LTC4099 過電圧保護付きI2C制御の USBパワーマネージャ/チャージャ 特長 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 概要 Bat-Track™適応出力制御付きスイッチング･レギュレータ LTC®4099は、I2C制御の高効率USB PowerPath™コントロー ラおよびフル機能リチウムイオン/ポリマー･バッテリ･チャー ジャです。 このデバイスはUSB、ACアダプタ、 リチウムイオン/ポ リマー･バッテリなどの複数の電源からの配電をシームレスに 管理します。 により、制限された入力電力を最適利用 I2Cポートを介した最適なシステム性能の実現と ステータス情報の取得 入力過電圧保護 外部降圧スイッチング･レギュレータのBat-Track制御に より、車載などの高電圧源で最大効率を達成 バッテリ低下時の瞬時オン オプションの過温度バッテリ調整回路により 高温バッテリ安全マージンを改善 入力電源の制限時あるいは使用不可時に 理想ダイオードがバッテリをシームレスに接続 フル機能のリチウムイオン/ポリマー･バッテリ･チャージャ 熱制限付き充電電流：最大1.5A スルーレート制御によるスイッチングEMIの低減 20ピン3mm×4mm×0.75mm QFNパッケージ LTC4099は、USBと互換性を持たせるために入力電流を自動 的に制限します。LTC4099は外部スイッチング･レギュレータと インタフェースしているので、 車載などの高電圧アプリケーショ ンに対応できます。USB入力と補助入力コントローラはいずれ も、Bat-Trackが最適化された充電を行い、 アプリケーション に最大限の電力を供給し、高電力密度アプリケーションでの 発熱を低減することができます。 フロート電圧 I 2Cポートにより、入力電流制限値、充電電流、 などの重要なアプリケーション･パラメータをデジタルで制御 することができます。 また、I2Cを介して、 いくつかのステータス･ ビットをリードバックすることもできます。 アプリケーション ■ ■ ■ ■ ■ LTC4099は過電圧保護回路により、低電圧V BUSピンの高 電圧による損傷から保護されます。LTC4099は20ピン3mm 4mm 0.75mm QFNパッケージで供給されます。 メディア･プレーヤ 携帯ナビゲーション機器 スマートフォン 産業用ハンドヘルド機器 携帯医療機器 L、LT、LTC、LTM、Linear TechnologyおよびLinearのロゴはリニアテクノロジー社の登録商標で す。PowerPath、Bat-TrackおよびThinSOTはリニアテクノロジー社の商標です。他のすべての商標 はそれぞれの所有者に所有権があります。6522118、6570372、6700364、6819094を含む米国 特許によって保護されています。他にも特許申請中。 標準的応用例 I2C制御の高効率バッテリ・チャージャ/ USBパワーマネージャ 1.8 3.3µH 10µF VBUS 6.2k VOUT BAT LTC4099 OVSENS 2 SYSTEM LOAD SW OVGATE I2C 0.1µF 10µF BATSENS CLPROG PROG 3.01k GND 1.02k NTCBIAS NTC 100k LINEAR BATTERY CHARGER 1.6 100k T + POWER DISSIPATION (W) OVERVOLTAGE USB PROTECTION TO µCONTROLLER リニア・バッテリ・チャージャに 比べて消費電力を低減 VIN = 5V ICHARGE = 1A 1.4 1.2 1.0 ADDITIONAL POWER AVAILABLE FOR CHARGING 0.8 0.6 0.4 SWITCHING BATTERY CHARGER 0.2 Li-Ion 4099 TA01a 0 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 4 4.1 4099 TA01b 4099fd 1 LTC4099 ピン配置 VBUS、WALL（過渡時）t<1ms、 デューティ・サイクル<1% ....................................−0.3V～7V VBUS、WALL（安定時）、BAT、BATSENS、 IRQ、 NTC、DVCC .............................................................−0.3V～6V SDA、SCL ......................−0.3V～最大 （VBUS、VOUT、BAT） ＋0.3V IOVSENS............................................................................ ±10mA ICLPROG ................................................................................3mA IPROG、INTCBIAS .....................................................................2mA IOUT、ISW、IBAT、IVBUS ..........................................................2.25A 最大接合部温度...............................................................125°C 動作温度範囲...................................................... −40°C～85°C 保存温度範囲.................................................... −65°C～125°C IIRQ.....................................................................................50mA IACPR ................................................................................. ±5mA SDA ACPR CLPROG OVSENS TOP VIEW 20 19 18 17 OVGATE 1 16 SCL 15 DVCC NTC 2 NTCBIAS 3 14 SW 21 GND VC 4 13 VBUS 12 VOUT WALL 5 11 BAT 9 10 IDGATE 8 GND 7 IRQ BATSENS 6 PROG 絶対最大定格 （Note 1、2、3） UDC PACKAGE 20-LEAD (3mm × 4mm) PLASTIC QFN TJMAX = 125°C, θJA = 38°C/W EXPOSED PAD (PIN 21) IS GND, MUST BE SOLDERED TO PCB 発注情報 鉛フリー仕様 テープアンドリール 製品マーキング パッケージ 温度範囲 LTC4099EPDC#PBF LTC4099EPDC#TRPBF DQKT 20-Lead (3mm × 4mm) Plastic UTQFN –40°C to 85°C (OBSOLETE) LTC4099EUDC#PBF LTC4099EUDC#TRPBF LFPY 20-Lead (3mm × 4mm) Plastic QFN –40°C to 85°C さらに広い動作温度範囲で規定されるデバイスについては、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。 鉛フリー仕様の製品マーキングの詳細については、http://www.linear-tech.co.jp/leadfree/ をご覧ください。 テープアンドリールの仕様の詳細については、http://www.linear-tech.co.jp/tapeandreel/ をご覧ください。 電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、DVCC = 3.3V、RPROG = 1.02k、 RCLPROG = 3.01k。 SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS Input Power Supply VBUS Input Supply Voltage IBUS(LIM) Total Input Current IVBUSQ (Note 4) Input Quiescent Current 100mA Mode 500mA Mode 620mA Mode 790mA Mode 1A Mode 1.2A Mode Low Power Suspend Mode High Power Suspend Mode 100mA Mode 500mA, 620mA, 790mA, 1A, 1.2A Modes Low Power Suspend Mode High Power Suspend Mode l 4.35 l l 88 460 580 725 920 1150 0.30 1.6 l l 5.5 93 485 620 790 965 1220 0.37 2.05 6 15 0.039 0.037 100 500 650 850 1000 1295 0.5 2.5 V mA mA mA mA mA mA mA mA mA mA mA mA 4099fd 2 LTC4099 電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、DVCC = 3.3V、RPROG = 1.02k、 RCLPROG = 3.01k。 SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN hCLPROG (Note 4) Ratio of Measured VBUS Current to CLPROG Program Current 100mA Mode 500mA Mode 620mA Mode 790mA Mode 1A Mode 1.2A Mode Low Power Suspend Mode High Power Suspend Mode 220 1200 1540 1980 2420 3080 10.9 65 mA/mA mA/mA mA/mA mA/mA mA/mA mA/mA mA/mA mA/mA IVOUT VOUT Current Available Before Discharging 100mA Mode, BAT = 3.3V Battery 500mA Mode, BAT = 3.3V 620mA Mode, BAT = 3.3V 790mA Mode, BAT = 3.3V 1A Mode, BAT = 3.3V 1.2A Mode, BAT = 3.3V Low Power Suspend Mode High Power Suspend Mode 135 672 840 1080 1251 1550 0.30 2.16 mA mA mA mA mA mA mA mA 0.23 1.6 TYP MAX 0.41 2.46 UNITS VCLPROG CLPROG Servo Voltage in Current Limit Switching Modes Suspend Modes VUVLO VBUS Undervoltage Lockout Rising Threshold Falling Threshold VDUVLO VBUS to BAT Differential Undervoltage Lockout VBUS–BAT Rising Threshold VBUS–BAT Falling Threshold VOUT VOUT Voltage Switching Modes, BAT = 4.2V, IVOUT = 0mA, Battery Charger Off 4.3 4.5 4.7 V Switching Modes, BAT < 3.0V, IVOUT = 0mA, Battery Charger Off 3.5 3.6 3.75 V USB Suspend Modes, IVOUT = 250µA 4.5 4.6 4.7 V 1.96 2.25 2.65 MHz 1.18 102 3.90 4.30 4.00 V mV 4.35 200 50 V V mV mV fOSC Switching Frequency RPMOS PMOS On-Resistance 0.18 Ω RNMOS NMOS On-Resistance 0.30 Ω IPEAK Peak Inductor Current Clamp 3 A RSUSP Suspend LDO Output Resistance 16 Ω 500mA to 1.2A Input Limit Modes Battery Charger VFLOAT BAT Regulated Output Voltage 4.200V Setting Selected by I2C l 4.179 4.165 4.200 4.200 4.221 4.235 V V l 4.079 4.065 4.100 4.100 4.121 4.135 V V 4.100V Default Setting ICHG_RANGE Constant-Current Mode Charge Current Range ILIM2/1/0 = 101, Selectable by I2C 500-1200 mA ICHG500mA Zero-Scale Battery Charge Current ILIM2/1/0 = 101, ICHARGE2/1/0 = 000 475 500 525 mA ICHG1200mA Full-Scale Battery Charge Current ILIM2/1/0 = 101, ICHARGE2/1/0 = 111 1100 1200 1300 mA ICHG_STEP Charge Current I2C Step Size ILIM2/1/0 = 101 100 IBATQ Battery Drain Current VBUS > VUVLO, Battery Charger Off, IVOUT = 0µA 3.7 5 µA VBUS = 0V, IVOUT = 0µA (Ideal Diode Mode) 23 35 µA mA 4099fd 3 LTC4099 電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、DVCC = 3.3V、RPROG = 1.02k、 RCLPROG = 3.01k。 SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX VPROG,TRKL PROG Pin Servo Voltage in Trickle Charge BAT < VTRKL hPROG Ratio of IBAT to PROG Pin Current VTRKL Trickle Charge Threshold Voltage ΔVTRKL Trickle Charge Hysteresis Voltage VRECHRG Recharge Battery Threshold Voltage Threshold Voltage Relative to VFLOAT tTERM_RANGE Safety Timer Termination Period Range Selectable by I2C, Timer Starts When tBADBAT Bad Battery Termination Time BAT < VTRKL 0.4 0.5 0.6 Hour VC/x Full Capacity Charge Indication PROG Voltage (Note 5) COVERX1/0 = 00 90 100 110 mV 0.100 V 1030 BAT Rising 2.7 2.85 mA/mA 3 130 –75 –100 V mV –125 1-8 BAT = VFLOAT UNITS mV Hour COVERX1/0 = 01 40 50 60 mV COVERX1/0 = 10 190 200 210 mV COVERX1/0 = 11 490 500 510 mV RON_CHG Battery Charger Power FET On-Resistance (Between VOUT and BAT) IBAT = 200mA TLIM Junction Temperature in Constant Temperature Mode Selectable by I2C 0.18 Ω 85, 105 °C Bat-Track External Switching Regulator Control VWALL Absolute WALL Input Threshold Rising Threshold Falling Threshold ΔVWALL Differential WALL Input Threshold WALL–BAT Rising Threshold WALL–BAT Falling Threshold VOUT Regulation Target Under VC Control IWALLQ 4.15 4.3 3.2 4.45 V V 0 90 37 3.5 BAT + 0.3 V WALL Quiescent Current 130 µA RACPR ACPR Pull-Down Strength 150 Ω VHACPR ACPR High Voltage IACPR = 0mA VOUT V VLACPR ACPR Low Voltage IACPR = 0mA 0 V 50 mV mV Overvoltage Protection VOVCUTOFF Overvoltage Protection Threshold Rising Threshold, ROVSENS = 6.2k VOVGATE OVGATE Output Voltage Input Below VOVCUTOFF Input Above VOVCUTOFF VOVGATELOAD OVGATE Voltage with 1µA Load 5V Through 6.2k into OVSENS IOVSENSQ OVSENS Quiescent Current tRISE OVGATE Time to Reach Regulation 6.10 8 6.35 6.70 V 1.88 • VOVSENS 0 12 V V 8.6 V VOVSENS = 5V 40 µA COVGATE = 1nF 2.5 ms Overtemperature Battery Conditioner IDISCHARGE Overtemperature Battery Discharge Current Only When Enabled via I2C Control, BAT = 4.2V 180 mA VALLOW Maximum Allowed Overtemperature Battery Voltage Only When Enabled via I2C Control 3.85 V 4099fd 4 LTC4099 電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。 それ以外はTA = 25℃での値。注記がない限り、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、DVCC = 3.3V、RPROG = 1.02k、 RCLPROG = 3.01k。 SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS NTC VTOO_COLD Cold Temperature Fault Threshold Voltage Rising Threshold Hysteresis 72.3 73.8 3.6 75.3 %NTCBIAS %NTCBIAS VTOO_WARM Hot Temperature Fault Threshold Voltage Falling Threshold Hysteresis 31.3 32.6 3.3 33.9 %NTCBIAS %NTCBIAS VOVERTEMP Critically High Temperature Fault Threshold Voltage Falling Threshold Hysteresis 21.9 22.8 50 23.7 %NTCBIAS mV INTC NTC Leakage Current NTC = NTCBIAS –50 50 nA Ideal Diode VFWD Forward Voltage IVOUT = 10mA 15 mV RDROPOUT Internal Diode On-Resistance, Dropout IVOUT = 200mA 0.18 Ω IMAX Diode Current Limit 2 DVCC I2C Logic Reference 1.6 IDVCCQ DVCC Current 0.2 µA VDVCC_UVLO DVCC UVLO 1 V ADDRESS I2C Address ⎡R ⎤ 0001001 ⎢ ⎥ ⎣W⎦ VIRQ IRQ Pin Output Low Voltage IIRQ = 5mA 65 100 mV IIRQ IRQ Pin Leakage Current VIRQ = 5V 0 1 µA VIH, SDA, SCL Input High Threshold VIL, SDA, SCL Input Low Threshold IIH, SDA, SCL Input Leakage High SDA, SCL = DVCC IIL, SDA, SCL Input Leakage Low SDA, SCL = 0V VOL Digital Output Low (SDA) ISDA = 3mA fSCL Clock Operating Frequency tBUF Bus Free Time Between Stop and Start Condition 1.3 µs tHD_SDA Hold Time After (Repeated) Start Condition 0.6 µs tSU_SDA Repeated Start Condition Set-Up Time 0.6 µs tSU_STO Stop Condition Time 0.6 µs tHD_DAT(OUT) Data Hold Time 0 tHD_DAT(IN) Input Data Hold Time 0 ns tSU_DAT Data Set-Up Time 100 ns tLOW Clock Low Period 1.3 µs tHIGH Clock High Period 0.6 µs tSP Spike Suppression Time A I2C Port SCL/SDA = 0kHz 5.5 0.7 • DVCC V V 0.3 • DVCC V –1 1 µA –1 1 µA 0.4 V 400 kHz 900 50 ns ns 4099fd 5 LTC4099 電気的特性 Note 1：絶対最大定格に記載された値を超えるストレスはデバイスに永続的損傷を与える可 能性がある。長期にわたって絶対最大定格条件に曝すと、 デバイスの信頼性と寿命に悪影響 を与える可能性がある。 Note 2：LTC4099は0℃～85℃の温度範囲で性能仕様に適合することが保証されている。 Note 4：合計入力電流は、 消費電流、IVBUSQ、次式で求められる測定電流の和である。 VCLPROG/RCLPROG • (hCLPROG＋1) Note 5：PROGピンは常に実際の充電電流を示す。 「フル充電表示(C/x)」 を参照。 −40℃～85℃の動作温度範囲での仕様は設計、特性評価および統計学的なプロセス・コント ロールとの相関で確認されている。 Note 3：LTC4099には、 短時間の過負荷状態の間デバイスを保護するための過温度保護機能 が備わっている。過温度保護機能がアクティブなとき、接合部温度は125℃を超える。規定さ れた最大動作接合部温度を超えた動作が継続すると、 デバイスの信頼性を損なう恐れがあ る。 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、RPROG = 1.02k、RCLPROG = 3.01k。 バッテリおよびVBUS電流と出力電流 800 VBUS CURRENT BATTERY CURRENT (DISCHARGING) –200 VBUS INPUT LIMIT SET –400 FOR USB 500mA BATTERY CHARGER SET FOR 800mA –600 200 600 800 0 400 OUTPUT CURRENT (mA) –200 90 EFFICIENCY (%) BATTERY CURRENT (µA) 100 15 10 0 VBUS = 5V (SUSPEND MODES) 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 200 0 600 800 400 OUTPUT CURRENT (mA) 4.2 4099 G04 0 200 600 800 400 OUTPUT CURRENT (mA) 1000 4099 G03 500mA USB SETTING 90 80 70 500mA TO 1.2A VBUS INPUT LIMIT MODES 0.1 OUTPUT CURRENT (A) VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 500mA BATTERY CHARGER DISABLED 100 100mA VBUS INPUT LIMIT MODE 40 0.01 BAT = 3.4V 3.5 外部負荷がないときのバッテリ 充電効率とバッテリ電圧 （PBAT/PVBUS） VCLPROG = 0V 50 BAT = 4V 4.0 4099 G02 レギュレータの効率と出力電流 60 4.5 3.0 1000 PowerPathスイッチング･ VBUS = 0V 5 BATTERY CURRENT (DISCHARGING) 4099 G01 IVOUT = 0µA 20 VBUS INPUT LIMIT SET FOR 790mA BATTERY CHARGER SET FOR 500mA 200 バッテリ流出電流とバッテリ電圧 25 BATTERY CURRENT (CHARGING) 400 0 1000 OUTPUT VOLTAGE (V) CURRENT (mA) CURRENT (mA) 600 BATTERY CURRENT (CHARGING) 0 出力電圧と出力電流 5.0 VBUS CURRENT 400 200 バッテリおよびVBUS電流と出力電流 EFFICIENCY (%) 600 100mA USB SETTING 80 70 60 1 4099 G05 50 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 4.2 4099 G06 4099fd 6 LTC4099 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、RPROG = 1.02k、RCLPROG = 3.01k。 175 700 150 600 125 500 500 400 300 200 100 75 50 25 VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 500mA 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 0 4.2 2.7 3.0 1.0 120 2.7 3.0 0.25 INTERNAL IDEAL DIODE WITH SUPPLEMENTAL EXTERNAL VISHAY Si2333 PMOS 0.8 0.20 0.6 INTERNAL IDEAL DIODE ONLY 0.4 INTERNAL IDEAL DIODE 0.15 0.10 INTERNAL IDEAL DIODE WITH SUPPLEMENTAL EXTERNAL VISHAY Si2333 PMOS 0 0.05 0.2 VFLOAT VOLTAGE SET FOR 4.2V VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 100mA 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 0 4.2 0 0.04 0.12 0.16 0.08 FORWARD VOLTAGE (V) 3.64 3.62 3.60 –40 –15 35 10 TEMPERATURE (°C) 60 85 4099 G13 3.0 3.6 3.9 3.3 BATTERY VOLTAGE (V) 正規化されたバッテリ・ チャージャのフロート電圧と温度 500 バッテリ低下時充電電流の 自動低減 400 1.000 0.999 0.998 300 200 100 0.997 0.996 –40 4.2 4099 G12 CHARGE CURRENT (mA) 3.66 1.001 BAT = 2.7V IVOUT = 100mA VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 500mA NORMALIZED FLOAT VOLTAGE 3.68 0 2.7 0.20 4099 G11 4099 G10 バッテリ低下時（瞬時オン） 出力電圧と温度 4.2 理想ダイオードの抵抗と バッテリ電圧 40 20 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 4099 G09 理想ダイオードのV-I特性 100 CURRENT (A) CHARGE CURRENT (V) 200 4099 G08 USBのバッテリ充電電流制限と バッテリ電圧 60 VFLOAT VOLTAGE SET FOR 4.2V VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 500mA BATTERY CHARGER SET FOR 1200mA 300 0 4.2 3.3 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 4099 G07 80 400 100 RESISTANCE (Ω) 0 140 700 VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 100mA CHARGE CURRENT (V) 600 OUTPUT CURRENT (mA) OUTPUT CURRENT (mA) 800 100 OUTPUT VOLTAGE (V) USBのバッテリ充電電流制限と バッテリ電圧 バッテリの放電前に使用可能な USB準拠の出力電流 バッテリの放電前に使用可能な USB準拠の出力電流 –15 35 10 TEMPERATURE (°C) 60 85 4099 G14 0 3.50 3.55 3.60 VOUT (V) 3.65 3.70 4099 G15 4099fd 7 LTC4099 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、RPROG = 1.02k、RCLPROG = 3.01k。 500 VBUS電流とVBUS電圧 （サスペンド時） 発振周波数と温度 50 2.30 400 THERMAL REGULATION 300 200 85°C SETTING 100 0 –40 –20 0 20 40 60 80 2.25 2.20 2.15 –15 TEMPERATURE (˚C) 35 10 TEMPERATURE (°C) 60 4099 G16 20 36 33 30 10 35 TEMPERATURE (°C) 60 SUSPEND HIGH 500mA USB MODE 14 11 8 100mA USB MODE 3.5 SUSPEND LOW –15 –10 35 TEMPERATURE (°C) 2.5 85 60 BAT = 3.3V 0.5 0 1.5 2.0 1.0 OUTPUT CURRENT (mA) サスペンド時のVBUS電流と 出力電流 1.2 BAT = 3.3V 2.5 4099 G21 4099 G20 CLPROG電圧と出力電流 0.8 安定時DVCC電流と電圧 SDA = SCL = DVCC 1.5 1.0 0.5 CLPROG VOLTAGE (V) SUSPEND HIGH DVCC CURRENT (µA) 1.0 2.0 VBUS CURRENT (mA) 4.0 3.0 2 –40 85 6 4.5 4099 G19 0.8 0.6 0.4 0.2 VBUS INPUT LIMIT SET FOR USB 500mA BATTERY CHARGER DISABLED SUSPEND LOW 0 5 5.0 5 –15 4 3 VBUS VOLTAGE (V) サスペンド時の出力電圧と 出力電流 OUTPUT VOLTAGE (V) 39 2 1 4099 G18 IVOUT = 0µA 17 QUIESCENT CURRENT (mA) QUIESCENT CURRENT (µA) 42 2.5 0 85 VBUS消費電流と温度 IVOUT = 0µA 27 –40 20 4099 G17 サスペンド時のVBUS消費電流と 温度 45 30 10 2.10 –40 100 120 IVOUT = 0mA 40 VBUS CURRENT (µA) CHARGE CURRENT (mA) 2.35 105°C SETTING FREQUENCY (MHz) 600 バッテリ充電電流と温度 0 0.5 1.5 2.0 1.0 OUTPUT CURRENT (mA) 2.5 4099 G22 0 0 200 400 600 800 OUTPUT CURRENT (mA) 1000 4099 G23 0.6 0.4 0.2 0 1.5 2.5 3.5 4.5 DVCC VOLTAGE (V) 5.5 4099 G24 4099fd 8 LTC4099 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、RPROG = 1.02k、RCLPROG = 3.01k。 6.280 QUIESCENT CURRENT (µA) OVP THRESHOLD (V) 6.275 37 6.270 6.265 6.260 6.255 –40 –15 35 10 TEMPERATURE (°C) 60 OVSENS消費電流と温度 OVSENS CONNECTED TO INPUT THROUGH 10 6.2k RESISTOR 35 8 33 31 6 4 29 2 27 –40 85 OVGATEとOVSENS 12 VOVSENS = 5V OVGATE (V) 立ち上がり過電圧スレッショルド と温度 –15 35 10 TEMPERATURE (°C) 60 0 85 4099 G25 0 2 4 6 INPUT VOLTAGE (V) 4099 G27 4099 G26 IRQピン電流と電圧 （プルダウン状態） 8 OVP接続波形 OVP切断波形 100 VBUS 5V/DIV OVGATE IRQ PIN CURRENT (mA) 80 2V/DIV 60 40 OVP INPUT VOLTAGE 5V TO 10V STEP 5V/DIV 0V 20 0 OVGATE 5V/DIV VBUS 4099 G29 250µs/DIV 1 0 3 2 IRQ PIN VOLTAGE (V) 4 500µs/DIV 4099 G30 5 4099 G28 150 500 500mA USB SETTING 120 300 BATTERY CURRENT (mA) INPUT CURRENT (mA) 400 BATTERY CHARGER SET FOR 1200mA 200 100mA USB SETTING 100 0 –40 –15 10 35 TEMPERATURE (°C) バッテリ安全調整器の放電電流と バッテリ電圧 BATTERY CONDITIONER ENABLED VNTC / VNTCBIAS < 0.219 VBUS = 0V 80 90 60 60 85 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 BATTERY VOLTAGE (V) 4099 G31 高電圧入力の充電効率と バッテリ電圧 USING THE LT3653 WITH Bat-Track 60 40 CONVENTIONAL 5V BUCK WITHOUT Bat-Track 20 30 0 3.6 100 EFFICIENCY (%) 入力電流と温度 BATTERY CHARGE SET FOR 700mA INPUT VOLTAGE = 13.5V 0 3.3 3.0 3.6 3.9 BATTERY VOLTAGE (V) 4.2 4099 G33 4099 G32 4099fd 9 LTC4099 標準的性能特性 注記がない限り、TA = 25℃、VBUS = 5V、BAT = 3.8V、RPROG = 1.02k、RCLPROG = 3.01k。 1.0 0.8 3 0.6 500mA 2 0.4 CHARGER TERMINATION 4-HOUR SETTING 1 0 5 6 3 4 TIME (HOURS) VBUS INPUT LIMIT SET FOR 790mA BATTERY CHARGER SET FOR 500mA FLOAT VOLTAGE SET FOR 4.2V 0 1 2 7 0.2 8 4099 G34 0 出力電圧とバッテリ電圧 (バッテリ・チャージャの過大設定時) サスペンドLDO過渡応答 （500μAから1.5mA） BATTERY CHARGER SET FOR 1200mA 4.2 OUTPUT VOLTAGE (V) 4 4.4 BATTERY CURRENT (A) BATTERY VOLTAGE (V) 5 バッテリ充電電流 および電圧と時間 IOUT 500µA/DIV 4.0 500mA USB SETTING 3.8 0mA VOUT 20mV/DIV AC-COUPLED 3.6 3.4 100mA USB SETTING 500µs/DIV 3.2 4099 G36 BATTERY VOLTAGE 3.0 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.2 BATTERY VOLTAGE (V) 4099 G35 ピン機能 OVGATE （ピン1） ：過電圧保護ゲート出力。OVGATEは外付け NチャネルMOSFETパス・トランジスタのゲート・ピンに接続 します。 トランジスタのソースはVBUSに接続し、 ドレインは機 器のDC入力コネクタに接続します。過電圧状態でない場合、 このピンは、 パス・トランジスタを十分にオーバードライブして 完全に導通させることが可能な内部チャージポンプでドライ ブされます。過電圧状態が検出されると、OVGATEが急激に GNDに引き下げられ、LTC4099が損傷しないようにします。 OVGATEはOVSENSと連動してこの保護を行います。 NTC （ピン2） ：負温度係数（NTC） サーミスタ・モニタ回路への 入力。NTCピンは負温度係数サーミスタに接続します。 この サーミスタは通常、バッテリと一緒に実装され、バッテリの温 度が充電するには高すぎるか低すぎるかを判断します。 バッテ リの温度が有効範囲を外れると、 バッテリの温度が有効範囲 に戻るまで充電が中断されます。NTCBIASからNTCに低ドリ フト・バイアス抵抗を接続し、NTCからグランドにサーミスタを 接続する必要があります。 NTCBIAS （ピン3） ：NTCサーミスタのバイアス出力。NTCBIAS とNTCの間にバイアス抵抗を接続し、NTCとGNDの間にサー ミスタを接続します。 V（ ：補助スイッチング・レギュレータのBat-Track制御 C ピン4） 出力。 このピンは、外部のリニアテクノロジーの降圧スイッチ ング・レギュレータのV Cピンをドライブします。WALLおよび ACPRと連動してVOUTを安定化し、 バッテリ・チャージャの効 率を最大にします。 WALL （ピン5） ：補助電源のセンス入力。WALLを使用して、補 助電源からの電力を使用できる時期を判断します。電源が検 出されると、ACPRが L にドライブされてUSB入力が自動的 にディスエーブルされます。 BATSENS （ピン6） ：バッテリ電圧のセンス入力。適正に動作さ せるため、 このピンは常にBATに接続する必要があります。最 適な動作をさせるには、BATSENSをリチウムイオン・バッテリ に物理的に近づけてBATに接続します。 PROG （ピン7） ：充電電流設定および充電電流モニタ用ピン。 PROGからグランドに抵抗を接続することによって充電電流を 設定します。定電流モードで十分な電力が供給される場合、 このピンはI2Cで制御可能な8つの電圧の1つにサーボ制御さ れます （表3を参照）。 このピンの電圧は、次式を使用すること によって常に実際の充電電流を表します。 IBAT = VPROG • 1030 RPROG 4099fd 10 LTC4099 ピン機能 IRQ （ピン8） ：オープンドレインの割り込み出力。 IRQピンを使用 して、LTC4099内の複数のマスク可能なステータス変化による 割り込みを発生させることができます。 表1を参照してください。 GND （ピン9、露出パッド・ピン21） ：グランド。露出パッドおよび ピンはPCBに半田付けし、 グランドに電気的かつ熱的に低イ ンピーダンスの接続をする必要があります。 IDGATE（ピン10 ） ：理想ダイオード・アンプの出力。 このピンに よって、 内部理想ダイオードの補完に使用される外付けPチャ ネルMOSFETトランジスタのゲートが制御されます。Pチャネ ルMOSFETのソースはVOUTに接続し、 ドレインはBATに接続 します。 BAT （ピン11） ：1セル・リチウムイオン・バッテリ・ピン。使用でき る電力と負荷に応じて、BATに接続されたリチウムイオン･バッ テリは理想ダイオードを介してVOUTにシステム電源を供給す るか、 またはバッテリ・チャージャから充電されます。 DVCC （ピン15） ：I2Cシリアル・ポートのロジック・リファレンス。 0.01μFのバイパス・コンデンサが必要です。 SCL （ピン16） ：I2Cシリアル・ポートのクロック入力。I2Cの入力 レベルはDVCCを基準にしてスケーリングされます。 SDA （ピン17） ：I2Cシリアル・ポートのデータ入出力。I2Cの入力 レベルはDVCCを基準にしてスケーリングされます。 ACPR（ピン18 ） ：補助電源接続出力 （アクティブ L ）。ACPR は、WALLに接続された外部の高電圧降圧スイッチング・レ ギュレータの出力をLTC4099が使用できる状態を示します。 ACPRは、 ソースがVOUTに接続され、 ドレインがWALLに接続 された外付けPチャネルMOSFETトランジスタのゲートに接続 することができます。ACPRの H レベルはVOUTで L レベル はGNDです。 CLPROG（ピン19 ） ：USB電流制限の設定およびモニタ用ピ ン。CLPROGからグランドに接続された1%抵抗によって、 VOUT （ピン12） ：スイッチングPowerPathコントローラの出力電 V BUSピンから供給される電流の上限が決定されます。ハイ 圧およびバッテリ・チャージャの入力電圧。大半の携帯機器 サイド・スイッチがオンのとき、入力電流に対する正確な比率 にはVOUTから電力を供給します。LTC4099は、VOUTの外部 （h CLPROG） がCLPROGピンに出力されます。CLPROGピンが 負荷と内部バッテリ・チャージャの間で使用できる電力を分割 1.18Vに達するまで、 スイッチング・レギュレータが電力を供 します。外部負荷が優先され、残りの電力を使用してバッテリ 給します。 したがって、V BUSから供給される電流はh CLPROG を充電します。BATからVOUTに接続された理想ダイオードに とRCLPROGから得られる値に制限されます。I2C制御によって より、 負荷がVBUSからの割り当てられた電力を超えても、 また 得られるh CLPROGには複数の比率があり、 このうちの2つが はVBUS電源が取り外されても、VOUTに電力が供給されます。 100mAおよび500mAのUSB仕様に相当します （表2を参照）。 VOUTは、低インピーダンスの積層セラミック･コンデンサを使 CLPROGをフィルタリングするには、積層セラミック平均化コ 用してバイパスする必要があります。 ンデンサも必要になります。 V BUS（ピン13 ） ：スイッチングPowerPathコントローラの入力電 圧。VBUSは通常、 コンピュータのUSBポートまたはDC出力の ACアダプタに接続されます。 VBUSは、 低インピーダンスの積層 セラミック･コンデンサを使用してバイパスする必要があります。 SW（ピン14 ） ：スイッチング・レギュレータの電力送出ピン。 SWピンは降圧スイッチング・レギュレータを介してVBUSから VOUTに電力を供給します。SWからVOUTにインダクタを接続 します。 インダクタンス値については 「アプリケーション情報」 を参照してください。 OVSENS （ピン20） ：過電圧保護センス入力。OVSENSは、6.2k 抵抗を介して入力電源コネクタに接続し、さらに外付けN チャネルMOSFETパス・トランジスタのドレインに接続します。 このピンの電圧がV OVCUTOFFを上回ると、OVGATEピンが GNDに引き下げられ、 パス・トランジスタをディスエーブルして LTC4099を高電圧による損傷の危険性から保護します。 4099fd 11 LTC4099 ブロック図 TO AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. VIN SW LT3480 VC 4 TO USB OR WALL ADPAPTER 13 OVGATE 6V + – 1 ×2 5 VC VOUT 3.6V BAT + 0.3V + + – 20 OVERVOLTAGE PROTECTION OVSENS FB WALL 4.3V ACPR 18 Bat-Track HV CONTROL +– VBUS SW TO SYSTEM LOAD 14 NONOVERLAP AND DRIVE LOGIC ISWITCH/N ILDO/M 19 100mV + – VOUT CLPROG 4.6V IDEAL DIODE Q CONSTANT-CURRENT CONSTANT-VOLTAGE BATTERY CHARGER R 0V 15mV 3 2 NTC AVERAGE OUTPUT VOLTAGE LIMIT CONTROLLER – + TOO COLD – + TOO WARM – + IDGATE BATSENS 3.6V BAT +– OSC VOUT – + + – 0.3V VC/x + – 1.18V NTCBIAS AVERAGE INPUT CURRENT LIMIT CONTROLLER + + – – + 12 – + SUSPEND LDO S T NTC – + + – OPTIONAL EXTERNAL IDEAL DIODE PMOS 10 6 11 SINGLECELL Li-Ion C/x + VPROG IBAT/1030 BATTERY CONDITIONER 3.85V OVERTEMPERATURE + – IRQ I2C PORT DVCC 15 SCL 16 8 INTERRUPT LOGIC SDA 17 GND 9 GND 21 PROG 7 4099 BD 4099fd 12 LTC4099 タイミング図 SDA tSU, DAT tLOW tSU, STA tHD, DAT tBUF tSU, STO tHD, STA 4099 TD03 SCL tHIGH tHD, STA START CONDITION tSP REPEATED START CONDITION tf tr STOP CONDITION START CONDITION I2Cの書き込みプロトコル WRITE ADDRESS SUB ADDRESS R/ W A7 0 0 0 1 0 0 1 0 SDA 0 0 0 1 0 0 1 0 ACK SCL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A6 A5 A4 A3 INPUT DATA BYTE A2 A1 A0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 START STOP ACK 1 2 3 4 5 6 7 8 ACK 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4099 TD01 I2Cの読み出しプロトコル READ ADDRESS OUTPUT DATA BYTE R/W A7 0 0 0 1 0 0 1 1 SDA 0 0 0 1 0 0 1 1 ACK SCL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 START ACK 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4099 TD02 4099fd 13 LTC4099 動作 はじめに LTC4099はI 2 C制御のパワーマネージャおよびリチウムイオ ン・チャージャで、消費電力を最小限に押さえて熱管理の制 約を緩和しながら、様々なソースから得られる電力を最適に 使用するように設計されています。革新的なPowerPathアーキ テクチャを採用しているので、完全に放電しきったバッテリを 使用しているときでさえ、 アプリケーションへの電力供給を優 先することにより、外部電圧が印加された直後にアプリケー ションに電力供給することができます。 LTC4099は、USB、ACアダプタなどの5V電源用のBat-Trackモ ノリシック降圧スイッチング・レギュレータを内蔵しています。 特にUSBアプリケーション向けに設計されており、 スイッチン グ・レギュレータにはUSBと互換性を持たせるために高精度 平均入力電流制限機能が搭載されています。電力が節約さ れるので、LTC4099ではV OUTの負荷電流はUSBポートから 供給される電流を超えることが可能で、バッテリ充電に許容 されるUSB電力を最大限に使用できます。 スイッチング･レギュ レータとバッテリ・チャージャは情報をやり取りし、平均入力 電流が決してUSB仕様を超えないようにします。 車載などの高電圧アプリケーション用に、LTC4099は外部の リニアテクノロジーの降圧スイッチング・レギュレータのBatTrack制御を行い、バッテリ・チャージャの効率を最大にして 発熱を最小限に抑えます。 USBと補助入力の両方から電力が供給される場合、補助入 力が優先されます。 LTC4099は、180mΩ理想ダイオードのほか、外付けPチャネル MOSFETとともに使用するための理想ダイオード・コントロー ラを内蔵しています。BATからV OUTに接続された理想ダイ オードによって、VBUSやWALLの電力が不十分または電力が ない場合でも、VOUTに常に十分な電力を供給できます。 LTC4099は、外付けNチャネルMOSFETと連動し、高電圧の 偶発的な印加によって生じる入力の損傷を防ぐように設計さ れた過電圧保護回路を備えています。 デバイスがサスペンド時のUSBポートに接続されたときのバッ テリからの流出を防ぐため、V BUS からV OUTに接続された LDOによって低電力または高電力のUSBサスペンド電流をア プリケーションに供給します。 最後に、LTC4099には多くの調整機能が搭載されており、電 力レベルやステータス情報をシンプルな2線I 2Cポートを介し て制御およびモニタすることができます。 入力電流が制限されるBat-Track 降圧スイッチング･レギュレータ VBUSからVOUTに供給される電力は、2.25MHzの固定周波数 降圧スイッチング・レギュレータによって制御されます。USBの 最大負荷仕様を満たすため、 スイッチング･レギュレータには 計測および制御システムが搭載されており、平均入力電流が CLPROGピンおよびI2Cポートで設定されたレベル以下を維 持するようにします。VOUTは外部負荷とバッテリ・チャージャ を結合したものをドライブします。 結合された負荷によってスイッチング電源が設定された入力 電流制限まで達しない場合、VOUTはバッテリ電圧より約0.3V 高い電圧をトラッキングします。 バッテリ・チャージャの電圧を この低レベルに保つことによって、 バッテリ・チャージャの電力 損失が最小限に抑えられます。図1にパワーパスの構成要素 を示します。 結合された外部負荷とバッテリ充電電流が十分に大きいこと によってスイッチング電源が設定された入力電流制限に達す ると、 バッテリ・チャージャは外部負荷に十分な電力を供給す るのに必要な分だけ正確に充電電流を低減します。バッテリ 充電電流が許容できるUSB電力を超える値に設定されても、 平均入力電流のUSB仕様に違反することはありません。 それ はバッテリ・チャージャが必要に応じて電流を低減するからで す。 さらに、VOUTの負荷電流がVBUSから供給される設定され た電力を超えると、 バッテリ・チャージャがイネーブルされてい ても、理想ダイオードを介してバッテリから追加の負荷電流が 供給されます。 CLPROGから流出する電流はVBUS電流を正確に分割した分 です。CLPROGからGNDに設定抵抗と平均化コンデンサを接 続すると、CLPROGの電圧はスイッチング・レギュレータの平 均入力電流を示します。入力電流が設定制限値に近づくと、 CLPROGは1.18Vに達し、 スイッチング･レギュレータによって 供給される電力は一定に保たれます。 入力電流制限は、ACアダプタのアプリケーションに対して 500μAのUSBサスペンド制限から1.2Aまでの範囲の8つの値 に設定可能です。 これらの設定値の2つは、特に100mAおよび 500mAのUSBアプリケーションでの使用を意図しています。 4099fd 14 LTC4099 動作 TO AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. HVIN HIGH VOLTAGE STEP-DOWN SWITCHING VC REGULATOR 4 1 ×2 +– 5 VC OVERVOLTAGE PROTECTION + – OVGATE 6V VOUT 3.6V BAT + 0.3V – + 4.3V VBUS ACPR SW ISWITCH/N VOUT PWM AND GATE DRIVE IDEAL DIODE CONSTANT-CURRENT CONSTANT-VOLTAGE BATTERY CHARGER OmV 15mV CLPROG 1.18V – + AVERAGE INPUT CURRENT LIMIT CONTROLLER + + – 19 WALL 18 Bat-Track HV CONTROL FROM USB OR WALL ADAPTER 13 FB + + – 20 OVSENS SW – + + – IDGATE 0.3V 3.6V BAT +– AVERAGE OUTPUT VOLTAGE LIMIT CONTROLLER BATSENS 3.5V TO (BAT + 0.3V) TO SYSTEM LOAD 14 12 OPTIONAL EXTERNAL IDEAL DIODE PMOS 10 11 6 + 4099 F01 SINGLE-CELL Li-Ion 図1. PowerPathブロック図 IVBUS = IVBUSQ + VCLPROG • (hCLPROG + 1) RCLPROG ここで、I VBUSQはLTC4099の消費電流、V CLPROGは電流制 限時のCLPROGサーボ電圧、RCLPROGは設定抵抗の値、 そ してh CLPROGはV BUSで測定される電流とCLPROGに供給 されるサンプリング電流との比率です。h CLPROG、V CLPROG、 I VBUSQの値については 「電気的特性」 の表を参照してくださ い。RCLPROGが3.01k以上であれば、 回路の許容誤差がワース トケースであっても、100mAモードまたは500mAモードの平 均入力電流のUSB仕様に違反することはありません。入力電 流制限のその他の設定可能な値については表2を参照してく ださい。 電流制限されていない間は、 スイッチング･レギュレータのBatTrack機能によってV OUTがBATの電圧より約300mV高い電 圧に設定されます。 ただし、BATの電圧が3.3V以下で、 かつ負 荷要件によってスイッチング･レギュレータが電流制限を超え ることがない場合、図2に示すようにV OUTは3.6Vに固定され ます。 この瞬時オン機能により、携帯機器に電源を印加したと きにバッテリの充電を待つことなく直ちに起動することができ ます。 負荷がV BUSの電流制限を超えてしまうと、図2の網掛け 4.5 4.2 3.9 VOUT (V) スイッチング・レギュレータがアクティブになると、平均入力電 流はCLPROGの設定抵抗により次式に従って制限されます。 3.6 NO LOAD 300mV 3.3 3.0 2.7 2.4 2.4 2.7 3.0 3.6 3.3 BAT (V) 3.9 4.2 4099 F02 図2. VOUTとBAT 4099fd 15 LTC4099 動作 の部分で示すように、VOUTの範囲は無負荷電圧とバッテリ電 圧をわずかに下回る電圧の間になります。 これが起きた時に バッテリが接続されていないと、VOUTがグランドまで急落す る可能性があります。 そのような場合、V OUTとBATの電圧を 規定制限内に保つために、入力換算負荷電流は設定された 入力電流レベル以下に維持されなければなりません。 バッテリ電圧が非常に低い場合、 バッテリ・チャージャは負荷 のような動作をしますが、入力電流制限回路により、 その電 流によってV OUTが3.6Vの瞬時オン電圧を下回る傾向があり ます。V OUTがこのレベルを下回らないように、低電圧回路が VOUTの低下を自動的に検出してバッテリ充電電流を必要に 応じて低減します。 この低減によって負荷の電流と電圧が常 に優先されますが、 バッテリ充電電流をできる限り供給します。 「アプリケーション情報」の「バッテリ・チャージャの過大設 定」 を参照してください。 電圧安定化ループ補償はVOUTのコンデンサによって制御さ れます。 ループを安定させるためには10μFのMLCCコンデン サが必要です。 この値より大きな容量を追加すると、過渡応答 が改善されます。 内部低電圧ロックアウト回路はV BUSをモニタし、V BUS が VUVLOの立ち上がりスレッショルド （4.3V） を上回るまでスイッ チング･レギュレータをオフに保ちます。VBUSがVUVLOの立ち 下がりスレッショルド （4V） を下回ると、VOUTのシステム電源 は理想ダイオードを介してバッテリから供給されます。 スイッチ ング･レギュレータを動作させるには、V BUSの電圧がBATの 電圧よりVDUVLO（つまり約200mV） だけ高いことも必要です。 補助高電圧スイッチング・レギュレータのBat-Track制御 ブロック図に示すように、WALLピン、ACPRピン、V Cピンは、 LT3480やLT3653などのリニアテクノロジーの外部高電圧降 圧スイッチング・レギュレータと組み合わせて使用し、高い電 圧源で動作するときの発熱を最小限に抑えることができます。 Bat-Track制御回路は、 内部スイッチング・レギュレータとほと んど同じ方法で、外部スイッチング・レギュレータの出力電圧 を （BAT＋300mV） または3.6Vの高い方に安定化します。 これ により、 バッテリ・チャージャの効率を最大にしながら、 バッテ リが消耗しているときの瞬時オン動作を可能にします。 高電圧レギュレータの帰還ネットワークは、4.5V∼5.5Vの出 力電圧にするように設定します。外部レギュレータに高電圧が 印加されると、WALLはこの設定された出力電圧に向かって 上昇します。WALLが約4.3Vを上回ると、ACPRが L になり、 LTC4099のBat-Track制御によって外部の高電圧降圧スイッ チング・レギュレータのローカルV C 制御が無効になります。 Bat-Track制御がイネーブルされると、出力電圧はスイッチン グ・レギュレータの帰還ネットワークに左右されません。 Bat-Track制御は、 シンプルな5Vスイッチング・レギュレータの 出力を使用したバッテリ・チャージャのドライブと比較して、大 幅な効率向上を実現します。5V出力でVOUTをドライブする場 合、 バッテリ・チャージャの効率はほぼ次式のようになります。 ηTOTAL = ηBUCK • VBAT 5V ここで、ηBUCKは高電圧スイッチング・レギュレータの効率、5V はスイッチング・レギュレータの出力電圧です。標準的なスイッ チング・レギュレータの効率87%と標準的なバッテリ電圧3.8V を使用すると、 バッテリ・チャージャの総合効率は約66%にな ります。充電電流を1Aと仮定すると、 バッテリを充電するだけ で約2Wの電力が消費されます。 Bat-Trackを使用すると、 バッテリ・チャージャの効率はほぼ次 式のようになります。 ηTOTAL = ηBUCK • VBAT VBAT + 0.3V 上記と同じ仮定を用いると、 バッテリ・チャージャの総合効率 は約81%になります。 この例では電力損失が1W以下、 つまり 発熱がほぼ60%以下になります。 LT3480とBat-Track制御付きのLT3653を使用した全体回路 図は、 「標準的応用例」 を参照してください。 BATからVOUTへの理想ダイオード LTC4099は、外付け理想ダイオードのコントローラだけでな く、内部理想ダイオードも備えています。内部理想ダイオード および外付け理想ダイオードはどちらも常時オンで、V OUTが BATを下回るたびに即座に応答します。 4099fd 16 LTC4099 動作 負荷電流がスイッチング･レギュレータからの許容電力を超え て増加すると、追加の電力が理想ダイオードを介してバッテリ から供給されます。 さらに、VBUSへの電源（USBまたはACアダ プタ）が取り外されると、 アプリケーションの電源はすべて理 想ダイオードを介してバッテリから供給されます。 理想ダイオー ドは十分に高速で、 スイッチング･レギュレータに必要な蓄積 容量だけでVOUTの垂下が防止されます。 内部理想ダイオード は、VOUTの電圧がBATの電圧を約15mV（VFWD）下回るたび に大型の内蔵MOSFETトランジスタを作動させる高精度アン プで構成されています。 アンプのリニア範囲内では、理想ダイ オードの小信号抵抗は非常に小さいので、順方向電圧降下 を15mV近くに保ちます。電流レベルが大きいとMOSFETは十 分に導通します。 2200 VISHAY Si2333 EXTERNAL IDEAL DIODE 2000 1800 CURRENT (mA) 1600 1400 LTC4099 IDEAL DIODE 1200 1000 800 600 ON SEMICONDUCTOR MBRM120LT3 400 200 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 FORWARD VOLTAGE (mV) (BAT – VOUT) 4099 F03 Figure 3. Ideal Diode V-I Characteristics 内部理想ダイオードを補完するために、BATからVOUTに外付 けのPチャネルMOSFETトランジスタを接続することができま す。LTC4099のIDGATEピンは、外付けPチャネルMOSFETトラ ンジスタのゲートをドライブして、理想ダイオードを自動的に制 御します。外付けPチャネルMOSFETのソースをVOUTに接続 し、 ドレインをBATに接続します。IDGATEピンは1nFの負荷を ドライブできるので、 オン抵抗が30mΩ以下の外付けPチャネ ルMOSFETトランジスタを制御することができます。 バッテリ・チャージャ LTC4099には、低電圧プリチャージ、定電流/定電圧充電、C/x 充電状態検出、安全タイマによる自動終了、 自動再充電、不良 セル検出、温度範囲外で充電を停止するサーミスタ・センサ 入力などを備えたバッテリ・チャージャが搭載されています。 プリチャージ バッテリの充電サイクルが開始されると、 バッテリ・チャージャ は最初にバッテリが消耗しているかを判定します。 バッテリ電 圧がVTRKL（ 標準2.85V） を下回ると、 自動トリクル充電機能 によってバッテリ充電電流がデフォルト充電電流の1/5に設定 されます。低電圧が0.5時間以上持続すると、 バッテリ・チャー ジャは自動的に停止し、I 2Cポートを介してバッテリが非応答 であったことを示します。 定電流 バッテリ電圧がV TRKLを上回ると、 チャージャはフルパワー 定電流モードで充電を開始します。バッテリに供給される電 流はVPROG/RPROG • 1030に達しようとします。 ここで、VPROG 2 はI Cポートを介して設定可能で、 その範囲は100mVステップ で500mV∼1.2Vです。VPROGのデフォルト値は500mVです。 使用できる入力電力と外部負荷の状態に応じて、バッテリ・ チャージャは設定されたフルレートで充電できることもあれば できないこともあります。外部負荷がバッテリ充電電流よりも 常に優先されます。 同様に、USB電流制限の設定は常に実行 され、追加電力のみがバッテリの充電に使用されます。 システ ム負荷が軽い場合、 バッテリ充電電流は最大になります。 前述したように、充電電流の上限は、PROGからグランドに接 続された抵抗とI2Cポートで設定されるPROGサーボ電圧値 の組み合わせによって設定されます。充電電流は次式で求め られます。 ICHG = VPROG • 1030 RPROG I2CポートのICHARGE2ビット、ICHARGE1ビット、ICHARGE0ビット によってVPROGの8つの値が選択できます。表3を参照してくだ さい。 定電流または定電圧のいずれの充電モードでも、PROGピン の電圧はバッテリに供給される実際の充電電流に比例しま す。充電電流はPROGピンの電圧をモニタし、次の関係を使用 することによっていつでも決定できます。 IBAT = VPROG • 1030 RPROG 4099fd 17 LTC4099 動作 ただし、多くの場合、使用できる入力電力が限られていること とVOUTからシステム負荷に優先して供給されることにより、実 際のバッテリ充電電流（IBAT） は設定電流（ICHG） より減少す ることを思い出してください。 定電圧 バッテリ端子の電圧がプリセットされたフロート電圧に達す ると、バッテリ・チャージャはこの電圧を一定に保ち、充電電 流はゼロに向かって自然に減少します。I2Cポートを介して最 終フロート電圧を4.100Vと4.200Vの2つの設定値に選択する ことができます。 できるだけ長い実行時間を必要とするアプリ ケーションでは4.200Vの設定値を選択できます。バッテリ寿 命の延長が求められるアプリケーションでは、LTC4099のデ フォルト設定である4.100Vを使用します。 フル充電表示（C/x） PROGピンは、定電圧フェーズの充電時でも、常に実際の充 電電流を示すので、PROGピンの電圧はこのフェーズでのバッ テリの充電状態を示します。LTC4099はPROGピンにフル充電 表示コンパレータを備えており、I2Cポートを介してその結果を 通知します。I2C制御により、50mV、100mV、200mV、500mV のC/xコンパレータのレベル選択が可能です。PROGピンの サーボ電圧が500mV∼1.2Vに設定可能なことを思い出してく ださい。1Vのサーボ設定値がバッテリのフル充電速度（1C） を表す場合、100mVのC/xの設定値はC/10に相当します。 同様 に200mVのC/xの設定値はC/5を表し、500mVの設定値はC/2 を表します。 充電終了 バッテリ・チャージャは終了安全タイマを内蔵しています。 バッ テリの電圧が設定された4.100Vまたは4.200Vのフロート電 圧に達すると、安全タイマが始動します。安全タイマが終了す ると、 バッテリの充電が中止され、電流はそれ以上供給されま せん。安全タイマの4時間のデフォルト終了時間は、I2Cポート にアクセスすることにより1時間から8時間まで1時間単位で変 更することができます。 終的に自己放電します。 バッテリが常にフル充電状態になるよ うに、 バッテリ電圧がVRECHRG（通常、4.200Vのフロート電圧 設定では4.100V、4.100Vのフロート電圧設定では4.000V） を 下回ると新たな充電サイクルが自動的に開始されます。 安全タ イマが動作中の場合にバッテリ電圧がVRECHRGを下回ると、 タイマはゼロにリセットされます。VRECHRGを下回る短時間の 偏移によって安全タイマがリセットしないように、 バッテリ電圧 を2.5ms以上V RECHRGより低くする必要があります。V BUSの UVLOを L に戻してから H にする （たとえば、VBUSまたは WALLを取り外してから付け直す） かまたはI2Cポートを使用 してチャージャを一時的にディスエーブルすると、充電サイク ルと安全タイマもリスタートします。 図4のフローチャートにバッテリ・チャージャのアルゴリズムを 示します。 サーミスタの測定 バッテリの温度は負温度係数（NTC） サーミスタをバッテリ・ パックの近くに配置して測定します。 サーミスタ回路は 「ブロッ ク図」 に示されています。 この機能を使用するには、NTCピンとグランドの間にサーミス タを接続し、NTCBIASからNTCにバイアス抵抗を接続しま す。 バイアス抵抗は、選択したサーミスタの25℃での値（R25） に等しい値の1%抵抗にします。 サーミスタの抵抗がR25の値の0.484倍になる、つまり10kの サーミスタが4.84kになると、LTC4099は充電を停止します。 これは約45℃に相当 Vishayの 「曲線2」 のサーミスタの場合、 します。バッテリ･チャージャが定電圧（フロート） モードの場 合、サーミスタが有効温度に戻ったことを示すまで安全タイ マも停止します。LTC4099は、サーミスタの値がR25の値の 2.816倍まで増加すると充電を停止するようにも設計されてい ます。Vishayの 「曲線2」 の10kのサーミスタの場合、 この抵抗 （28.16k） は約0℃に相当します。高温コンパレータと低温コン パレータにはそれぞれ約4℃のヒステリシスがあり、 トリップ・ ポイントの近くでの発振が防止されます。 自動再充電 のサーミスタの温度が60℃を上回ると、 この値はR25 バッテリ・チャージャは充電を終了するとオフ状態を保持し、 「曲線2」 の0.2954倍まで低下します。 これが生じると、LTC4099はこれ バッテリからはわずか数マイクロアンペアの電流しか流れま （表7を を極めて高温とみなしてI2Cポートを介して知らせます せん。携帯機器を長時間この状態にしておくと、 バッテリは最 4099fd 18 LTC4099 動作 参照）。 この状況が生じると、 アプリケーション・ソフトウェアに 携帯機器の電力を緊急に低減させることが必要になる場合 があります。 この温度ではI2Cポートを介してバッテリ調整回路 をイネーブルし、高温と高電圧が同時に生じることに起因する ストレスを低減することができます。 「過温度バッテリ調整器」 を参照してください。 サーミスタ検出回路は、充電がイネーブルされているときは連 続的にサーミスタの値をサンプリングし、 イネーブルされてい ないときには周期的にサンプリングします。 チャージャがイネー ブルされていない場合、 サーミスタは約150msごとに150μsの 間サンプリングされます。I2Cポートに供給されるサーミスタの データは、各サンプリング周期の最後に更新されます。 POWER AVAILABLE CLEAR EVENT TIMER INDICATE CHARGING NTC OUT-OF-RANGE YES INHIBIT CHARGING NO PAUSE EVENT TIMER BAT < 2.85V BATTERY STATE BAT > VFLOAT – ε INDICATE NTC FAULT 2.85V < BAT < VFLOAT – ε NO CHARGE WITH 103V/RPROG CHARGE WITH CONSTANT-CURRENT CHARGE WITH FIXED VOLTAGE RUN EVENT TIMER PAUSE EVENT TIMER RUN EVENT TIMER SAFETY TIMER EXPIRED TIMER > 30 MINUTES YES NO YES INHIBIT CHARGING IBAT < C/x NO STOP CHARGING YES BAT RISING THROUGH VRECHRG YES INDICATE CHARGING STOPPED INDICATE BATTERY FAULT INDICATE C/x REACHED NO BAT > 2.85V YES NO BAT FALLING THROUGH VRECHRG NO YES BAT < VRECHRG NO YES 4099 F04 図4. バッテリ・チャージャのフローチャート 4099fd 19 LTC4099 動作 過温度バッテリ調整器 リチウムイオン・バッテリはフル電圧と高温時に性能が低下 するので、LTC4099は、高温と高電圧が同時に生じた場合に バッテリ電圧を低下させる自動バッテリ調整回路を搭載して います。 サーミスタ温度が45℃に達するとバッテリ充電が停止される ことを思い出してください。 サーミスタ温度が60℃を上回り、 か つバッテリ調整回路がイネーブルされると、約180mAの内部 負荷がBATに印加されます。 バッテリ電圧が3.9Vまで低下す るか、 またはサーミスタ温度が58℃を下回ると、 この内部負荷 はディスエーブルされます。 サーミスタ温度が42℃を下回ると、 バッテリ充電が再開されます。 I2Cポートを介して起動された場合、バッテリ調整器は、外部 電源の接続の有無、充電が終了しているかどうか、I2C制御に よって充電がディスエーブルされているかどうかにかかわらず 作動します。 この回路はLTC4099内部で多大な電力を消費する可能性が あります。LTC4099の過度の温度上昇を防ぐため、LTC4099 は必要に応じて放電電流を低減し、接合部温度が120℃を上 回らないようにします。 サーマル・レギュレーション 通常充電時にLTC4099や周辺部品の熱的損傷を防止するた め、 ダイ温度が105℃まで上昇すると、 内部サーマル・フィード バック・ループが設定充電電流を自動的に低減します。 この サーマル・レギュレーション手法によって、LTC4099は高電力 動作や高周囲温度環境に起因する過度の温度上昇から保護 されるので、 ユーザーは所定の回路基板設計での電力処理 能力の限界を押し上げることができます。LTC4099のサーマ ル・レギュレーション・ループの利点として、 ワーストケースの 条件ではチャージャは自動的に電流を減らすという保証があ るので、特定のアプリケーションに対してワーストケースの条 件ではなく実際の条件に従って充電電流を設定することがで きます。 「入力データ」 で説明するように、 サーマル・レギュレーション 2 のセットポイントは、I Cポートを使用してデフォルト設定値の 105℃から85℃まで調整することができます。 過電圧保護 LTC4099は、NチャネルMOSFETと6.2k抵抗の2個の外付け部 品を使用するだけで、VBUSやWALLへ過大な電圧が誤って 印加されることからデバイス自身を保護することができます。 最大安全過電圧の大きさは、外付けFETとそれに付随するド レイン・ブレークダウン電圧の選択によって決まります。 過電圧保護回路には2つのピンがあります。1つ目のOVSENS は、外付け抵抗を介して外部から印加される電圧の測定に 使用されます。2つ目のOVGATEは、外付けFETのゲート・ピン のドライブに使用される出力です。OVSENSが6Vを下回ると、 内部チャージポンプがOVGATEを約1.88 • OVSENSにドライ これにより、NチャネルFETが導通してV BUSまたは ブします。 WALLへの低インピーダンス接続が行われ、次いでLTC4099 に電力供給されます。 フォールトや不適切なACアダプタの使 用によってOVSENSが6Vを上回ると、OVGATEがGNDに引き 下げられて外付けFETがディスエーブルされるので、LTC4099 が保護されます。 この電圧が再度6Vを下回ると、外付けFET が再イネーブルされます。 複数入力保護、逆入力保護および推奨部品の例については 「アプリケーション情報」 を参照してください。 サスペンドLDO LTC4099はVBUSからVOUTの間にLDOを備えることによって、 サスペンド・モード時にVOUTに少量の電力を供給します。 この LDOはサスペンド時のUSBポートに携帯機器が接続されたと きのバッテリ切れを防止します。 このLDOは4.6Vに安定化さ れており、 内部スイッチング・コンバータがディスエーブルされ たときのみ起動します。USB仕様に準拠させておくため、LDO への入力は電流制限されているので、低電力または高電力の サスペンド仕様を超えることはありません。VOUTの負荷がサ スペンド電流制限を超えると、理想ダイオードを介してバッテ リから電流が追加供給されます。サスペンドLDOはV BUS 電 流をスケーリングした電流をCLPROGピンに供給するので、 約100mVの最大電圧にサーボ制御されます。 したがって、高 電力および低電力のサスペンド設定値は、同じCLPROG抵 抗によって100mA、500mAやその他のスイッチング・パワーパ ス設定値に対して設定されたレベルと相関関係があります。 I2Cポートのコマンド・ビット （ILIM2∼ILIM0） により、 サスペンド LDOが入力電流を500μAの低電力設定値または2.5mAの高 電力設定値のどちらに制限するかが決まります。 4099fd 20 LTC4099 動作 割り込みの発生 LTC4099のIRQピンはオープンドレインの出力で、複数のマ スク可能なPowerPath/バッテリ・チャージャの1つまたは複数 のイベントの変化による割り込みの発生に使用することがで きます。表1の割り込みマスク・レジスタの列は、割り込みを発 生可能なイベントのカテゴリーを示します。 マスク・レジスタの 所定の位置に1が書き込まれると、 そのカテゴリーのステータ ス・データの変化によって割り込みが発生します。 たとえば、 マ スク・レジスタのビット6に1が書き込まれた場合、WALLに電 力が供給されるようになるか、 または供給されていた電力が WALLから供給されなくなるかのいずれかをWALL UVLOが 検出すると、割り込みが発生します。 マスク・レジスタのビット 2に1が書き込まれた場合、表8に示すようなバッテリ・チャー ジャのステータス・ビットの変化によって割り込みがトリガされ ます。 同様に、 ビット3に1が書き込まれると、表7のサーミスタ・ ステータス・ビットのいずれかの変化によって割り込みが発生 します。 バス・マスタが読み出し動作からのステータス・データ受信に アクノリッジを返すと、IRQピンがクリアされます。 マスタがス テータス・バイトにアクノリッジを返さないと、割り込みはクリア されず、IRQピンは開放されません。 割り込み発生時、復旧のためにLTC4099の現在の状態がI2C ポートに記録されます （出力データを参照）。 I Cインタフェース LTC4099は、標準I2C 2線インタフェースを使用してバス・マス タと通信することができます。 バスの信号の関係を 「タイミング 図」 に示します。2本のバスライン （SDAおよびSCL） は、 バスが 使用されていないとき H にする必要があります。 これらのラ インには、外付けのプルアップ抵抗またはLTC1694 SMBusア クセラレータなどの電流源が必要です。LTC4099はスレーブ・ レシーバであり、 スレーブ・トランスミッタでもあります。I2C制 御信号、SDA、SCLはDVCC電源に内部でスケーリングされて います。DVCCは、 バスのプルアップ抵抗と同じ電源に接続しま す。 2 I 2CポートはDVCCピンに低電圧ロックアウト機能を備えてい ます。DVCCが約1Vを下回ると、I2Cシリアル・ポートがクリアさ れ、LTC4099はオールゼロのデフォルト状態に設定されて割り 込みがロックアウトされます。 バスの速度 I2Cポートは最大400kHzの速度で動作するように設計されて います。 ポートにはタイミング遅延が内蔵されており、I 2Cに準 拠したマスタ・デバイスからアドレス指定されると適正に動作 することが保証されます。 バスが損傷した場合でもグリッチを 抑制するように設計された入力フィルタも備えています。 START条件とSTOP条件 バス・マスタは、START条件を送信することによって通信の開 始を知らせます。START条件は、SCLが H のときSDAを H から L に遷移させることによって生成されます。 マスタは、 ス レーブ書き込みアドレスか、 またはスレーブ読み出しアドレス のいずれかを送信することができます。LTC4099にデータが書 き込まれると、 マスタは、LTC4099に新たなコマンド・セットに 従って動作するように指示するSTOP条件を送信することがで きます。STOP条件は、SCLが H のときマスタがSDAを L か ら H に遷移することによって送信されます。 バイトのフォーマット LTC4099に送信する、 またはLTC4099から受信する各バイト は8ビット長でなければならず、 その後にアクノリッジ・ビットの ための追加のクロック・サイクルが続く必要があります。 データ は最上位ビット （MSB） を先頭にしてLTC4099に送る必要があ ります。 アクノリッジ アクノリッジ信号はマスタとスレーブ間のハンドシェークに使 用されます。LTC4099に （書き込みアドレスへの）書き込みが 行われると、LTC4099はその書き込みアドレスおよび後続の2 データ・バイトにアクノリッジを返します。 （読み出しアドレス） か らの読み出しが行われると、LTC4099はその読み出しアドレス のみにアクノリッジを返します。 バス・マスタはLTC4099からの 情報受信にアクノリッジを返す必要があります。 LTC4099によって生成されるアクノリッジ （アクティブ L ） は、 情報の最新のバイトが受信されたことをマスタに知らせます。 アクノリッジに関連したクロック・パルスはマスタによって生成 されます。 マスタはアクノリッジ・クロック・サイクルの間にSDA ラインを開放（ H ） します。書き込みアクノリッジ・クロック・パ ルスが H の間SDAラインが L に留まるように、LTC4099は このクロック・パルスの間SDAラインを引き下げます。 4099fd 21 LTC4099 動作 LTC4099から読み出しが行われると、マスタがデータ受信 にアクノリッジを返せるように、LTC4099はSDAラインを開 放します。LTC4099は1バイトのデータだけを送信するので、 LTC4099によって送信されたデータにアクノリッジを返さない マスタはI 2Cポートの動作の個々の結果を得られません。 ただ し、 マスタから読み出しアクノリッジが返されないと、LTC4099 からの保留中の割り込みはクリアされず、IRQピンは開放され ません。 スレーブ・アドレス LT C 4 0 9 9は7ビット・アドレスに対 応しており、製 造 時に 0b0001001[R/W]に設定されています。 アドレス・バイトのLSB （読み出し/書き込みビット） は、LTC4099にデータを書き込ん でいるときは0で、データを読み出しているときは1でなけれ ばなりません。 アドレスが8ビット・ワードであることから、書き 込みアドレスは0x12で、読み出しアドレスは0x13になります。 LTC4099は読み出しアドレスと書き込みアドレスのどちらにも アクノリッジを返します。 サブアドレス書き込み LTC4099には、制御入力用に3つのコマンド・レジスタがありま す。 これらは、 サブアドレス書き込みシステムを介してI2Cポート によってアクセスされます。 LTC4099の各書き込みサイクルは、 ちょうど3バイトで構成され ます。最初のバイトは常にLTC4099の書き込みアドレスになり ます。2番目のバイトはLTC4099のサブアドレスを表します。 サ ブアドレスはポインタで、LTC4099内の次のデータ・バイトを指 示します。 3番目のバイトは、 サブアドレスで示されるロケーショ ンに書き込まれるデータで構成されます。LTC4099には、3つ のサブアドレスのロケーション、0x00、0x01、0x02のみの制御 レジスタがあります。 サブアドレス・バイトの2つのLSBのみが デコードされ、残りのビットはドントケア・ビットです。 したがっ て、 たとえば、 サブアドレス0x06への書き込みは、実質的にサ ブアドレス0x02への書き込みになります。 バスの書き込み動作 マスタは、START条件とLTC4099の書き込みアドレスを使用 してLTC4099との通信を開始します。 アドレスがLTC4099のア ドレスと一致すると、LTC4099はアクノリッジを返します。 する とマスタはサブアドレスを送ります。LTC4099は再度アクノリッ ジを返し、 データ・バイトに対してこのサイクルが繰り返されま す。 データ・バイトは、LTC4099によってそのアクノリッジが返さ れると、内部のホールディング・ラッチに転送されます。 この手 順は、新しいデータを必要とする各サブアドレスに対して繰り 返す必要があります。 アドレス、 サブアドレス、 データの1つまた は複数のサイクルの後、 マスタはSTOP条件を使用して通信を 終了することができます。代わりに、 マスタは反復START条件 を開始してI2Cバス上の別のチップをアドレス指定することも できます。 このサイクルは無期限に継続可能で、LTC4099は受 信した有効データの最後の入力を記憶します。バス上のすべ てのチップがアドレス指定されて有効データが送られると、 グ ローバルなSTOP条件を送ることができ、LTC4099は受信した データを使用してコマンド・ラッチを更新します。 バスの読み出し動作 バス・マスタは、START条件と、 これに続くLTC4099の読み 出しアドレスを使用してLTC4099のステータスを読み出し ます。読み出しアドレスがLTC4099のアドレスと一致すると、 LTC4099はアクノリッジを返します。読み出しアドレスのアクノ リッジに続き、LTC4099は次の8クロック・サイクルのそれぞれ に対してステータス情報の1つのビットを返します。 バスの読み 出し動作にはSTOPコマンドは必要ありません。 入力データ LTC4099に書き込み可能な3つのデータ・バイトを表1に示し ます。サブアドレス0x00にある最初のバイトは、3つの入力電 流制限ビットI LIM2∼ILIM0、3つのバッテリ充電電流制限ビッ トICHARGE2∼ICHARGE0、2つのC/x充電状態表示制御ビット COVERX1およびCOVERX0を制御します。 入力電流制限の設定値は表2のとおりにデコードされます。 こ の表は、VOUTの負荷（バッテリ・チャージャとシステム負荷と の和）が供給可能な電力を上回った場合にVBUSピンから得 られる最大電流を示します。追加の電力はバッテリから供給 されます。入力電流制限のデフォルト状態の設定値は000で、 低電力の100mA USBの設定を示します。 4099fd 22 LTC4099 動作 バッテリ・チャージャの電流設定値は表3のとおりにデコード されます。 バッテリ・チャージャの電流設定値は、PROGピンの 8つのサーボ電圧のうちの1つを選択することによって調整し ます。設定充電電流は次式で求められることを思い出してくだ さい。 ICHG = VPROG • 1030 RPROG バッテリ・チャージャの電流のデフォルト状態の設定値は000 で、最も低い500mVのサーボ電圧が得られます。 ます。50mVの設定値の場合、LTC4099はPROGピンの電圧 が50mVを下回っていることを通知します。C/xの設定値は、 PROGピンの電圧と表4に示す値を比較することによって調整 されます。C/xのデフォルト設定値は00で、100mVの検出が行 われます。 サブアドレス0 x 0 1にある2 番目のバイトは、3つのバッテ リ・チャージャ安 全タイマ・ビットT I M E R 2 ∼ T I M E R 0 、 D I S A B L E _ C H A R G E Rビット、E N A B L E _ B AT T E RY _ CONDITIONERビット、VFLOAT = 4.2Vの制御ビット、TREG = 85℃の制御ビットを制御します。 COVERX1ビットとCOVERX0ビットは表4のとおりにデコー ドされます。C/xの設定値により、LTC4099のC/xコンパレータ がフル充電の通知に使用するPROGピンのレベルが制御さ れます。 たとえば、100mVの設定値を選択した場合、LTC4099 はPROGピンの電圧が100mVを下回っていることを通知し ビットTIMER2∼TIMER0はバッテリ・チャージャの安全タ イマの時間を制御します。安全タイマは、LTC4099が4.100V または4.200Vのフロート電圧に達すると始動します。入力電 力が供給されている間、充電は安全タイマが終了するまでフ 表1. LTC4099の入力データ・バイト 表3. ICHARGE2∼ICHARGE0のデコード SUB ADDRESS 0 SUB ADDRESS 1 SUB ADDRESS 2 COMMAND REGISTER 0 COMMAND REGISTER 1 IRQ MASK REGISTER Bit 7 ILIM2 TIMER2 USBGOOD Bit 6 ILIM1 TIMER1 WALLGOOD Bit 5 ILIM0 TIMER0 BADCELL Bit 4 ICHARGE2 DISABLE_CHARGER THERMAL_ REG Bit 3 ICHARGE1 ENABLE_ BATTERY_ CONDITIONER THERMISTOR_ STATUS Bit 2 ICHARGE0 VFLOAT = 4.2V CHARGER_STATUS Bit 1 COVERX1 TREG = 85°C Not Used Bit 0 COVERX0 Not Used Not Used BATTERY CHARGER CURRENT LIMIT SETTINGS CHARGE CURRENT ICHARGE1 ICHARGE0 VPROG RPROG = 1.02k ICHARGE2 0 0 0 500mV* 500mA 0 0 1 600mV 600mA 0 1 0 700mV 700mA 0 1 1 800mV 800mA 1 0 0 900mV 900mA 1 0 1 1000mV 1000mA 1 1 0 1100mV 1100mA 1 1 1 1200mV 1200mA *デフォルト設定値 表4. C/xのデコード 表2. ILIM2∼ILIM0のデコード ILIM2 0 0 0 0 1 1 1 1 USB INPUT CURRENT LIMIT SETTINGS ILIM1 ILIM0 IUSB 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 100mA* 500mA 620mA 790mA 1000mA 1200mA Suspend Low (500µA) Suspend High (2.5mA) COVERX1 0 0 1 1 C/x INDICATION SETTINGS FULL CAPACITY CHARGE INDICATION RPROG = 1.02k COVERX0 VPROG 0 100mV* 100mA* 1 50mV 50mA 0 200mV 200mA 1 500mV 500mA *デフォルト設定値 *デフォルト設定値 4099fd 23 LTC4099 動作 ロート電圧モードで継続します。表5に、安全タイマの1時間∼ と、 そのカテゴリーのステータスが変化して割り込みを発生し 8時間の設定可能な値とそれらのデコード方法を示します。 ます。 マスク・レジスタの所定の位置に0が書き込まれると、割 LTC4099の安全タイマのデフォルト値は4時間です。 り込みの発生は禁止されます。LTC4099のこのレジスタの起 動状態はオールゼロで、I2Cポートを介した明確な要求がない 表5. 安全タイマのデコード 限り、割り込みが発生しないことを示しています。 「割り込みの SAFETY TIMER SETTINGS 発生」 を参照してください。 TIMER2 0 0 0 0 1 1 1 1 TIMER1 0 0 1 1 0 0 1 1 TIMER0 0 1 0 1 0 1 0 1 TIMEOUT 4 Hours* 5 Hours 6 Hours 7 Hours 8 Hours 1 Hour 2 Hours 3 Hours *デフォルト設定値 DISABLE_CHARGERビットを使用し、必要に応じてバッテリ を充電させないようにすることができます。 このビットは、 バッテ リ・チャージャがバッテリ電圧を上昇させるのを阻止する可能 性があるので、注意して使用する必要があります。I2Cポートの アドレス指定機能がない場合、I2Cポートをクリアしてデフォル ト状態にし、充電を再イネーブルするには、DVCCを低電圧に するしかありません。 ENABLE_BATTERY_CONDITIONERビットは、 バッテリ電圧 と温度が同時に高くなった場合に、 自動バッテリ負荷回路をイ ネーブルします。 「過温度バッテリ調整器」 を参照してください。 V FLOAT = 4.2Vビットは、LTC4099のバッテリ・チャージャの 最終フロート電圧を制御します。 この位置のビットが1になる と、チャージャのフロート電圧は4.100Vのデフォルト値から 4.200Vの高いレベルに変化します。 出力データ LTC4099からは1つのステータス・バイトを読み出すことができ ます。 ステータス・バイト情報を表6に示します。任意のビット位 置で1が読み出されると、 その状態が真であることを示します。 た とえば、 ビット7とビット2から1が読み出されると、 VBUSに電力が 供給されていて、 バッテリ・チャージャのサーミスタがバッテリの 低温度状態によって充電を停止していることを示します。 表6. LTC4099のステータス・データ・バイト READ BYTE Bit 7 (MSB) Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 (LSB) STATUS REGISTER USBGOOD WALLGOOD BADCELL THERMAL REG NTC1 See Table 7 NTC0 CHRGR1 See Table 8 CHRGR0 ステータス・バイトのビット7はV BUSへの電力供給の有無を 示します。 このステータス・ビットを決定する判断基準はVBUS の低電圧ロックアウト回路から導かれ、電気的パラメータ VUVLOおよびVDUVLOによって求められます。 ビット6はWALLピンに印加される電圧の有無を示し、WALL 低電圧ロックアウト回路から導かれます。VBUSピンと同様、 こ のピンには、電気的パラメータVWALLによって求められる絶対 電圧検出レベルと、ΔVWALLで求められるBATを基準にしたレ ベルのどちらも備わっています。 どちらの状態もビット6に対応 してWALLへの電力供給の有無を示す必要があります。 TREG = 85℃の制御ビットは、LTC4099のバッテリ・チャージャ の接合部サーマル・レギュレーション温度を105℃のデフォ ルト値から85℃の低い設定値に変化させます。 これは、熱的 な損傷が大きいシステムの熱の低減に使用できます。通常、 LTC4099の高効率充電システムでは、接合部温度を十分に低 ビット5は、 チャージャが充電を行おうとしていたときに、バッ く保って接合部のサーマル・レギュレーションを防ぎます。 テリが約2.85Vのプリチャージ・スレッショルド・レベルを0.5 時間以上下回っていたことを示します。 これが生じた場合、通 サブアドレス0x02にある入力データの3つ目かつ最後のバイト 常、不良セルに起因しています。 ただし、場合によっては、不良 はマスク・レジスタです。 マスク・レジスタは、 どのステータス変 セル表示はバッテリ充電よりもシステム負荷が優先されるこ 化のイベントまたはカテゴリーによって割り込みを発生するか とに起因することもあります。 システム・ソフトウェアで、 システ を決めます。 マスク・レジスタの所定の位置に1が書き込まれる ム負荷の低減とI2Cを介したバッテリ・チャージャのリスタート 4099fd 24 LTC4099 動作 （ディスエーブル後にイネーブル） を強制することにより、 これを テストすることができます。不良セル表示に戻ると、 そのセルは 最終的に不良になります。 ビット4は、LTC4099の過度の接合部温度により、バッテリ・ チャージャがサーマル・レギュレーション状態であることを示 します。I2Cで設定可能な、85℃と105℃に制御する2つの接合 部温度の設定値が得られることを思い出してください。 ビット 4は、 どちらの設定値が選択された場合でもサーマル・レギュ レーションが生じていることを示します。 ビット3とビット2は、 サーミスタ測定回路のステータスを示し、 表7のとおりにデコードされます。BATTERY TOO COLD状 態とBATTERY TOO HOT状態は、 サーミスタ温度が範囲外 （「曲線2」 のサーミスタの場合、0℃以下または45℃以上） であ ることと、有効温度に戻るまで充電が停止されていることを示 します。BATTERY OVERTEMPERATURE状態は、 バッテリの サーミスタが臨界温度（「曲線2」 のサーミスタの場合、60℃以 上） に達していることと、 この状態が続いた場合に長期のバッ テリ容量に大きな支障をきたす可能性があることを示します。 表7. NTC1、NTC0のデコード NTC1 0 0 1 1 THERMISTOR STATUS BIT DECODE NTC0 THERMISTOR STATUS 0 NO NTC FAULT 1 BATTERY TOO COLD 0 BATTERY TOO HOT 1 BATTERY OVERTEMPERATURE 表8. CHRGR1、CHRGR0のデコード CHRGR1 0 0 1 1 BATTERY CHARGER STATUS BIT DECODE CHRGR0 CHARGER STATUS 0 CHARGER OFF 1 CONSTANT-CURRENT 0 CONSTANT V, IBAT > C/x 1 CONSTANT V, IBAT < C/x ビット1とビット0は、 バッテリ・チャージャのステータスを示し、 表8のとおりに4つの可能なバッテリ・チャージャ状態の1つに デコードされます。CONSTANT-CURRENT状態は、 バッテリ・ チャージャが設定された定電流レベルまで使用可能なすべ ての電流で充電を行おうとしていることと、 バッテリがフロート 電圧に達していないことを示します。CONSTANT V, IBAT > C/ xビットは、バッテリ・チャージャが充電のフロート電圧フェー ズ （BATが4.1Vまたは4.2V） になったものの、充電電流は設定 されたC/x検出レベルを上回ったままであることを示します。 CONSTANT V, IBAT<C/xビットは、 バッテリ充電電流が設定 されたC/x検出レベルを下回っていることと、充電が実質的に 完了していることを示します。電流制限されたUSB準拠のス イッチング・レギュレータが入力電流レギュレーション状態の ときは、実際のバッテリ充電電流が、十分な電力が得られな いことによってC/xを下回ることがあることに注意してください。 LTC4099が入力電流制限状態の時には、充電ステータス・ ビットは充電が完了したことを示す状態1-1をロックアウト （無 効） とします。 この機能により、 バッテリ・チャージャへの電力が 不足していることによるフル充電の誤表示が防止されます。 LTC4099からのステータス読み出しは2つの方法のうちの1 つで捕捉されます。割り込みが現在保留中の場合、得られる データは割り込みが発生したときのLTC4099の状態を示しま す。割り込みが保留中でない場合、LTC4099が読み出しアドレ スにアクノリッジを返したときにデータが捕捉されます。割り込 みが保留中の場合、 ステータス情報の2回の連続した読み出 しを行い、最初のセットを破棄することによって新規のデータ を確保できます。 シャットダウン・モード USBスイッチング･レギュレータはV BUS がV UVLOを上回 り、BATをV DUVLO 以上上回るたびにイネーブルされるの で、LTC4099が2つのUSBサスペンド・モード （500μAまたは 2.5mA）のいずれかになることはありません。USB（V BUS ） と WALL入力の両方から電力が供給される場合には、補助 （WALL）入力が優先されてUSBスイッチング･レギュレータが ディスエーブルされます。 V BUSまたはWALLで電力が検出されるたびに、バッテリ・ チャージャは充電サイクルを開始します。 バッテリ・チャージャ 2 はI Cポートからのコマンドによるか、 または充電サイクル後の 通常終了によってのみシャットダウンさせることができます。 理想ダイオードは常にイネーブルされていて、 ディスエーブルす ることはできません。 4099fd 25 LTC4099 アプリケーション情報 CLPROG抵抗とコンデンサ 「入力電流が制限されるBat-Track降圧スイッチング･レギュ レータ」 で説明したように、CLPROGピンの抵抗によって電流 制限モードのそれぞれの平均入力電流制限が決定されます。 入力電流は、V OUTへの電力供給に使用される電流とスイッ チング･レギュレータの消費電流の2つの成分から構成されま す。USB仕様に確実に準拠させるため、入力電流の両方の成 分を考慮する必要があります。 「電気的特性」 の表で、 すべて の設定値の消費電流の標準値と電流制限の設定精度が規 定されています。500mAや100mAの規格値にできるだけ近い 値を得るには、高精度抵抗を使用する必要があります。 スイッチング･レギュレータが平均入力電流を決定できるよう に、抵抗と並列に平均化コンデンサを接続する必要がありま す。 また、電流制限に達したときに、 このコンデンサによって帰 還ループの支配的ポールが得られます。安定性を確保するた め、CLPROGのコンデンサは0.1μF以上でなければなりませ ん。 インダクタの選択 PoowerPathスイッチング･レギュレータの入力電圧範囲と出力 電圧範囲はどちらも非常に狭いので、LTC4099は3.3μHという 特定のインダクタンス値に設計されています。 このアプリケー ションに適したインダクタのいくつかを表9に示します。 表9. LTC4099の推奨インダクタ INDUCTOR TYPE MAX L IDC (µH) (A) MAX DCR (Ω) LPS4018 3.3 2.2 0.08 D53LC DB318C 3.3 3.3 2.26 0.034 5×5×3 Toko 1.55 0.070 3.8 × 3.8 × 1.8 www.toko.com WE-TPC Type M1 3.3 1.95 0.065 4.8 × 4.8 × 1.8 Würth Elektronik www.we-online.com CDRH6D12 CDRH6D38 3.3 3.3 2.2 3.5 SIZE IN mm (L × W × H) MANUFACTURER 3.9 × 3.9 × 1.7 Coilcraft www.coilcraft.com 0.063 6.7 × 6.7 × 1.5 Sumida 0.020 7×7×4 www.sumida.com VBUSとVOUTのバイパス・コンデンサ LTC4099と一緒に使用されるコンデンサの種類と容量によっ て、 レギュレータ制御ループの安定性、入力電圧リップルな ど、 いくつかの重要なパラメータが決まります。LTC4099では、 VBUSからVOUTの間に降圧スイッチング電源を使用している ので、入力電流の波形には高周波成分が含まれています。 VBUSのバイパスには、 等価直列抵抗 （ESR） が小さい積層セラ ミック･コンデンサを使用することを強く推奨します。 タンタル・ コンデンサやアルミ・コンデンサはESRが大きいので推奨でき ません。V BUSのコンデンサの値によって、所定の負荷電流に 対する入力リップルの大きさが直接制御されます。 このコンデ ンサのサイズを大きくすると、入力リップルが小さくなります。 USB仕様では、USB電源バスの両端に最大10μFを直接接続 することができます。VBUSの保護に過電圧保護回路を使用し ている場合、 そのソフトスタート特性を活用することが可能で、 必要に応じて大きなVBUSコンデンサを使用することができま す。 過渡負荷時に大きなVOUT電圧ステップが発生しないように、 セラミック･コンデンサを使用してVOUTをバイパスすることも 推奨します。 出力コンデンサはスイッチング･レギュレータの補 償に使用されます。VOUTにはESRが小さい10μF以上のコンデ ンサが必要です。 さらに容量を増やすと負荷過渡性能と安定 性が改善されます。 積層セラミック・チップ・コンデンサ （MLCC） は、一般に非常に すぐれたESR特性を備えています。MLCCは密なボード・レイ アウトと切れ目のないグランド・プレーンと組み合わせることに よって、非常に良好な性能と低EMI放射を実現します。 セラミック･コンデンサは数種類が入手可能で、 それぞれかな り異なった特性を持っています。 たとえば、X7Rセラミック･コ ンデンサは電圧と温度の安定性が最良です。X5Rセラミック･ コンデンサはあきらかに高密度にパッキングされていますが、 定格電圧および定格温度の全範囲にわたって性能が劣って います。Y5Vセラミック･コンデンサはパッキング密度が最高 4099fd 26 LTC4099 アプリケーション情報 ですが、容量対電圧の特性が極端に非直線的なので、注意 して使用する必要があります。セラミック･コンデンサの実際 の回路内の容量は、回路内で予測される小さなAC信号とDC バイアスを使用して測定する必要があります。販売元の多くは 1VRMSのACテスト信号を使用して容量対電圧を規定してい るので、 アプリケーションで示されるコンデンサの容量が過大 になります。 アプリケーションと同じ動作条件を使用するには、 選択したコンデンサがアプリケーションで必要な最小容量を 満たしているかどうかを確認するため、 ユーザーは容量を測定 するか販売元に実際の容量を問い合わせる必要があります。 バッテリ・チャージャの過大設定 USBの高電力仕様では、USBポートから最大2.5Wを供給す ることができます。LTC4099のスイッチング・レギュレータは、 電力をCLPROGで設定した値以下に制限しながら、V OUT の電圧をBATの電圧を少しだけ上回るレベルに制御します。 チャージャはUSB仕様にかかわらず、最大安全充電電流を供 給するように、PROGピンを使用して設定する必要があります。 設定された速度でバッテリを充電するのに使用できる電流 が不足していると、 チャージャはVOUTのシステム負荷および V BUS電流制限の条件を満たすまで充電電流を低減します。 チャージャの電流を使用可能な大きさ以上に設定しても、平 均入力電流制限に違反することはありません。 これによって、 バッテリ・チャージャがすべての使用可能な電力を使ってで きるだけ即座にバッテリを充電することが可能になるだけで、 チャージャ内での電力損失は最小限に抑えられます。 過電圧保護 図5に示すように、 いくつかの部品を追加してV BUSとWALL のどちらも過電圧による損傷から保護することが可能です。 ショットキー・ダイオードD1およびD2は、V1とV2の高い方を R1とOVSENSに伝えます。V1とV2のいずれかが、6Vにショッ トキー・ダイオードの順方向電圧を加えた電圧を上回ると、 OVGATEがGNDに引き下げられてWALL入力とUSB入力の どちらも保護されます。各入力は、M1とM2のドレイン-ソース 間ブレークダウン電圧（BVDSS） まで保護されます。 過電圧時にOVSENSピンは6Vにクランプされます。外付けの 6.2k抵抗は発生する電力を適切に放散するサイズにする必要 があります。 たとえば、1/8Wの6.2k抵抗の両端に印加できる電 圧は最大で 1/8W 6.2k = 28Vです。OVSENSが6Vの場合、 この抵抗が耐えられる最大過電圧の大きさは34Vです。1/4W の6.2k抵抗ではこの値は45Vに上昇します。OVSENSの10mA の絶対最大電流定格によって保護の上限が68Vになります。 表10. 過電圧保護回路の推奨NMOS FET NMOS FET FDN3725 Si2302ADS NTLJS4114 IRLML2502 RON 50mΩ 70mΩ 40mΩ 35mΩ PACKAGE SOT-23 SOT-23 2mm × 2mm DFN SOT-23 OVGATEのチャージポンプ出力のドライブ能力は限られてい ます。動作に悪影響を与えることがあるので、 このピンのリーク 電流を防ぐように注意する必要があります。 M1 V1 BVDSS 30V 20V 30V 20V WALL OVGATE LTC4099 V2 D2 D1 M2 VBUS C1 GND R1 OVSENS 4099 F05 図5. デュアル過電圧保護 4099fd 27 LTC4099 アプリケーション情報 逆電圧保護 図6に示すように、LTC4099は逆電圧の印加に対しても容易に 保護することができます。D1とR1は、正の過電圧が生じている ときにMP1から見た最大VGSを制限するのに必要になります。 D1のブレークダウン電圧はMP1のBVGSを確実に下回る必要 があります。図6に示す回路は、MN1のBVDSSまでの順方向電 圧保護とMP1のBVDSSまでの逆電圧保護を行います。 USB/WALL ADAPTER MP1 MN1 D1 VBUS POSITIVE PROTECTION UP TO BVDSS OF MN1 VBUS NEGATIVE PROTECTION UP TO BVDSS OF MP1 R25 = 25℃でのサーミスタの値 RHOT = 高温トリップ・ポイントでのサーミスタの値 C1 R2 以下の説明では次の表記を使用します。 RCOLD = 低温トリップ・ポイントでのサーミスタの値 VBUS LTC4099 R1 NTCサーミスタには、抵抗-温度変換表で示される温度特 性があります。次の例で使用されるVishay-Daleのサーミスタ NTHS0603N02N1002-FFは、公称値が10kで、Vishayの 「曲線 2」 の抵抗-温度特性に従います。 OVGATE OVSENS 4099 F06 図6. 両極性の電圧保護 TCサーミスタの代替とバイアス LTC4099は、片側が接地されたサーミスタおよびバイアス抵 抗をNTCに接続すると、温度規定充電を行います。Vishayの 「曲線2」のサーミスタを使用した場合、サーミスタ （R25）の 室温の抵抗値に等しいバイアス抵抗を使用することにより、上 側と下側の温度がそれぞれ約45℃と0℃にあらかじめ設定さ れます。 上側と下側の温度スレッショルドはバイアス抵抗の値を変え るか、 または2つ目の調整抵抗を回路に追加することによって 調整できます。 バイアス抵抗だけを調整すると、上側か下側の いずれかのスレッショルドを変更できますが、両方を変更する ことはできません。他方のトリップ・ポイントはサーミスタの特 性によって決定されます。調整抵抗に加えてバイアス抵抗を 使用すると、上側と下側の温度スレッショルドの差を大きくし なければならないという制約はありますが、上側と下側の温 度のトリップ・ポイントを個別に設定できます。 それぞれの手法 の例を以下に示します。 αCOLD = RCOLDとR25の比率 αHOT = RHOTとR25の比率 RNOM = サーミスタの初期バイアス抵抗（図7を参照） R1 = オプションの温度範囲調整抵抗（図8を参照） LTC4099の温度条件のトリップ・ポイントは、高温スレッショ ルドでは0.326 • NTCBIASに、低温スレッショルドでは0.738 • NTCBIASに内部設定されます。 したがって、 高温トリップ・ポイントは次の場合に設定されます。 RHOT • NTCBIAS = 0.326 • NTCBIAS RNOM + RHOT また低温トリップ・ポイントは次の場合に設定されます。 RCOLD • NTCBIAS = 0.738 • NTCBIAS RNOM + RCOLD これらの式を解いてRCOLDとRHOTを求めると次のようになり ます。 RHOT = 0.4839 • RNOM そして RCOLD = 2.816 • RNOM R NOMをR25に等しい値に設定すると、上の式からα HOT = 0.4839およびα COLD = 2.816になります。 これらの比率を Vishayの 「抵抗-温度曲線2」 のグラフに当てはめると、約45℃ の高温トリップ・ポイントおよび約0℃の低温トリップ・ポイント が得られます。高温トリップ・ポイントと低温トリップ・ポイント の差は約45℃です。 4099fd 28 LTC4099 アプリケーション情報 R25と値の異なるバイアス抵抗（R NOM ） を使用することによ り、高温トリップ・ポイントおよび低温トリップ・ポイントはいず れかの方向に移動させることができます。温度スパンはサーミ スタの非直線的な動作によってある程度変化します。次の式 を使用してバイアス抵抗の新たな値を容易に算出できます。 RNOM = αHOT • R25 0.4839 RNOM = α COLD • R25 2.816 なることに注目してください。 これは、絶対温度が上昇するに 従ってサーミスタの温度利得が低下するからです。 図8に示すように、 バイアス抵抗を追加することによって、上側 と下側の温度トリップ・ポイントを個別に設定できます。次の 式を使用してRNOMおよびR1の値を算出することができます。 α COLD – αHOT • R25 2.332 RNOM = R1= 0.4839 • RNOM – αHOT • R25 ここで、αHOTおよびαCOLDは所期の高温トリップ・ポイントお よび低温トリップ・ポイントでの抵抗の比率です。 これらの式 には相関がある点に注目してください。 したがって、2つのト リップ・ポイントの一方だけを選択することが可能で、他方は LTC4099で設計されたデフォルトの比率によって決定されま す。50℃の高温トリップ・ポイントが必要な場合の例について 検討します。 たとえば、 トリップ・ポイントを0℃と50℃に設定するには、 Vishayの 「曲線2」 のサーミスタを次のように選択します。 Vishayの 「曲線2」 のR-T特性から、50℃でのαHOTは0.4086に なります。前述の式を使用するときは、RNOMを8.45kに設定し ます。 このRNOMの値では、αCOLDは2.380で低温トリップ・ポイ ントは約4℃になります。 スパンは前述の45℃ではなく46℃に 最も近い1%値は845Ωです。最終的な回路は図8に示されてお り、上側のトリップ・ポイントは50℃、 また下側のトリップ・ポイ ントは0℃になります。 NTCBIAS 0.738 • NTCBIAS RNOM 10k R1 = 0.4839 • 10.2k−0.4086 • 10k = 0.850k NTCBIAS – 0.738 • NTCBIAS RNOM 10.2k RNTC 10k 0.326 • NTCBIAS + 2 R1 845Ω – TOO_HOT – 0.326 • NTCBIAS + T RNTC 10k TOO_HOT + + + 0.228 • NTCBIAS – TOO_COLD NTC + 2 LTC4099 NTC BLOCK 3 TOO_COLD NTC T 最も近い1%値は10.2kです。 LTC4099 NTC BLOCK 3 2.816 – 0.4086 • 10k = 10.32k 2.332 RNOM = OVERTEMP – 0.228 • NTCBIAS OVERTEMP – 4099 F08 4099 F07 図7. 標準NTCの構成 図8. 改良型NTCの構成 4099fd 29 LTC4099 アプリケーション情報 USBの突入制限 LTC4099を実験用電源に接続するとき、V BUSの電圧オー バーシュートが観測されることがあります。このオーバー シュートは電源からVBUSまでの長いリードによるものです。電 源からVBUSまでのワイヤを寄り合わせると、 これらの長いリー ドの寄生インダクタンスを大幅に低減できるので、VBUSの電 圧が安全なレベルに保たれます。USBケーブルは一般に電源 リードと近接するように製造されているので、寄生インダクタ ンスがかなり小さくなります。 ボード･レイアウトの検討事項 LTC4099のパッケージ裏面の露出パッドは、PCボードのグ ランドにしっかりと半田付けする必要があります。 これはパッ ケージの主グランド・ピンで、 制御回路と同期整流器の両方の リターン・パスの役割を果たします。 さらに、高周波のスイッチング回路を搭載しているので、入力コ ンデンサ、 インダクタ、 および出力コンデンサをLTC4099にでき るだけ近づけて配置し、LTC4099およびすべての外付け高周 波部品の下を切れ目のないグランド・プレーンにしなければ なりません。LTC4099の入力電流のような高周波電流は、基 板上面の入力経路の直下のミラー・パスに沿ってグランド・プ レーン上を流れる傾向があります。 グランド・プレーンにその 層の別のトレースによるスリットつまり切れ込みがあると、電 流はスリットの周囲に沿って流れるように強制されます。高周 波電流を自然な最小面積の経路を通して還流させることがで きないと、過度の電圧が生じて電磁放射が起きます （図9を参 照）。 グランド・ピン （露出パッド） の裏面の真下に一群のビア を配置し、 内部のグランド・プレーンに直接接続する必要があ ります。寄生インダクタンスを最小限に抑えるため、 グランド・ プレーンはPCボードのトップ・プレーンにできるだけ近づける 必要があります （第2層）。 外付け理想ダイオード・コントローラ用のIDGATEピンは、 ドラ イブ電流が非常に制限されています。隣接するPCボードのト レースへのリークを最小限に抑える配慮が必要です。 このピ ンから100nAがリークすると、理想ダイオードに約10mVのオ フセットが追加されます。 リークを最小限に抑えるために、 この トレースはPCボード上でVOUTに接続されたメタルで囲むこと によってガードすることができ、一般にIDGATE電圧より1ボル ト以上高くならないようにする必要があります。 バッテリ・チャージャの安定性に関する検討事項 LTC4099のバッテリ・チャージャは、定電圧および定電流の制 御ループを備えています。定電圧のループは、 バッテリが低イ ンピーダンスのリードで接続されているときは補償がなくても 安定しています。 ただし、 リードが長すぎると、大きな直列イン ダクタンスが加わり、BATからGNDに少なくとも1μFのバイパ ス・コンデンサが必要になることがあります。 4099 F09 図9. 高周波グランド電流はその入力経路に沿って 流れる。 グランド・プレーンの切れ込みによって 高電圧が生じ、電磁放射が増加する。 4099fd 30 LTC4099 アプリケーション情報 大容量の低ESR積層セラミック・チップ・コンデンサでは定電 圧のループの位相マージンが低減されるので、不安定になる 可能性があります。最大100μFのセラミック・コンデンサをバッ テリと並列に接続できますが、 コンデンサの容量が大きい場 合には0.2Ω∼1Ωの直列抵抗を使用してデカップリングする必 要があります。 定電流モードでは、バッテリ電圧ではなくPROGピンが帰還 ループを構成します。PROGピンがある程度の容量を持つこと によって追加のポールが生じるので、 このピンの容量は最小限 に抑える必要があります。PROGピンに容量が追加されなけれ ば、 チャージャは設定抵抗値が25kまで安定します。 ただし、 こ のノードの容量が増えると最大許容設定抵抗が小さくなりま す。PROGピンのポール周波数は100kHz以上に保つ必要があ ります。 したがって、PROGピンに寄生容量（CPROG）がある場 合、次式を使用してRPROGの最大抵抗値を算出します。 さらに、BATからGNDに0.3Ωの抵抗と直列に接続した100μF のMLCC、 または100μFのOS-CONコンデンサを接続し、バッ テリが取り外されたときの発振を防止する必要があります。 RPROG ≤ 1 2π • 100kHz • CPROG 標準的応用例 過電圧保護、逆電圧保護およびバッテリ低下時起動機能を備えた 高効率USB/車載バッテリ・チャージャ M1 AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. 1 C1 4.7µF 50V D1 R1 USB D3 M3 13 C3 22µF 0805 1 M2 R4 6.2k TO µC 20 3 15-17 8 TO µC 3 M1, M2, M4: Si2333DS M3: NTLJS4114N R5 100k R6 T 100k 8 BOOST SW VIN C2 0.1µF 10V L1 4.7µH D2 4 R2 27.4k R3 7 2 LT3653 ILIM GND VC 9 3 ISENSE VOUT HVOK 2 5 4 VBUS VC WALL 18 14 SYSTEM LOAD ACPR SW VOUT OVSENS IDGATE I 5 L2 3.3µH OVGATE 2C 6 BAT LTC4099 12 10 M4 11 IRQ C5 22µF 0805 NTCBIAS NTC CLPROG C4 0.1µF 0603 PROG GND BATSENS 19 7 R7 3.01k R8 1.02k 9, 21 6 Li-Ion + 4099 TA02 4099fd 31 LTC4099 標準的応用例 デュアル過電圧保護、逆電圧保護およびバッテリ低下時起動機能を 備えたUSB/ACアダプタ・バッテリ・チャージャ M1 5V WALL ADAPTER M3 C1 2.2µF 0603 D3 R1 M5 R2 L1 3.3µH D4 1 13 USB M2 C2 22µF 0805 M4 D2 D1 R3 6.2k I C SYSTEM LOAD BAT LTC4099 12 10 M6 11 IRQ 3 R4 100k 14 ACPR SW IDGATE 2 8 M1, M2, M5, M6: Si2333DS M3, M4: NTLJS4114N 18 WALL OVSENSE 15-17 TO µC 5 OVGATE VOUT 20 3 TO µC VBUS C4 22µF 0805 NTCBIAS 2 NTC R5 T 100k CLPROG C3 0.1µF 0603 PROG GND BATSENS 19 7 R6 3.01k R7 1.02k 9, 21 6 Li-Ion + 4099 TA03 高電圧入力と低電圧入力を備えた部品点数の少ないパワーマネージャ AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. 1 C1 4.7µF 50V TO µC C3 10µF 0805 GND VC 9 3 1 20 L1 4.7µH ISENSE 5 VOUT HVOK L2 3.3µH 2 5 4 VC VBUS 6 18 WALL 14 ACPR 8 3 R2 100k R3 100k 2 SYSTEM LOAD SW OVGATE OVSENS VOUT IDGATE 15-17 TO µC M1: Si2333DS LT3653 ILIM 13 3 8 BOOST SW VIN C2 0.1µF 10V D1 4 R1 27.4k USB WALL ADAPTER 7 2C I BAT LTC4099 12 10 M1 11 IRQ C5 22µF 0805 NTCBIAS NTC CLPROG C4 0.1µF 0603 PROG GND BATSENS 19 7 R4 3.01k R5 1.02k 9, 21 6 Li-Ion + 4099 TA05 4099fd 32 LTC4099 標準的応用例 車載入力からの2Aに対応するUSB/車載スイッチング・バッテリ・チャージャ 4 AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. C1 4.7µF C2 50V 68nF R1 150k 5 R2 40.2k 10 C3 0.47µF 50V L1 10µH 2 VIN BOOST 3 SW RT PG VC 7 11 8 FB SYNC BD GND 9 R3 R4 499k 100k D1 LT3480 RUN/SS 1 C4 22µF 6 M2 L2 3.3µH M1 USB WALL ADAPTER 13 C5 22µF 0805 1 R5 6.2k TO µC 20 3 15-17 8 TO µC 3 M1: NTLJS4114N M2, M3: Si2333DS R6 100k R7 T 100k 2 4 VBUS 5 18 VC WALL OVGATE VOUT OVSENS IDGATE I2C C7 22µF 0805 14 ACPR SW BAT LTC4099 12 SYSTEM LOAD M3 10 11 IRQ NTCBIAS NTC CLPROG C6 0.1µF 0603 PROG GND BATSENS 19 7 R8 3.01k R9 1.02k 9, 21 6 Li-Ion + 4099 TA04 4099fd 33 LTC4099 パッケージ UDCパッケージ 20ピン・プラスチックQFN （3mm 4mm） （Reference LTC DWG # 05-08-1742 Rev Ø） 0.70 ±0.05 3.50 ± 0.05 2.10 ± 0.05 2.65 ± 0.05 1.50 REF 1.65 ± 0.05 パッケージの 外形 0.25 ±0.05 0.50 BSC 2.50 REF 3.10 ± 0.05 4.50 ± 0.05 推奨する半田パッドのピッチと寸法 半田付けされない領域には半田マスクを使用する 3.00 ± 0.10 0.75 ± 0.05 R = 0.05 TYP 1.50 REF 19 ピン1のノッチ R = 0.20または 0.25 45 の面取り 20 0.40 ± 0.10 1 ピン1の トップマーキング （NOTE 6） 4.00 ± 0.10 2 2.50 REF 2.65 ± 0.10 1.65 ± 0.10 (UDC20) QFN 1106 REV Ø 0.200 REF 0.00 – 0.05 R = 0.115 TYP 0.25 ± 0.05 0.50 BSC 底面図̶露出パッド NOTE： 1. 図はJEDECパッケージ外形ではない 2. 図は実寸とは異なる 3. 全ての寸法はミリメートル 4. パッケージ底面の露出パッドの寸法にはモールドのバリを含まない モールドのバリは(もしあれば)各サイドで0.15mmを超えないこと 5. 露出パッドは半田メッキとする 6. 網掛けの部分はパッケージの上面と底面のピン1の位置の参考に過ぎない 4099fd 34 LTC4099 改訂履歴 （Rev Cよりスタート） REV 日付 修正内容 C 10/09 「特長」 の文章変更 「概要」 の文章変更 「ピン配置」 にUDCパッケージの情報を追加 「発注情報」 に追加 「動作」 の文章変更 UDCパッケージ図を追加 D 03/10 「特長」 と 「概要」 の変更 「ピン配置」 と 「パッケージ」 からPDCパッケージを削除 「発注情報」LTC4099EPDCの廃止指定 「電気的特性」 を変更 頁番号 1 1 2 2 16 36 1 2、34 2 3、4 4099fd リニアテクノロジー・コーポレーションがここで提供する情報は正確かつ信頼できるものと考えておりますが、その使用に関する責務は一切負い ません。また、ここに記載された回路結線と既存特許とのいかなる関連についても一切関知いたしません。なお、日本語の資料はあくまでも参考資 料です。訂正、変更、改版に追従していない場合があります。最終的な確認は必ず最新の英語版データシートでお願いいたします。 35 LTC4099 標準的応用例 過電圧保護およびバッテリ低下時起動機能を備えた高効率USB/車載バッテリ・チャージャ 1 AUTOMOTIVE, FIREWIRE, ETC. C1 4.7µF 50V 13 C3 22µF 0805 1 R2 6.2k 20 3 15-17 8 TO µC 3 R3 100k M1: NTLJS4114N M2: Si2333DS LT3653 ILIM GND VC T L1 4.7µH 9 3 2 R4 100k VBUS VOUT 2 5 VC WALL 5 L2 3.3µH 18 14 SYSTEM LOAD ACPR SW OVGATE VOUT OVSENS IDGATE I2C 6 ISENSE HVOK 4 M1 TO µC 8 BOOST SW VIN C2 0.1µF 10V D2 4 R1 27.4k USB 7 BAT LTC4099 12 10 M2 11 IRQ C5 22µF 0805 NTCBIAS NTC CLPROG C4 0.1µF 0603 PROG GND BATSENS 19 7 R5 3.01k R6 1.02k 9, 21 6 Li-Ion + 4099 TA06 関連製品 製品番号 説明 LTC3576/ LTC3576-1 USB On-The-Go付きスイッチング･ パワーマネージャとトリプル降圧 DC/DCコンバータ LTC4088 高効率USBパワーマネージャ およびバッテリ・チャージャ LTC4090/ LTC4090-5 理想ダイオード・コントローラ および高効率リチウムイオン・バッテリ・ チャージャ付き高電圧USB パワーマネージャ 6V∼38V (最大60V)入力の高効率1.2Aチャージャが、USBポートから1セル・リチウムイオン・ バッテリを直接充電、 サーマル・レギュレーション、<50mΩオプション付き200mΩ 理想ダイオード、Bat-Track適応出力制御、LTC4090-5はBat-Track機能なし、 3mm 6mm DFN-22パッケージ 出力電圧が安定化される高効率USB パワーマネージャおよびバッテリ･ チャージャ USBポートから使用可能な電力を最大化、Bat-Track、瞬時オン動作、充電電流：最大1.5A、 < 50mΩオプション付き180mΩ理想ダイオード、充電電流の自動的な低減により、最小3.6Vの VOUTを維持、3mm 4mm UTQFN-20パッケージ LTC3555/ リチウムイオン/ポリマー・チャージャ付き LTC3555-1/ スイッチングUSBパワーマネージャ、 LTC3555-3 トリプル同期整流式降圧コンバータ、 LDO LTC4095 LTC4098 LTC4413 注釈 完全な多機能PMIC：スイッチモード・パワーマネージャ＋3個の降圧レギュレータ＋LDO、 ACアダプタ入力からの充電電流をプログラム可能：最大1.5A、同期整流式降圧 コンバータの効率：>95%、可変出力：400mA/400mA/1Aで0.8V∼3.6V、 Bat-Track適応出力制御、200mΩ理想ダイオード、4mm 5mmのQFN-28パッケージ 完全な多機能PMIC：双方向スイッチング・パワーマネージャ＋3個の降圧レギュレータ＋LDO、 400mA/400mA/1Aで最小0.8Vまでの可変出力、過電圧保護、USB On-The-Go、ACアダプタ 入力からの充電電流をプログラム可能：最大1.5A、 サーマル・レギュレーション、I2C、 高電圧Bat-Track降圧インタフェース、180mΩ理想ダイオード、4mm 6mm QFN-38パッケージ USBポートから利用可能な電力を最大化、Bat-Track、瞬時オン動作、充電電流：最大1.5A、 <50mΩオプション付き180mΩ理想ダイオード、3.3V/25mA常時オンLDO、3mm 4mmの DFNパッケージ スタンドアロンUSBリチウムイオン/ ポリマー・バッテリ・チャージャ デュアル理想ダイオード 充電電流：950mA、 タイマ終了＋C/10検出出力、 0.6%精度の4.2Vのフロート電圧、 4つのCHRGピン・インジケータ状態、2mm 2mm DFN パッケージ OR接続ダイオードに代わる低損失デバイス、3mm 3mm DFNパッケージ 4099fd 36 リニアテクノロジー株式会社 〒102-0094 東京都千代田区紀尾井町3-6紀尾井町パークビル8F TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp ● ● LT 0310 REV C • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2008