エナジーハーベスティング用電源IC向け Easy DesignSim™ Spansionのオンラインデザインシュミレータ Easy DesignSimは、エナジーハーベスティング(環境発電) システムの回路設計時の部品選択とエネルギー収支計算(Energy Budget)を、手軽に行えます。 エナジーハーベスティング(環境発電)システムは、光, 振動, 熱, 電波等の微弱な環境エネルギーを収集し、産業用途やコンシューマ向け 等の幅広い用途に電力を供給します。当社は、このシステム向けに、効率の優れたスイッチング電源ICを開発/提供しています。 エナジーハーベスティングシステムにはコンデンサ・抵抗・コイルなど電源周辺部品が必要であり、これらの部品選択と動作の確認には エネルギー収束を計算するスキルが必要で、これまで時間がかかっていました。 当社は、世界で数多く採用されているTransim Technology社のオンラインデザインシミュレータ技術をベースに、エネルギー収支計算 (Energy Budget)を簡単に確認できるオンラインデザインシミュレーション・サービス Easy DesignSimを提供します。 右のURLから，このサービスをご利用ください。 http://www.spansion.com/easydesignsim/jp/ Easy DesignSimの特長 Easy DesignSimでは、エナジーハーベスティング 電源システムの回路設計で課題となるエネルギー 収支(Energy Budget)を考慮した部品の選択が、 オンライン上で手軽に行えます。 エネルギー収支計算(Energy Budget) • エネルギー収支計算結果は見やすくグラフ表示 され、エネルギーを蓄えるコンデンサの値と待 機時間を確認できます。これらエネルギー収支 バランスの計算を、発電素子の選択、電源回路 部の条件設定、システム制御回路の消費電力条 件を設定することで簡単に行えます。 エナジーハーベスティング用 電源ICの選択 • 用途や環境エネルギー源の種類、発電素子か ら最適な降圧/昇圧の電源ICを選択します。 回路図の生成 • エネルギー収支バランスの確認を行った回路 と入力した部品パラメータを使用し、自動で 回路図を生成します。 回路シミュレーション機能 • ICの端子の波形や回路図の各ノードの電流， 電圧の波形を手軽に表示できます。 BOM（Bill of material：部品表）リスト • 部品の一覧表の表示，部品販売商社のサ ンプル価格の表示ができ，購入が可能で す。 結果表示 • 設定条件，部品表，電力収支グラフ，回 路図，シミュレーション波形をPDFファ イルに出力できます。 エナジーハーベスティング電源IC さまざまな環境発電素子に対応する降圧用のMB39C811と昇圧用のMB39C831のDC/DCコンバータICをサポートします。 次のような特長があります。 mb39c811 mb39c831 概要 概要 • 低損失の全波ブリッジ整流入力2chと高効率に適したコンパレータ方 式を採用した降圧DC/DCコンバータIC • 1.5µAの静止電流で出力電圧のレギュレーションを実現 • 光と振動の環境発電のハイブリッド利用を実現 • 2系統のブリッジ整流回路の内蔵により、2次元の振動環境発電の利用 が可能 アプリケーション 光環境発電、圧電環境発電、機械振動環境発電、 ワイヤレスHVACセンサ、スタンドアロン降圧レギュレータ、 電池レスのワイヤレス・センサーノード端末、など • 単セルまたは多セルの太陽電池、または熱電発電素子(TEG)により得 られるエネルギーを、Li-ion 電池に効率良く供給する、 高効率の昇圧 DC/DCコンバータIC • 太陽電池の最大電力点に追随してDC/DCコンバータの出力を制御する 機能(MPPT)、およびLi-ion 電池を安全に充電する保護機能を内蔵 アプリケーション 光環境発電、熱環境発電、単セル/多セルの太陽電池によるLi-ion 電池/ スーパーキャパシタチャージャ、ポータブルオーディオプレーヤ、携帯 電話、eBook、電子辞書、ワイヤレスリモコン、センサーノード、など 表1 MB39C811の機能概要 表2 MB39C831の機能概要 項目 概要 項目 概要 方式 低損失全波ブリッジ整流回路を2系統搭載 降圧DCDCコンバータ 方式 MPPT（Maximum Power Point Tracking）, 低電圧入力対応 昇圧DCDCコンバータ 入力電圧 2.6V ～ 23V 入力電圧 0.3V~4.75V (起動電圧:0.35V) 静止電流 1.5μA (無負荷、出力定常状態) 550nA (VIN=2.5V UVLO時) 静止電流 32μA(定電圧モード) 出力電圧 プリセット出力電圧 1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.3V, 3.6V, 4.1V, 4.5V, 5.0V 出力電圧 プリセット出力電圧 3.0V, 3.3V, 3.6V, 4.1V, 4.5V, 5.0V 保護機能 • 入力保護用シャント：VIN≧21V,最大100mA • 過電流制限 • 入出力パワーグッド出力 保護機能 • 入力電圧監視 • 出力電圧監視 • 状態通知 (DET0, DET1) パッケージ QFN40 (6.0x6.0x0.85mm) パッケージ QFN40 (6.0x6.0x0.85mm) Easy DesignSimの使用例 さまざまな環境発電素子に対応するMB39C811とMB39C831のEasy DesignSimでの機能を紹介します。 Easy DesignSimの利用の流れは図1に示す7つから構成されます。この中で有用な機能について説明します。 図1 Easy DesignSim利用の流れ 1 2 3 4 5 6 7 Login画面 ユーザ登録 製品の選択 用途や発電素子 から選択 ｴﾈﾙｷﾞｰ収支計算 条件設定入力 ｴﾈﾙｷﾞｰ収支計算 グラフ表示 回路図生成と 回路ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ BOMリスト 部品購入 結果の一覧と PDF作成 エナジーハーベスティング製品の選択 システムのエネルギー収支計算 (Energy Budget) 降圧コンバータのMB39C811と昇圧コンバータのMB39C831の選定は、 使われる発電素子（ハーベスタ）により決まります。 その発電素子は用 途ごとのエネルギー源の種類により決まります。Easy DesignSimでは、 必要な電源ICを産業/民生などの用途、エネルギー源の種類、アプリ ケーションや発電素子の種類を選択することで、最適な選択ができま す。直接、選択することも可能です（図2）。次にシステムのエネル ギー収支計算に移行します。 環境発電システムはエネルギー供給元のエネルギーが小さく不安定 なため、システム全体の消費電力を十分供給できるのかを、入力条 件やシステムの消費電力の条件を変えて検討する必要があります。 この複雑な計算をオンライン上のエネルギー収支計算ツールで発電 素子、電源条件、システム制御回路の消費電力のパラメータを入力 することでシステムが安定動作するかを手軽にグラフで確認できま す。以下に、発電素子、電源条件、システム制御回路消費電力の パラメータ設定と計算結果の例を示します。（図3，図4，図5， 図6，図7，図8，図9）。 図2 製品の選択画面 設定するパラメータの電源ICの特性の効率やコンデンサーCin,Cout 設定方法は をクリックしてヘルプを参考に 設定してください。 図3 システムへのエネルギー供給の流れ Cloud Environmental Energy (solar, vibration, thermal, RF) Environmental Information Gateway Wireless Network Sensor Module Data Flow Harvester Piezoelectric Peltier Electromagnetic Solar Cell Harvester Block Harvester：発電素子 Energy Flow Energy Flow Sensor PMIC RF MCU Capacitor Capacitor Power Management Block Memory System Control Block 図4 制御・無線回路の実際の消費電流の内訳 図8 システムのエネルギー収支計算結果の表示画面 図5 システム制御回路消費電力の設定画面 図9 システムのエネルギー収支計算結果のグラフ表示 図6 発電素子の設定画面(ソーラパネル) 図7 電源条件の設定画面 図9のエネルギー収支グラフでは、出力電圧下限値をクリアしてい るかを確認できます。このグラフが出力電圧下限値をクリアしてい れば、実際の出力波形は、設定した一定電圧の出力波形を出力しま す。 回路図と回路動作波形のチェック システムのエネルギー収支計算で求められた発電素子と入出力コン デンサの値で構成された回路図を生成します。(図10)。そして、IC の各端子の波形と回路図上の各ノードの動作電圧/電流の波形をシミ ュレーションで確認できます。 MB39C811は起動シミュレーション（図11）、MB39C831はシステム 制御回路動作時のシミュレーションの確認がそれぞれできます。 制御回路の消費電力は回路図の負荷（LOAD）のパラメータの設定に より変更できます。 ※シミュレーションの結果は実測をもとに確認を行っておりますが，実際の動作を保証するもの ではありません。採用時には，実機での動作確認を行ってください。 図10 MB39C811回路図の出力画面 部品販売商社ごとに自動で部品選択されたBOMリストを表示すること ができます。部品販売商社のサンプル価格を表示し，BOMコストを算 出することができ，部品販売商社からの購入も可能です（図12）。 図12 BOMリスト 今後の展開 エナジーハーベスティングシステムでは、例えばバッテリーレスシス テムのセンサーノードの制御やRFの回路にエネルギーを供給するた め、周囲の環境のさまざまな種類の僅かなエネルギーを効率よく収集 して供給することが電源ICに求められています。 エネルギー収支計算の条件から回路図を自動生成、さらに部品の パラメータの変更も可能です。 図11 MB39C811シミュレーション波形表示 当社は高効率の自己消費電力を抑えた降圧の電源ICや超低電圧入 力動作の昇圧スイッチング電源ICの開発に力を入れています。今 後開発したエナジーハーベスティング用電源ICや汎用電源ICをEasy DesignSimオンラインデザインシミュレータを使って設計サポートす ることで，お客様の設計環境の手助けができるようサービスを充実さ せ、機能の向上を図ってまいります。 http://www.spansion.com/easydesignsim/jp/ マイコン・アナログ製品 お問い合わせ先 222-0033 神奈川県横浜市港北区新横浜2-10-23 野村不動産新横浜ビル 045-473-6550 Spansion: 915 DeGuigne Drive, PO Box 3453, Sunnyvale, CA 94088-3453 USA +1 (408) 962-2500 | 1 866 SPANSION | www.spansion.com © 2014 Spansion®, the Spansion logo, MirrorBit®, MirrorBit® Eclipse™, Easy DesignSim™ and 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