトリップするために メインバッテリが下回らなければならない電圧レベル です。例えば、ブーストDC-DC出力が+5Vの場合、 メインバッテリトリップレベルとして4.75Vが使えます。 この場合、R1 = 750kΩ、R2 = 26kΩ、R3 = 474kΩ となります。 ______________________________________________________________________________________ ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ MANUFACTURER AND PART INDUCTANCE (µH) RESISTANCE (Ω) RATED CURRENT (A) HEIGHT (mm) Sumida CD43-8R2 8.2 0.132 1.26 3.2 Sumida CD43-150 15 0.235 0.92 3.2 Sumida CD54-100 10 0.100 1.44 4.5 Sumida CD54-150 15 0.140 1.30 4.5 Sumida CD54-220 22 0.180 1.11 4.5 ステップ6：充電電流を設定するための抵抗値を選択し て下さい。ISETの抵抗値がブリッジバッテリ充電のため にスイッチを流れる電流を制限します。高電圧スイッチ の両端の電圧降下（｢Electrical Characteristics｣参照） は1V（typ）です。内部電圧スイッチに流せる最大充電 電流は10mAです。 RISET =（VCHARGE - VSWITCH - VBBATT）/ICHARGE ここでVCHARGEは充電電源電圧、VSWITCHは高電圧内部 スイッチの両端の電圧降下、VBBATTはブリッジバッテリ の電圧、ICHARGEは充電電流（A）です。 スタンドアロンアプリケーション MAX1612/MAX1613は、スタンドアロン構成での動作 が可能なため、コストとスペースを削減することがで きます。この場合、マイクロコントローラは必要あり ません。スタンドアロン構成ではシステム内に存在する マイクロコントローラの負担が減るため、未使用のI/O を他のアプリケーションのために使用することができ ます。 図3にMAX1612/MAX1613をマイクロコントローラ なしで動作させ、ローバッテリディテクタを使って メインバッテリを監視する例を示します。メインバッ テリが低すぎると、LBOがBBON及びDCMDをローに 引き下げてDC-DCステップアップコンバータを起動し、 ブリッジバッテリを放電させます。ブリッジバッテリ が充電を必要とする場合は、FULLがCCMDをローに引き 下げてバッテリ充電プロセスを開始します。CCMDと DCMDの両方がローである場合、放電が優先され、ブリッジ バッテリはブーストDC-DCコンバータをアクティブ状 態に維持します。 マイクロコントローラを使ったアプリケーション MAX1612/MAX1613はマイクロコントローラを使った システムにも適しています。マイクロコントローラを 使うと、充電プロセス、DC-DCコンバータ及びカウンタ を独立に制御することによって柔軟性を増すことがで きます。他のサブシステムが動作していて、自動的に 電源を切り換えるとタイミング上の問題が生じる場合 には独立制御が適しています。必要なら、マイクロ コントローラを使ってISETをローにすることでカウンタ をリセットできます。マイクロコントローラを使った システムのもう1つの利点は、障害条件が存在する時に ブリッジバッテリの充電を停止できることです。 図4に、MAX1612/MAX1613をMAX1630にインタ フェースしてメインDC-DCコンバータに入力電圧を供給 する例を示します。この例では、マイクロコントローラ がメインバッテリの状態を監視し、VMAINが指定された トリップレベル（｢設計手順｣を参照）よりも低くなった 時にブリッジバッテリに切り換えます。V MAIN がLBI スレッショルドよりも低くなると、LBOがローになり ます。マイクロコントローラはI/Oを通じてこれを認知 し、システムのメインDC-DCコンバータの入力ソース をブリッジバッテリに切り換えます。 このアプリケーションにおいては、ブリッジバッテリ の充電プロセスもマイクロコントローラが起動します。 DCMDがハイの時にCCMDがローになると、バッテリ は内部スイッチを通じて充電されます。カウンタは カウントを増加し、オーバフローになり、完全充電を 示すFULLがハイになります。マイクロコントローラのI/O は適当な状態を読み取り、書き込むことによって全プロ セスの実行とタイミングを制御することができます。 メインDC-DCがメインソースによって電源供給されて いる場合、MAX1612/MAX1613のステップアップコン バータはターンオフして消費電力を最小限に抑えます。 この状態で、本製品の自己消費電流は僅か18µAです。 ______________________________________________________________________________________ 11 MAX1612/MAX1613 表5. 表面実装インダクタについて チップ情報 _____________________________ TRANSISTOR COUNT: 3543 パッケージ ________________________________________________________________________ QSOP.EPS MAX1612/MAX1613 ノートブック用の ブリッジバッテリバックアップコントローラ 12 ______________________________________________________________________________________