大電流ポータブル電子機器向けバッテリ・チャージャ・ソリューション USB 入力とACアダプタ入力を多重化した、 リチウムイオン/LiFePO4 バッテリ向け 3.5Aチャージャ デザインノート496 George H. Barbehenn はじめに ルチプレクサは、優先入力選択機能および各チャンネルで独 した入力電流制限を備えています。 LTC 4155 および LTC4156 は、2 入力を多重化したバッ テリ・チャージャで、PowerPath™ 制 御を備えています。 I2C によるプログラミングが可能で、タブレット PC や大電 力密度アプリケーションなどのシステムに向けた USB OnThe-Go を特長にしています。LTC4155 のフロート電圧 (VFLOAT) の範囲はリチウムイオン・バッテリ向けに最適化 されており、LTC4156 はリチウム燐酸鉄 (LiFePO4) バッ テリ向けに最適化されています。4A までのシステム負荷を サポートし、バッテリ充電電流は最大 3.5A です。I2C は広 範囲の機能を制御し、USB On-The-Go 機能は USB コ ネクタの ID ピンから直接制御されます。 ® アプリケーションには、大 電 流 AC アダプタ入 力または USB 入力から充電可能な、大容量リチウムイオン・バッテリ または LiFePO4 バッテリを搭載した機器 ( タブレット PC な ど ) があります。標準的応用回路を図 1 に示し、その効率 を図 2 に示します。 こ の 2 入 力 マ ル チプレクサ を 実 現 するに は、 安 価 で RDS(ON) が低い N チャネル MOSFET を使うことができま す。これらの MOSFET は過電圧保護 (OVP) も提供し、 必要に応じてバックドライブ・ブロックや逆電圧保護 (RVP) も行えます。バックドライブ・ブロックは、AC アダプタ入力 の電圧が USB をバックドライブすること ( またはその逆 ) を 入力マルチプレクサ LTC4155/LTC4156 に内蔵された PowerPath に特有の 特長は、内部チャージポンプによって制御される N チャネル MOSFET だけを使った 2 入力マルチプレクサです。入力マ 7 11 WALLSNS WALLGT SW WALL VOUTSNS USB L1 1µH 21, 22 23, 24, 25 C3 10µF TO µC TO µC CHGSNS 19, 20 8 17 USBGT BATGATE USBSNS 16 BATSNS 14 NTCBIAS 4 ID 3 1, 2, 28 2 I C 3 IRQ 10 OVGCAP CLPROG1 CLPROG2 GND VC 5 L1: COILCRAFT XFL4020-102ME MN1: Si4430BDY MP1: VISHAY Si5481DU-T1-GE3 R3 1.21k 6 29 NTC PROG 12 C1 0.047µF 15 MP1 90.0 EFFICIENCY TO BATTERY 87.5 R5 80k 1.8A LIMIT VBATSNS = 3.7V 1.5 POWER LOST TO VOUT 1.0 0.5 0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 CURRENT (A) DN4GB F02 INCLUDES LOSSES FROM 2× Si7938DP OVP FETS XFL4020-102ME INDUCTOR AND Si5481DU CHARGER FET 0 0.5 1.0 図 2．スイッチング・レギュレータの効率 18 R4 665Ω 図 1．バックドライブ保護なしの、簡単な入力 マルチプレクサを使用した標準的アプリケーション 3.0 2.0 POWER LOST TO BATTERY 82.5 75.0 3.5 2.5 85.0 77.5 DN4GB F01 11/11/496 EFFICIENCY TO VOUT 80.0 9 R1, 3.6k VBUS 4.0 92.5 C2 22µF 13 LTC4155/LTC4156 MN1 95.0 TO SYSTEM LOAD POWER LOST (W) VOUT MN2 26, 27 EFFICIENCY (%) R2, 3.6k 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 はリニアテクノロジー社の商標です。他 の全ての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。 防ぎます。バックドライブ・ブロックは、片方または両方の入 力に対して実装することができます。 逆電圧保護は、保護 される入力に印加された負電圧が下流の回路に達するのを 防ぎます。 デュアル大電流入力アプリケーション ダイオード構成の NPN(Q3 および Q4) は、ダイオードおよ び NPN バイポーラ・トランジスタの B-C 接合を介して入力 から電流を流し、5M 抵抗を介してゲートをプルアップして、 相当するチャンネルの入力に近い MOSFET の過剰な VGS を防ぐ役目をします。これにより、ゲートがソースより 2V 以 上低くなることを防ぎます。 OVP、RVP、およびバックドライブ 保 護を備えた、デュ ア ル 3.5A 入 力 ア プリケ ー ション を 図 3 に 示 しま す。 一方の入力が 6V を超えていても、他方の入力の正常動作 FDMC8030 の MOSFET が、±40V の OVP 保 護 と を妨げることはありません。 RVP 保護を提供します。 AC アダプタまたは USB のどちらかが 0V を下回る入力 AC アダプタまたは USB のどちらかに 0V ～ 6V の入力 図 3 の回路で、どちらかの入力に 0V ～ 6V の入力が存在 するとき、対応するゲート信号は VIN の約 2 倍に上昇して、 2 個の N チャネル MOSFET をイネーブルし、その入力を VBUS に接続します。低電圧ロックアウト (UVLO) は各チャ ンネルで約 4.35V です。 LTC4155/LTC4156 は優先入力ビットを備えており、既定 では AC アダプタになります。両方の入力に有効な電圧が 存在すると、WALLGT だけがアクティブになります。I2C によって優先入力ビットを変更し、両方の入力が存在すると きに USB チャンネルを優先させることもできます。 AC アダプタまたは USB のどちらかに 6V を超える入力 どちらかの入力が 6V を超えると、対応する WALLGT ピン または USBGT ピンが "L" になり、対応する MOSFET を オフし、入力を切断します。 両方の入力が 5V で、優先入 力ビットによってイネーブルされている入力が 6V を超える と、LTC4155/LTC4156 は自動的にシームレスに他方の 入力に切り替わり、VOUT に乱れは生じません。 Q3 Q1 R5 47k USBSNS ピンと WALLSNS ピンは負入力を無視して、こ れらのピンを –VF( 約 –0.6V) にクランプします。負電圧は NPN バイポーラ・トランジスタのベース - エミッタ接合を順 方向にバイアスし、ゲートを入力に短絡して、ゲートがソー スより約 0.5V より上がらないようにします。 一方の入力に負電圧が加わっても、他方の入力の正常動作 を妨げることはありません。 OTG 動作 LTC4155/LTC4156 は、 USB On-The-Go 動作がイネー ブルされていると、USBGT ピンを "H" にドライブして、 VBUS を USB 入力に接続し、最大 500mA を供給できるよ うにします。 まとめ LTC4155/LTC4156 は、複数のシステム電源やバッテリ 充電機能をサポートする必要がある製品向けに、過電圧と 逆電圧に対して保護された、優先入力選択可能なマルチプ レクサを実現します。オプションのバックドライブ・ブロック は、未接続の入力に電圧が現れないようにします。 R1 3.6k R3, 5M TO WALL INPUT WALLSNS WALLGT LTC4155/LTC4156 TO USB INPUT MN1A MN1B MN2A MN2B VBUS R4 5M R2 3.6k Q4 Q2 R6 47k MN1, MN2 = FDMC8030 + USBGT USBSNS OVGCAP C1 OPT 0.01µF DN4GB F03 図 3．OVP、RVP、およびバックドライブ・ブロック付き LTC4155/LTC4156 入力マルチプレクサ データシートのダウンロード：http://www.linear-tech.co.jp 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 http://www.linear-tech.co.jp dn496f LT/AP 1111 • PRINTED IN JAPAN © LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2011