LTC4110
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4110fbバッテリ・バックアップ・
システム・マネージャ
バッテリ・バックアップ・システム・マネージャ サーバ・バックアップ・システム(バックアップ・モード時)標準的応用例
LTC4110 INID BATID DCDIV DCHFET CHGFET UVLO SET POINTBACKUP LOAD (DCOUT)
CURRENT FLOW SYSTEM LOAD BATTERY DCIN 0V ON ON OFF 4110 F01 4110 TA01b LTC4110 BATTERY BACKUP SYSTEM MANAGER
HOST CPU BATTERY SYSTEM LOAD (DC/DC, ETC.) I2C BUS BACKUP LOAD (MEMORY, ETC.) CURRENT FLOW
特長
■ リチウムイオン/ポリマー・バッテリ、鉛蓄電池、NiMH/ NiCdバッテリ、スーパーキャパシタ向けの完全な バックアップ・バッテリ・マネージャ ■ 入力電源電圧を上回る または下回る電圧でバッテリを充放電 ■ システム負荷を使用した「発熱のない」バッテリ調整放電 ■ PowerPath™制御を使用した入力電源取り外し時の 自動バッテリ・バックアップ ■ リチウムイオン/ポリマー、SLA、 スーパーキャパシタ向けのスタンドアロン・デバイス ■ オプションのSMBus/I2Cサポートにより、ホストによる バッテリ容量調整動作が可能 ■ バッテリ過電圧およびバッテリ電圧低下に対する 保護機能を搭載 ■ 調整可能なバッテリ・フロート電圧 ■ 高精度の充電電圧: ±0.5% ■ プログラム可能な充電/調整電流: ±3%精度で最大3A ■ オプションの温度規定充電 ■ 広いバックアップ・バッテリ電源範囲: 2.7V～19V ■ 広い入力電圧範囲: 4.5V～19V ■ 38ピン(5mm × 7mm) QFNパッケージアプリケーション
■ バックアップ･バッテリ･システム ■ サーバー・メモリ・バックアップ ■ 医療機器 ■ 高信頼性システム概要
LTC®4110は、入力電源とバックアップ・バッテリまたはスー パーキャパシタの間で自動的な切り替えを行う完全なシン グル・チップ、高効率フライバック・バッテリ充電および放電マ ネージャです。このデバイスは、バッテリ・バックアップ、バッテ リ充電、バッテリ調整、シャットダウンの4つの動作モードを備 えています。バッテリ・バックアップとバッテリ充電は自動的な スタンドアロン・モードです。また、オプションの調整モードで はCPUホストがSMBusを介して通信を行う必要があります。 調整時には、フライバック・チャージャが通常とは逆に使用さ れ、設定された定電流でバッテリからシステム負荷へ放電し、 発熱はありません。3つのステータス出力はSMBusを介して GPIOとなるように個別に再設定することができます。ユーザー が設定可能な過放電保護機能も備えています。また、SHDNピ ンによってバッテリを絶縁し、充電されたバッテリを搭載した 製品の出荷をサポートします。 複数のLTC4110を組み合わせることにより、冗長バッテリ・ バックアップ・システムを構成したり、バッテリ・パック数を増や してバックアップ時間を延ばすことができます。 LTC4110は高さの低い(0.75mm) 38ピン5mm 7mm QFN パッケージで供給されます。QFNは露出した金属ダイ実装バッ ドを備えているので、最適な熱性能が得られます。 、LT、LTCおよびLTM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。 他のすべての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。LTC4110
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4110fbピン配置
絶対最大定格
（Note 1） DCIN、BAT、DCOUT、DCDIV、 SHDN-GND間 ... −0.3V～20V 入力電圧(CLP、CLN) ...−0.3V～(DCIN＋0.3V) 入力電圧(CSP、CSN) ...−0.3V～(BAT＋0.3V) 入力電圧 (GPIO1、GPIO2、GPIO3、SELC、SELA、TYPE、VCHG、THA、THB、ISENSE、ACPDLY、SDA、SCL) ... −0.3V～7V
入力電圧(VCAL、VDIS) ...−0.3V～1.35V 出力電圧 (ACPb、GPIO1、GPIO2、GPIO3)... −0.3V～7V CLP-CLN間、CSP-CSN間 ...±1V 動作温度範囲(Note 2) ...−40℃～85℃ 接合部温度(Note 3) ...105℃ 保存温度範囲 QFNパッケージ ...−65℃～125℃ 13 14 15 16 TOP VIEW 39 UHF PACKAGE 38-LEAD (5mm × 7mm) PLASTIC QFN 17 18 19 38 37 36 35 34 33 32 24 25 26 27 28 29 30 31 8 7 6 5 4 3 2 1 DCIN CLN CLP ACPDLY DCDIV SHDN SDA SCL GPI01 GPI02 GPI03 SELA BAT SELC ISENSE SGND CSN CSP ITH ICHG ICAL IPCC THB THA
INID DCOUT NC BATID VDD CHGFET DCHFET
ACPb VDIS VCAL VCHG VREF TIMER TYPE 23 22 21 20 9 10 11 12 TJMAX = 100°C, θJA = 34°C/W
EXPOSED PAD (PIN 39) 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
LTC4110EUHF#PBF LTC4110EUHF#TRPBF 4110 38-Lead (5mm × 7mm) Plastic QFN –40°C to 85°C
鉛ベース仕様 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
LTC4110EUHF LTC4110EUHF#TR 4110 38-Lead (5mm × 7mm) 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。
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SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
Power Input
DCIN Operating Voltage Range Charge or Calibration Modes l 4.5 19 V
DCOUT Operating Voltage Range Charge or Calibration Modes l 4.5 19 V
Backup Mode l 2.7 19 V
VBAT Operating Voltage Range Backup Mode l 2.7 19 V
ISPLY Supply Current (IDCIN + IDCOUT) in Idle Mode
(Note 4) 2 3 mA
IBIDL Battery Current in Idle Mode (Notes 4 and 5) 30 45 µA
IBBU Battery Current in Backup Mode (Note 5) VDCIN = 0 2 3 mA
IBSD Battery Current in Shutdown (Note 5) VSHDN = VBAT, VDCIN = 0 20 45 µA
VUVI Undervoltage Lockout Exit Threshold VDCIN Increasing l 3.7 4 4.45 V
VUVD Undervoltage Lockout Entry Threshold VDCIN Decreasing l 3.4 3.7 4.1 V
VUVH Undervoltage Lockout Hysteresis 400 mV VDD Regulator
VDD Output Voltage No Load l 4.5 4.75 5 V
VDD(MIN) Output Voltage IDD = –10mA l 4.25 V
Charging Performance
VFTOL Charge Float Voltage Accuracy 4.20V for Li-Ion. 2.35V for Lead Acid (Note 8)
VCHG = GND –5°C < TA < 85°C (Note10) –40°C < TA < 85°C l –0.5 –0.8 –1 0.5 0.8 1 % % % VFATOL Charge Float Voltage Adjust Accuracy 0.3V and –0.3V for Li-Ion Batteries,
0.15V and –0.15V for Lead Acid Batteries (Note 8)
l –2 2 %
IBTOL Bulk Charge Current Accuracy (Note 7) VCSP – VCSN =100mV
VBAT ≥ 3.1V –40°C < TA < 85°C l –3 –5 3 5 % % IPTOL Preconditioning and Wake-Up Current
Accuracy (Note 7) VLi-Ion and NiMH/NiCd Batteries OnlyBAT ≥ 3.3V (Note 8), VCSP – VCSN = 10mV; –30 30 % VBAT ≤ 3.3 (Note 8), VCSP – VCSN = 10mV;
Li-Ion and NiMH/NiCd Batteries Only –40 40 % ISKVA Voltage Error Amplifier Sink Current at ITH Pin VITH = 2V 96 µA
ISRCA Current Error Amplifier Source Current at ITH
Pin VITH = 2V –24 µA
ISKCA Current Error Amplifier Sink Current at ITH Pin VITH = 2V 24 µA
IVCHG VCHG Pin Bias Current VCHG = 1.25V –100 100 nA
VBC Bulk Charge Threshold Voltage;
VBAT Increasing (Note 8)
Li-Ion, VCHG = GND
NiMH/NiCd 2.80 0.84 3.00 0.90 3.20 0.96 V V VBCH Bulk Charge Threshold Voltage Hysteresis;
VBAT Decreasing (Note 8)
Li-Ion, VCHG = GND
NiMH/NiCd 85 40 mV mV VAR Auto Recharge Threshold Voltage;
VBAT Decreasing
Standard Li-Ion Only;
Specified as Percentage of Float Voltage 93 95 97 % VARH Auto Recharge Threshold Hysteresis Voltage;
VBAT Increasing
Standard Li-Ion Only; Specified as
Percentage of Float Voltage 2 %
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、VDCIN = VDCOUT = VDCDIV = 12V、VBAT = 8.4V、 GND = SGND = CLP = CLN = SHDN = 0V、RVREF = 49.9k。デバイスのピンに流れ込む電流はすべて正であり、デバイスのピンから流れ出す
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SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
VBOV Battery Overvoltage Threshold;
VBAT Increasing
All Li-Ion, Lead Acid as Percentage of Float Voltage
NiMH/NiCd (Note 8) 1.80105 107.5 1.85 1.90110 % V VBOVH Battery Overvoltage Threshold Hysteresis;
VBAT Increasing.
All Li-Ion, Lead Acid as Percentage of Float Voltage
NiMH/NiCd (Note 8) 402 mV% VREF Reference Pin Voltage Range l 1.208 1.220 1.232 V
FTMR Programmed Timer Accuracy CTIMER = 47nF l –15 0 15 %
tTIMEOUT Time Between Receiving Valid
ChargingCurrent() and ChargingVoltage() Commands. Wake-Up Timer.
l 140 175 210 sec
Calibration Performance
VCTOL Calibration Cut-Off Default Voltage Accuracy;
VBAT Decreasing
2.75V for Li-Ion, 1.93V for Lead Acid,
VCAL = GND (Note 8), 0.95V for NiMH/NiCd l
–1.1
–1.3 1.1 1.3 % % VCTOLH Calibration Cut-Off Default Voltage Hysteresis;
VBAT Increasing. (Note 8)
Li-Ion Lead Acid NiMH/NiCd 85 50 40 mV mV mV VCATOL Calibration Cut-Off Voltage Adjust Accuracy ±400mV for Li-Ion, ±300mV for Lead Acid,
±200mV for NiMH/NiCd (Note 8) l –1.5 1.5 % IFTOL Calibration Current Accuracy (Note 7) VCSP – VCSN = –100mV l –5 5 %
IVCAL VCAL Pin Leakage Current VCAL = 1.25V –100 100 nA
IBDT Back-Drive Current Limit Threshold VCLP – VCLN Decreasing
VCLN = VDCIN
l 7 10 13 mV
IBDH Back-Drive Current Limit Threshold Hysteresis VCLP – VCLN Increasing
VCLN = VDCIN
1 mV
VOVP Calibration Mode Input Overvoltage
Comparator DCDIV Pin Threshold VDCDIV Rising
l 1.4 1.5 1.6 V
VOVPH Calibration Mode Input Overvoltage
Comparator DCDIV Pin Hysteresis VDCDIV Falling 100 mV
AC Present and Discharge Cut-Off Comparators
VAC AC Present Comparator DCDIV Pin Threshold VDCDIV Falling l 1.196 1.22 1.244 V
VACH AC Present Comparator DCDIV Pin Hysteresis VDCDIV Rising 50 mV
IAC AC Present Comparator DCDIV Pin Input Bias
Current VDCDIV = 1.25V 100 nA tAC ACPb Pin Externally Programmed Falling Delay CACPDLY = 100nF, RVREF = 49.9k,
VDCDIV Stepped From 1.17V to 1.30V 8 10 12 ms
VDTOL Discharge Cut-Off Default Voltage Accuracy;
VBAT Decreasing
2.75V for Li-Ion, 1.93V for Lead Acid, VDIS = GND, 0.95V for NiMH/NiCd
l –1.5 1.5 %
VDTOLH Discharge Cut-Off Default Voltage Hysteresis;
VBAT Increasing (Note 8)
Li-Ion Lead acid NiMH/NiCd 85 50 40 mV mV mV VDATOL Discharge Cut-Off Voltage Adjust Accuracy ±400mV for Li-Ion, ±300mV for Lead Acid,
±200mV for NiMH/NiCd l 2 2 % IVDIS VDIS Pin Bias Current VDIS = 1.25V –100 100 nA
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、VDCIN = VDCOUT = VDCDIV = 12V、VBAT = 8.4V、 GND = SGND = CLP = CLN = SHDN = 0V、RVREF = 49.9k。デバイスのピンに流れ込む電流はすべて正であり、デバイスのピンから流れ出す
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SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
Input and Battery Ideal Diodes and Switches
VFR Forward Regulation Voltage (VDCIN-VDCOUT,
VBAT-VDCOUT)
2.7V ≤ VDCIN ≤ 19V l 10 20 32 mV
VREV Reverse Voltage Turn-Off Voltage
(VDCIN-VDCOUT, VBAT-VDCOUT)
2.7V ≤ VDCIN ≤ 19V l –30 –18 –8 mV
VGON “ON” Gate Clamping Voltage (VDCIN-VINID,
VBAT-VBATID)
IINID, IBATID = 1mA 7 8.3 9.7 V
VGOFF “OFF” Gate Voltage (VDCIN-VINID, VBAT-VBATID) IINID, IBATID = –10mA
VSHDN = 0V and VDCIN (Shutdown)
0.25 V VFO BATID Fast-On Voltage Comparator Threshold IBATID > 500µA 45 100 mV
tIIDON
tIIDOFF
INID Pin Delay Times Turn “ON”
Turn “OFF”
CINID = 10nF
DCIN is Switched Between 12.2V and 11.8V From DCOUT – VGOFF to DCOUT–6V
From DCOUT – VGON to DCOUT–1.5V
450
8 700 20 µs µs tBIDON
tBIDOFF
BATID Pin Delay Times Turn “ON”
Turn “OFF”
CBATID = 2.5nF
BAT is Switched Between 12.2V and 11.8V From DCOUT – VGOFF to DCOUT–6V
From DCOUT – VGON to DCOUT–1.5V
15
8 60 20 µs µs
PWM Flyback Converter
VOHF CHGFET, DCHFET High ICHGFET, IDCHFET = –1mA 4.5 4.75 5.25 V
VOLF CHGFET, DCHFET Low ICHGFET, IDCHFET = 1mA 50 mV
VOLFX CHGFET, DCHFET in Shutdown and Backup
Modes VMode), VDCIN = VDCINDCDIV = V = VDCDIVDCOUT = 0V (Backup Mode) = 0V (Shutdown
ICHGFET, IDCHFET = 1µA
100 mV tR
tF
CHGFET, DCHFET Transition Times Rise Time
Fall Time CCLOADLOAD = 1.6nF, 20% to 80% = 1.6nF, 20% to 80%
35
15 65 65 ns ns FPWM PWM Oscillator Switching Frequency l 255 300 340 kHz SafetySignal Decoder and Thermistor Interface
SSOR SafetySignal Decoder
SafetySignal Trip (RES_COLD/RES_OR)
RTHA = 1130W ±1%, CTH = 1nF (Note 6) RTHB
= 54.9k ±1%.
Smart Batteries and Li-Ion Only l 95 100 105 k SSCLD SafetySignal Decoder
SafetySignal Trip (RES_IDEAL/RES_COLD)
RTHA = 1130W ±1%, CTH = 1nF (Note 6) RTHB
= 54.9k ±1%
Smart Batteries and Li-Ion Only l 28.5 30 31.5 k SSIDL SafetySignal Decoder
SafetySignal Trip (RES_HOT/RES_IDEAL)
RTHA = 1130W ±1%, CTH = 1nF (Note 6) RTHB
= 54.9k ±1%
Smart Batteries and Li-Ion Only l 2.85 3 3.15 k SSHOT SafetySignal Decoder
SafetySignal Trip (RES_UR/RES_HOT)
RTHA = 1130W ±1%, CTH = 1nF (Note 6) RTHB
= 54.9k ±1%
Smart Batteries and Li-Ion Only l 425 500 575 W VHOT THB Pin Hot Threshold Voltage VTHB Decreasing; Lead Acid Only l 0.28 •
VTHA 0.30 • VTHA 0.36 • VTHA V VHOTH THB Pin Hot Threshold Hysteresis Voltage VTHB Increasing; Lead Acid Only 50 mV
VREM THB Pin Battery Removal Threshold Voltage VTHB Increasing; Lead Acid Only l 0.90 •
VTHA 0.94 • VTHA 0.96 • VTHA V
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、VDCIN = VDCOUT = VDCDIV = 12V、VBAT = 8.4V、 GND = SGND = CLP = CLN = SHDN = 0V、RVREF = 49.9k。デバイスのピンに流れ込む電流はすべて正であり、デバイスのピンから流れ出す
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4110fb Note 1：絶対最大定格はそれを超えるとデバイスに永続的な損傷を与える可能性がある値。ま た、絶対最大定格状態が長時間続くと、デバイスの信頼性と寿命に悪影響を与える恐れがあ る。「電気的特性」の表に明示された制限を超えるデバイスの特定の機能やパラメータの特性 は、絶対最大定格には含まれない。 Note 2：LTC4110E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。 −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：このデバイスには、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。過温度保護機能は、接合部温度が最高動作接合部温度を超えた時点で アクティブになる。規定された最高動作温度を超えた動作が継続すると、デバイスの劣化また は故障が生じる恐れがある。動作接合部温度TJ(単位：℃)は、周囲温度TAおよび平均電力損 失PD(単位：ワット)から式TJ = TA＋θJA • PDに従って計算される。 Note 4：無負荷時にはLTC4110はアイドル状態になり、バッテリの充電も調整も行わず、バック アップ・モードにもシャットダウン・モードにもならない。内部クロックが動作しており、SMBus は機能している。Note 5：無負荷時には、CSPピン、CSNピン、BATピンの電流の総計によってVBATが設定される。
Note 6：CTHは、THA、THB、SafetySignalの容量の総計として定義される。
Note 7：電流センス抵抗または電流設定抵抗の許容誤差は含まれない。
Note 8：BATピンを基準にした1セルあたりの電圧として求められる(VBAT/直列セル数)。
Note 9：タイミング図については「System Management Bus Specification, Revision 1.1」の2.1項 を、tLOWおよびtTIMEOUTの要件については8.1項を参照のこと。
Note 10：−5℃～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。
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
VREMH THB Pin Battery Removal Threshold
Hysteresis Voltage VTHB Decreasing; Lead Acid Only 25 mV
Logic and Status Output Levels
VILS SCL/SDA Input Pins Low Voltage l 0.8 V
VIHS SCL/SDA Input Pins High Voltage l 2.1 V
VOLS SDA Output Pin Low Voltage IPULL-UP = 350µA l 0.4 V
VOLG ACPb, GPIO1,2,3 Output Pins Low Voltage IACPb, IGPIO1, IGPIO2, IGPIO3 = 10mA 1 V
IOHG ACPb, GPIO1,2,3 Output Pins Open
Leakage Current Outputs Open, VACPb, VGPIO1,2,3 = 5V –2 2 µA
VILG GPIO Input Low Voltage l 1 V
VIHG GPIO Input High Voltage l 1.5 V
VILSD SHDN Input Pin Low Voltage 0.5 V
VIHSD SHDN Input Pin High Voltage 2.4 V
IISD SHDN Input Pin Pull-Up Current VSHDN = 2.4V –3.5 –2 –1 µA
TLR Logic Reset Duration After Power-Up
From Zero VVDCINBAT = 0 Transition From 0V to 5V in <1ms;
1 s
SMBus Timing (Note 9)
tHIGH SCL Serial Clock High Period IPULL-UP = 350µA, CLOAD = 250pF,
RPU = 9.31k
l 4 µs
tLOW SCL Serial Clock Low Period IPULL-UP = 350µA, CLOAD = 250pF,
RPU = 9.31k
l 4.7 µs
tTO Timeout Period l 25 ms
tF SDA/SCL Fall Time CLOAD = 250pF, RPU = 9.31k l 300 ns
tSU-STA Start Condition Set-Up Time l 4.7 µs
tHD-STA Start Condition Hold Time l 4 µs
tHD-DAT SDA to SCL Falling-Edge Hold Time,
Slave Clocking in Data
l 300 ns
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、VDCIN = VDCOUT = VDCDIV = 12V、VBAT = 8.4V、 GND = SGND = CLP = CLN = SHDN = 0V、RVREF = 49.9k。デバイスのピンに流れ込む電流はすべて正であり、デバイスのピンから流れ出す
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4110fb 4110 G01 500ns/DIV 5V/DIV 0V VIN = 12V VBAT = 12V (NiMH) ILOAD (A) EFFICIENCY (%) 100 90 80 70 60 0 50 40 30 20 10 POWER LOSS (W) 2.5 2.0 1.5 0 1.0 0.5 4110 G07 0.050.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00 EFFICIENCY POWER LOSS VBAT (V) 0 IBAT (µA) 15 4110 G06 25 20 10 5 40 35 30 20 10 25 15 5 0 4110 G04 0 5 10 15 20 25 VBAT (V) IBAT (µA) 140 120 100 80 60 40 20 –20 0 VBAT (V) IBAT (mA) 1200 1000 800 600 400 200 0 4110 G02 0 2 4 6 8 10 12 14 PRE-CHARGE CC CV DCIN (V) IDCIN (mA) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 4110 G03 0 5 10 15 20標準的性能特性
CHGFETおよびDCHFETの標準波形 出力充電特性定電流および定電圧動作を示す アイドル・モード時の電源電流とDCIN電圧
アイドル・モード時の バッテリ・リーク電流IBIDL バックアップ・モード時のバッテリ電流IBBU シャットダウン・モード時のバッテリ・リーク電流とバッテリ電圧 充電効率/電力損失、12VIN および12.6VOUT(Xfmr = BH 510-1019) ソフトスタート波形 バックアップ・モードの オン/オフ波形 4110 G05 0 5 10 15 20 25 VBAT (V) IBAT (mA) 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0 0.4 0.2 4110 G08 2ms/DIV 0.2A/DIV 0A 4110 G09 10ms/DIV NiMH BATTERY (12V) ILOAD = 3A VIN = 15V FALLING VBATTERY 3V/DIV VBACKUP 2V/DIV 0V
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4110fbピン機能
DCIN（ピン1）：外部DC電源センス入力。制御入力とメイン電 源の理想ダイオード回路用の電源になります。 CLN（ピン2）：電流制限センスの負入力。CLPピンを参照してく ださい。 CLP（ピン3）：電流制限センスの正入力。このピンとCLNによっ て差動入力が形成され、低損失の調整モード時に電源に逆 電流が流れていないかを外付け抵抗の電圧でセンスします。 逆電流に近くなると、この機能によって調整が終了します。シス テムの負荷ノイズを除去するためには、RCフィルタが必要にな ることがあります。CLPピンとCLNピンの両方をGNDに接続す ると、この機能はディスエーブルされます。CLPピンとCLNピン の間に1V以上の差動電圧が生じると、デバイスを損傷する恐 れがあります。 ACPDLY（ピン4）：ACPb遅延制御ピン。ACPDLYからGNDに接 続されたコンデンサとVREFからGNDに接続された抵抗によっ て、ACPbピンの H から L への遷移の遅延が設定されま す。遅延を最小限にする必要がある場合にはオープンにしま す。 DCDIV（ピン5）：ACアダプタ接続検出入力。外付け抵抗分割 器で分割されたシステム電源電圧がこのピンのスレッショル ドを下回ると、バックアップ動作が開始されます。 SHDN（ピン6）：アクティブ H のシャットダウン/リセット制御ロ ジック入力。DCIN電源が取り外されたときに H であれば、マ イクロパワー・シャットダウン・モードに強制されます。DCIN電 源が接続されたときに H であれば、すべてのレジスタが強制 的にリセットされます。通常はグランドに接続します。ピン内部 でプルアップ電流が流れます。 SDA（ピン7）：SMBusの双方向データ信号。使用しない場合に はVDDに接続してください。 SCL（ピン8）：SMBusのホストからのSMBusのクロック信号入 力。使用しない場合にはVDDに接続してください。 GPIO1（ピン9）：汎用I/Oまたは充電ステータス・ピン。ホストに よってドライブされる入出力ポート、またはオープンドレイン NチャネルMOSFETを使用したバッテリ充電ステータス出力 （CHGb）として設定可能なロジックレベルI/Oビット・ポートで、 いずれかのスマート・バッテリまたはリチウムイオン・バッテリ がなんらかの充電フェーズになったとき、あるいは、鉛蓄電池 の充電電流がC/xを超えたときに L になります。ここで、xは 次のようになります。 x C ICHG = • 5 （詳細については「C/x充電終了」を参照）。SELAピンで SMBusオプションが選択されていないと、GPIO1ピンはバッテ リ充電ステータス出力にデフォルト設定されます。表5aを参照 してください。 GPIO2（ピン10）：汎用I/Oピン。ホストによってドライブされる入 出力ポート、またはオープンドレインNチャネルMOSFETを使 用したバッテリ電圧低下ステータス出力（BKUP_FLTb）として 設定可能なロジックレベルI/Oビット・ポートで、バックアップ・ モード時にバッテリの平均セル電圧がVDISピンによって設 定される電圧を下回るときのみ L になります。SELAピンで SMBusオプションが選択されていないと、GPIO2ピンはバッテ リ電圧低下ステータス出力にデフォルト設定されます。表5cを 参照してください。 GPIO3（ピン11）：汎用I/Oピン。ホストによってドライブされる入 出力ポート、またはオープンドレインNチャネルMOSFETを使 用した調整完了ステータス出力（CAL_COMPLETEb）として 設定可能なロジックレベルI/Oビット・ポートで、調整が完了す ると L になります。SELAピンがSMBusを使用しないように設 定されると、ステータス出力は調整完了ではなく充電フォール ト（CHGFLTb）になります。表5eを参照してください。 SELA（ピン12）：SMBusアドレス選択入力。標準バッテリを使 用する場合、LTC4110のSMBusアドレスを選択して冗長バッ クアップ・システムを容易にします。このピンをGNDに接続す ると12h、VDDに接続すると28h、VREFピンに接続すると20hが それぞれ選択されます。TYPEピンによってスマート・バッテリ を選択する場合、SELAピンをGNDに接続してアドレス12hを 選択する必要があります。SMBusを使用しない、つまりパワー アップ時にすべてのGPIOをステータス・モードに強制するに は、このピンをVREFピンの抵抗分割器から得られる標準0.5 • VREFの電圧に接続します。SMBusを使用する場合、SMBusの アドレスは12hになります。LTC4110
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4110fb ACPb（ピン13）：ACアダプタ接続ステータスのデジタル出力。 DCDIVピンと内部DCIN UVLOによる検出時にメイン電源が 接続されていると、オープンドレインNチャネルMOSFETの出 力が L になります。 VDIS（ピン14）：バックアップ設定入力時のバッテリ放電電圧 制限。BATIDピンを使用して絶縁PチャネルMOSFETをオフす ることによってバックアップ・モードを終了するバッテリ・スレッ ショルド電圧。VREFピンからバイアスされる外付け抵抗ストリ ングによって調整可能です。デフォルト・スレッショルドにする には、GNDピンに接続します。 VCAL（ピン15）：調整設定入力時のバッテリ電圧制限。調整が 終了するバッテリ・スレッショルド電圧。VREFピンからバイアス される外付け抵抗ストリングによって調整可能です。デフォル ト・スレッショルドにするには、GNDピンに接続します。 VCHG（ピン16）：バッテリ・フロート電圧の設定入力。充電時に フロート電圧を調整します。VREFピンからバイアスされる外付 け抵抗ストリングによって設定されます。デフォルト・フロート 電圧にするには、GNDに接続します。 VREF（ピン17）：電圧リファレンス出力およびタイミング設定入 力。VCHG、VCAL、VDISの各ピンの機能を設定する、このピンと GNDの間に接続された外付け抵抗分割器に、1.220Vの標準 仮想リファレンス（VREF）を供給します。タイマ・ピンのコンデン サとともに、VREFからGNDまでの総抵抗によって、充電時間 が設定されます。シャットダウンを除くすべてのモードで、電圧 リファレンス出力はアクティブのままです。負荷電流は10µA∼ 25µAの値でなければなりません。 TIMER（タイマ18）：充電タイミング入力。VREFからGNDに接続 された抵抗とともに、TIMERとGNDの間に接続されたコンデ ンサによって充電時間が設定されます。 TYPE（ピン19）：表8を参照してください。 THA（ピン20）：SafetySignalのスマート・バッテリに対する強制 /センス・ピンおよび鉛蓄電池サーミスタに対する強制ピン。詳 細については「動作」の説明を参照してください。THA、THB、 SafetySignalの最大許容結合容量は1nFです。鉛蓄電池のア プリケーションでは、THAピンの最大容量は50pFです。 THB（ピン21）：SafetySignalのスマート・バッテリに対する強 制/センス・ピンおよび鉛蓄電池サーミスタに対するセンス・ピ ン。詳細については「動作」の説明を参照してください。THA、 THB、SafetySignalの最大許容結合容量は1nFです。 IPCC（ピン22）：バッテリ予備調整充電電流の設定入力。予備 調整時またはウェイクアップ充電時にバッテリ電流を設定し ます。GNDに抵抗を外付けすることによって設定します。 ICAL（ピン23）：調整時のバッテリ放電電流設定入力。調整時 のバッテリの定放電電流を設定します。GNDに抵抗を外付け することによって設定します。 ICHG（ピン24）：充電時のバッテリ電流設定入力。定電流バル ク充電時のバッテリ電流を設定します。GNDに抵抗を外付け することによって設定します。 ITH（ピン25）：電流モードPWMの制御信号。AC補償制御ルー プ。充電電流が大きくなるに従ってITH電圧が高くなります。 CSP（ピン26）：電流センスの正入力。このピンとCSNピンに よって外付けの電流センス抵抗両端の電圧が測定され、充 電時および調整時のバッテリ電流が制御されます。 CSN（ピン27）：電流センスの負入力。このピンとCSPピンによっ て外付けの電流センス抵抗両端の電圧が測定され、充電時 および調整時のバッテリ電流が制御されます。 SGND（ピン28）：信号グランドのリファレンス入力。このピンは、 フライバック電流センス抵抗とバッテリのリターンにケルビン 接続します。 ISENSE（ピン29）：電流センス入力。外付けの電流センス抵抗 両端の電圧をモニタすることによって、フライバック・トランス の電流をセンスします。このピンは、この抵抗にケルビン接続 します。 SELC（ピン30）：表8を参照してください。ピン機能
LTC4110
10
4110fb BAT（ピン31）：バッテリ電圧のセンス入力。このピンを使用して バッテリがモニタされ、このピンに接続された内部抵抗分割 器（シャットダウン・モードでは切断される）によって充電電圧 が制御されます。また、バッテリの理想ダイオード回路の制御 入力にもなります。このピンはバッテリにケルビン接続し、電圧 降下による誤差を生じないようにします。 DCHFET（ピン32）：外付けNチャネルMOSFETのゲートをドラ イブします。バッテリの低損失の調整放電時に、高効率スイッ チモード・コンバータのバッテリ側へエネルギーを注入するの に使用します。バッテリ充電時には同期整流を行います。 CHGFET（ピン33）：外付けNチャネルMOSFETのゲートをドラ イブします。バッテリ充電時に、高効率スイッチモード・コン バータの電源側へエネルギーを注入するのに使用します。低 損失の調整モード時には同期整流を行います。 VDD（ピン34）：内部VDDレギュレータのバイパス・コンデンサ 接続ピン。100nFの低ESRコンデンサで、このピンをGNDにバ イパスしてください。 BATID（ピン35）：バッテリのPチャネルMOSFET理想ダイオー ドのゲートをドライブします。バックアップ・モード時には、バッ テリとバックアップ負荷の間の低損失理想ダイオードを制御 します。バックアップ・モード時以外は、PチャネルMOSFETが オフしてバッテリの電力がメイン電源に逆流するのを防ぎま す。 NC（ピン36）：NC。 DCOUT（ピン37）：システム電源の出力電圧モニタ入力。電源 入力の理想ダイオード機能とバッテリの理想ダイオード機能 の制御入力になります。デバイスへの電力供給も行います。 100nFの低ESRコンデンサで、このピンをGNDにバイパスして ください。 INID（ピン38）：電源入力のPチャネルMOSFET理想ダイオード のゲートをドライブします。バックアップ・モード時以外には、 電源入力とバックアップ負荷の間の低損失理想ダイオードを 制御します。 露出パッド（ピン39）：グランド。露出パッドはPCBに半田付け する必要があります。ピン機能
LTC4110
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4110fbブロック図
– + – + – +SUPPLY INPUT BATTERY PowerPath CONTROLLER VOLTAGE REFERENCE ANALOG COMPARATORS AND SWITCHES THERMISTOR INTERFACE SMBus INTERFACE
AND CONTROL TIMER/ CONTROLLER UVLO PWM LOGIC CURRENT SWITCH CHG/DCH SWITCH NUMBER OF CELLS CURRENT SELECTION PROGRAMMING CURRENT PRECISION VOLTAGE DIVIDER VDD REGULATOR EA ÷10 CA OSC 1.220 38 INID 1 DCIN 39 GND 34 VDD 3 CLP 2 CLN 5 DCDIV 17 VREF 16 VCHG 15 VCAL 14 VDIS 30 SELC 19 TYPE 6 SHDN 7 SDA 8 SCL 12 SELA 20 THA 21 THB 10 GPIO2 9 GPIO1 11 GPIO3 13 ACPb 4 ACPDLY 18 TIMER 28 SGND 29 ISENSE 32 DCHFET 33 CHGFET 25 ITH 23 ICAL 24 ICHG 22 IPCC 26 CSP 27 CSN 31 BAT 35 BATID 36 NC 37 DCOUT 4110 BD
LTC4110
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4110fb 概要 「標準的応用例」では、LTC4110はシステムの全体または一部 に電力供給するメイン電源と直列接続されており、バッテリ・ バックアップに必要なデバイスやシステムを備えていなければ なりません。 LTC4110には以下の4つの動作モードがあります。 •バッテリ・バックアップ・モード •バッテリ充電モード •バッテリ調整モード •シャットダウン・モード LTC4110は、バッテリ・バックアップ・モードが必要な場合、 バッテリでバックアップされる負荷をメイン電源からバッテリ に自動的に切り替えるための完全なPowerPath制御機能を備 えています。メイン電源またはバッテリをバックアップ負荷に 接続するのに低損失の理想ダイオードFETスイッチが使用さ れているので、複数のLTC4110を拡張可能な方法で同時に動 作させることにより、バックアップ時間を長くし、冗長性や高負 荷電流を得ることができます。バッテリ充電モードでは、電力 は高効率同期整流式フライバック・チャージャによってメイン 電源から供給されます。LTC4110は常時バッテリの充電状態 (SOC)を保持しているので、バッテリはいつでも動作可能です。 フライバック・コンバータを使用することによって、終了電圧が メイン電源電圧を上回る可能性があるバッテリの充電が可能 となり、同時に、DC絶縁電圧が高くなってバッテリの寄生ドレ インが最小限に抑えられます。テスト、メンテナンス・サポート、 バッテリの容量の確認はLTC4110の調整モードによって行わ れます。調整モードでは、バッテリの充電に使用するのと同じ動作
同期整流式フライバックも通常とは逆に使用されるので、バッ テリの放電がメイン電源に逆流するのを安全に制限すること ができ、熱とエネルギーの損失が解消されます。この製品は、 このモードをサポートするのにその他の熱管理を行う必要は ありません。シャットダウン・モードではバッテリが負荷から切 り離されて容量が保持されるので、製造時に充電したバッテ リを搭載した製品の出荷が可能になって現場でのバッテリの 装着が不要になります。LTC4110は、業界標準のSMBus(I2C バスのバリエーション)におけるフォールトを含むすべての機 能の管理とモニタをホストによって行うオプションをサポート しています。ただし、LTC4110がスタンドアロン・モードで完全 に機能する場合には、ホストは必要ありません。これらの機能 をすべて1つのデバイスに集約することによって、現在入手可 能なソリューションに比べて回路面積が縮小されています。 LTC4110は、標準バッテリとスマート・バッテリのどちらの構成 でも動作するように設計されています。スマート・バッテリは業 界標準のガスゲージ回路を内蔵した標準バッテリで、ホストに 正確なSOC情報を提供します。さらに、バッテリのすべての状 況を把握しているので、充電プロセスを制御する能力も備えて います。スマート・バッテリは、データ交換および充電制御用の 通信バスとしてSMBusを使用します。スマート・バッテリの詳 細については、www. sbs-forum.orgの仕様をご覧いただくか、 弊社または弊社代理店にお問い合わせください。 LTC4110がTYPEピンを使用して一緒に動作するバッテリの 種類を確認していることを理解することが重要です。TYPEピ ンの設定は、すべての動作モード、GPIOや制御範囲などのオ プションの全体を対象にしています。表1と表2に、TYPEピン の設定と範囲に関して対応するすべてのバッテリの全明細を 示します。LTC4110のTYPEピンがスマート・バッテリ・モード 表1. LTC4110バッテリ・パックの充電モードの特性BATTERY TYPE CHEMISTRY MAXIMUM CHARGE TIME (SLA EXCLUDED) Li-Ion/Polymer Nickel SLA/Lead Acid
Standard Battery Yes No Yes Adj. Up to 12 Hours Smart Battery Yes Yes Yes Unlimited
表2. LTC4110バッテリ・パックの充電電圧の特性
CHEMISTRY VCELL FULL CHARGE VCELL ADJ. RANGE SERIES CELL COUNT NOMINAL STACK VOLTAGE (V)
Lead Acid 2.35V ±0.15V 2, 3, 5 and 6 4, 6, 10 and 12 Li-Ion/Polymer 4.2V ±0.3V 1, 2, 3 and 4 3.6, 7.2, 10.8 and 14.4 NiMH/NiCd N/A N/A 4, 6, 9 and 10 4.8, 7.2, 10.8 and 12 Super Caps 2.5V, 2.7V or 3V Yes 2 to 7 5 to 18
LTC4110
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4110fb に設定されていなくても、ホストまたはスマート・バッテリから 送られたあらゆるSMBusコマンドは引き続き有効である点に 注意が必要です。スーパーキャパシタの対応については、「ア プリケーション情報」を参照してください。 バッテリ・バックアップ・モード 図1に、バックアップ・モードのLTC4110と、これに対応するイ ネーブルされたPowerPathを示します。LTC4110はDCDIVピ ンを使用し、通常、外付け抵抗分割器を介してDCIN電圧を モニタします。DCDIVピンはバックアップ・モードのスレッショ ルド電圧を設定し、バックアップ・モード開始の必要性をセ ンスします。DCDIVはロジックなどの別の信号で交互にドラ イブすることができます。DCDIVピンの電圧がACアダプタ接 続のスレッショルド電圧(VACを参照)を下回ると、バックアッ プ・モードが開始されます。また、バックアップ・モードは、内部 の低電圧ロックアウトUVLOが、DCIN(VUVD)またはDCOUTが過度に低い電圧まで低下したことをセンスするたびに開始 されます。バックアップ・モード時には、バッテリのPチャネル MOSFET理想ダイオードがイネーブルされ、バッテリによって 負荷がバックアップされます。電源入力のPチャネルMOSFET 理想ダイオードは負荷からメイン電源入力を絶縁し、フライ バック・スイッチャのNチャネルMOSFETがオンしないようにし ます。また、スレッショルドを超えると、ヒステリシス(VACH)がス イッチインされます。電源が復帰していてDCDIVピンの電圧 がACアダプタ接続のスレッショルド電圧とヒステリシス電圧 の和に達すると、バッテリのPチャネルMOSFETのどちらも急 激にオフし(tdDOFF)、電源入力のPチャネルMOSFET理想ダイ オードが負荷電流を供給します。順方向にバイアスされている 場合、MOSFETが十分な大きさであれば、理想ダイオードは 順方向電圧降下を標準20mV(VFR)に調整します。電圧入力 が低下して順方向電圧が20mVを下回ると、理想ダイオードは ゆっくりとオフし始めます。理想ダイオードが標準–18mV以下 の逆電圧(VREV)になった場合には、理想ダイオードは瞬時に オフします(tdDOFF)。 バックアップ時には、バッテリの平均セル電圧がモニタされ、 バッテリが過放電にならないように保護されます。セル電圧 がVDISによって設定された値(リチウムイオンのデフォルト = 2.75V/セル、NiMH/NiCdのデフォルト = 0.95V/セル、鉛蓄電 池のデフォルト = 1.93V/セル)を下回ると、バッテリのPチャネ ルMOSFETが急激にオフしてバッテリが負荷から切り離され ます。DCINがUVLOを上回ると、負荷とLTC4110は電源入力 から電力供給されます。DCINがUVLOを下回ると、LTC4110 はマイクロパワー・シャットダウン・モードになります(詳細に ついては「シャットダウン・モード」を参照)。また、SMBusでア クセス可能なBKUP_FLTフォールト・ビットが設定され、バッ テリ電圧が十分である(VBAT ≥ 2.7V)限り保持されます。この フォールト・ビットは、DCINが内部UVLOスレッショルドを超 える電圧レベル(VUVIを参照)まで回復し、DCOUTが内部電 力を供給するのに十分な電圧(DCOUTを参照)まで回復し てから読み出し可能になります。DCINが回復してからGPIO2 ポートがBKUP_FLTbステータス出力として設定されると、こ のポートが L に強制されてBKUP_FLTビットが反転してい ることを示します。UVLOによってセンスされたときにDCINが 回復すると、シャットダウン・モードが自動的に解消されて通 常動作を再開することができます。ただし、BKUP_FLTビット は、SHDNピンが H に設定される(すべてのレジスタをリセッ ト)か、またはPOR_RESETかBUFLT_RSTのいずれかのレジ スタ・ビットが設定されるまでは設定されたままです。詳細に ついては、「シャットダウン・モード」を参照してください。バック アップ時には、外付けのサーミスタ・ネットワークによってバッ テリの接続状態がモニタされます。 バッテリ充電モード バッテリを充電する充電パスを図2に示します。電源入力から 電流が流れてバッテリを充電します。同時に、入力電源はシス テム負荷とバックアップ負荷の両方に電力供給します。バッテ リは常に負荷から絶縁されているので、チャージャの終了アル ゴリズムに影響することはありません。 バッテリ・ケミストリを少しの間無視すれば、LTC4110チャー ジャに関する限り、基本的な充電モードは2つだけです。 TYPEピンで標準バッテリ・モードを選択すると、充電終了は LTC4110にどのバッテリ・ケミストリを選択するかによって決
動作
図1. バックアップ・モードの動作 LTC4110 INID BATID DCDIV DCHFET CHGFET UVLO SET POINTBACKUP LOAD (DCOUT)
CURRENT FLOW SYSTEM LOAD BATTERY DCIN 0V ON ON OFF 4110 F01
LTC4110
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4110fb まります。特に、TIMERピンがアクティブになり、必要に応じて フォールト状態の検出や充電サイクル自体の終了に使用され ます。スマート・バッテリのSMBus充電制御コマンドは、送信 されればいつでも受け付けられる状態です。スマート・バッテ リは、ケミストリと電圧の設定が標準バッテリと等しければ、 標準バッテリ・モードで安全に動作することができます。TYPE ピンでスマート・バッテリ・モードが選択される場合には、 TIMERピンと充電終了時のTIMERピンの機能がディスエー ブルされるだけです。スマート・バッテリは、SMBusを介した充 電コマンドを使用し、いつでも充電サイクルの再開や終了を行 うことができます。また、このモードによって、スマート・バッテ リ規格に準拠したtTIMEOUTに基づくスマート・バッテリのウェ イクアップおよびウォッチドッグ機能がイネーブルされます。た だし、スマート・バッテリ・モード動作用に設定したLTC4110で 標準バッテリを使用することは推奨できません。バッテリ寿命 が短くなるか、バッテリが損傷または破壊する可能性がありま す。充電終了メカニズムがアクティブにならないので、極端な 場合には、これによって破裂することがあります。 次の項目では、TYPEピンで選択される各充電モードの詳し い動作について説明します。 標準リチウムイオン/ポリマー・バッテリの充電モード チャージャは、TYPEピンをGNDに接続することによって標準 リチウムイオン・バッテリに設定されます。リチウムイオン・バッ テリの充電時、LTC4110は、定電流および定フロート電圧領 域の動作をする、高効率、同期整流式、PWMフライバック・ バッテリ・チャージャとして動作します。定充電電流は、ICHG ピンからグランドに接続された抵抗(RCHG)、バッテリ電流セ ンス抵抗(RSNS(BAT))、CSP/CSNピンの抵抗の組み合わせに動作
よって設定されます。定電圧(フロート電圧)は、SELCピンを使 用することによって、直列セルの数に対応する4つの値(4.2V、 8.4V、12.6V、16.8V)の1つに設定され、VCHGピンで 0.3V/ セルの調整をすることができます。調整すると、自動再充電ス レッショルドと過電圧スレッショルドが比例して追尾します。 DCDIVピンでセンスされたときに電源入力が接続されてい て、DCDIVピンがUVLOを上回り、バッテリのセル電圧が自動 再充電スレッショルド(設定されたフロート電圧の95%、VARを 参照)を下回り、サーミスタ温度が理想制限COLDの範囲以 下(「SafetySignalデコーダ」を参照)または選択されておらず、 レジスタ・ビットCHARGE_INHIBITがクリアされる(レジスタ の詳細については表6と表7を参照)と、充電サイクルが開始さ れます。 ソフトスタートでは、ITHピンのコンデンサによって設定される 速度で充電電流が次第に増加します。充電が開始されると、 プログラム可能なタイマが時間測定を開始し、CHGb (GPIO1 ピン)のステータス出力が L になります。VREFピンに接続さ れる全直列抵抗によって設定される電流とともに、TIMERピ ンの外付けコンデンサによって、総充電時間が設定されます。 バッテリ電圧が3.0V/セルのバルク充電スレッショルド(VBC) より低いと、チャージャは予備調整トリクル充電電流から流し ます。トリクル電流は、IPCCピンからグランドに接続された抵 抗(RPCC)によって設定されます。予備調整トリクル充電時に、 バッテリ電圧が設定されたバルク充電時間の25%の間、バル ク充電スレッショルド(VBC)より低い状態のままだと、バッテリ が不良である可能性があり、充電シーケンスが直ちに終了し ます。このフォールトを示すため、CHGb(GPIO1ピン)がハイ・ インピーダンスになり、レジスタ・ビットCHG_STATE_0および CHG_STATE_1が L に設定され、CHG_FLTレジスタ・ビット が H に設定されます。充電が終了し、SMBus書き込みコマン ドRESET_TO_ZEROまたはPOR_RESETによってフォールト がクリアされる、SHDNピンがトグルする、またはバッテリが取 り外され置き換えられるまで、タイマがリセットされます。バッ テリが接続されていると、電源入力を取り外してもフォールト はクリアされません。 充電のどの段階においても、バッテリ電圧が設定されたフ ロート電圧の107.5%(VBOV)を上回ると、電圧がヒステリシス (VBOVH)を下回るまで、チャージャは停止します。タイマは停 止せず、フォールトは表示されません。 図2. 充電モードの動作 LTC4110 BACKUP LOAD SYSTEM LOAD BATTERY OFF OFF ON 4110 F02 DCIN CURRENT FLOW INID BATID DCHFET CHGFETLTC4110
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4110fb
動作
図3. 標準リチウムイオン・バッテリの充電状態図(調整は含まない)
# Logic Event (T = True, F = False) [Notes] Notes and/or Actions (T = True, F = False)
1 Or
RES_OR = F & DCDIV pin = T & SHDN pin = F & CHARGE_INHIBITED = F & CHG_FLT = F & VBAT < VBC
RES_OR = F & DCDIV pin = T & SHDN pin = F & CHARGE_INHIBITED = F & CHG_FLT=F & ChargingVoltage() ≠ 0 & ChargingCurrent() ≠ 0
IPPC & Timer/4(PreCond) = Started & CHG = T & ALARM_INHIBITED = F
(RES_OR = F = Bat Inserted -> See ChargeStatus() ) (POR_RESET -> See ChargeMode()
2 VBAT > VBC IPPC = Off & ICHG = On & Timer/4(PreCond) = Stopped & Timer(Bulk) = Started.
3 C/5 = T Timer(Bulk) = Stopped & Timer/4(Top Off) = Started 4 Timer/4(Top Off = done [Battery is full] ICHG = Off & CHG = F (Typical Full State)
5 Timer/4(PreCond) = done before VBAT > VBC IPPC = Off & CHG_FLT = T & CHG = F
6 Timer(Bulk) = done before C/5 = T ICHG = Off & CHG_FLT = T & CHG = F
7
Or RESET_TO_ZERO = T [See ChargeMode()] CHARGE_INHIBIT=T [See ChargeMode()] ICHG or IPPC = Off & All Timers = Reset & CHG_FLT = F & CHG = F 8 RES_HOT = T & RES_UR = F [See ChargeStatus()] ICHG or IPPC = Off & CHG_FLT = T, Timers paused.
9 RES_HOT = F [See ChargeStatus()] ICHG or IPPC = On & CHG_FLT = F, Timers resume.
10 Or Or Or Or DCDIV pin = F
RES_OR = T [Bat Removed, See ChargeStatus()] SHDN pin = T
VUVD = T
POR_RESET = T [See ChargeMode()]
ICHG or IPPC = Off & All Timers = Reset & ALARM_INHIBITED = F & CHG_FLT =
F & CHG = F & CHARGE_INHIBITED = F
11
Or VChargingVoltage() & ChargingCurrent() ≠ 0AR = T [AutoRestart] (The battery needs another charge cycle or Smart Battery has requested to start another cycle.) 12
Or Or Or
AlarmWarning() command is sent by Smart Battery over SMBus with any of the following bits set to True: OVER_CHARGED_ALARM
TERMINATE_CHARGE_ALARM Reserved ALARM
OVER_TEMPERATURE_ALARM
ICHG or IPPC = Off & All Timers = Reset & CHG = F & ALARM_INHIBITED = T
(ALARM_INHIBITED bit is found in ChargeStatus()) 13 ChargingVoltage() or ChargingCurrent() = 0 sent ICHG or IPPC = Off & CHG = F
14 VBOV = T [Battery Overvoltage] PWM stopped. Timers remain running.
15 VBOV = F PWM restarted. 注: すべての充電状態で、VCHGは常にアクティブ。 4110 F03 PWM STOPPED (BATTERY OVP) STOP CHARGE (OVERTEMPERATURE) ANY CHARGE STATE RESUME CHARGE STATE 15 9 14 8 ANY CHARGE STATE PRE-CONDITIONING
CHARGE CHARGESTOP
TOP-OFF CHARGE 7, 12, 13 10 4 (BATTERY FULL) 1 2 3 RESET 5 (PRE-CONDITIONING FAULT)
11 (BATTERY NEEDS RECHARGE)
6 (BULK TIME FAULT)
BULK
LTC4110
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4110fb バッテリ電圧がバルク充電スレッショルド(VBC)を超えると、 チャージャは充電サイクルのバルク充電部分を開始します。 バッテリが電荷を受け取るので、電圧が上昇します。定電流 充電はバッテリが定電圧に達するまで継続します。この時点 で、充電電流が減少し始め、充電サイクルの定電圧部分の開 始を示します。 チャージャは、C/xに達するか、またはバルク充電時に、設定 されたバルク充電時間の100%が経過するまでは、バッテリ 両端の定電圧を維持します。電流がフルスケール充電電流 の約20%まで減少すると、内部のC/xコンパレータがトップオ フ段階を開始します。トップオフ段階では、設定された総バル ク充電時間の25%の間充電します。この時間が経過すると、 充電が終了し、CHGb (GPIO1ピン)がハイ・インピーダンス状 態に強制され、レジスタ・ビットCHG_STATE_0およびCHG_ STATE_1が L に設定されます。C/xに達する前に総バルク充 電時間が経過すると、充電が終了し、SMBus書き込みコマン ドRESET_TO_ZEROまたはPOR_RESETによってクリアされ る、SHDNピンがトグルする、またはバッテリが取り外され置き 換えられるまで、CHG_FLTフォールトが示されます。バッテリ 電圧が十分な値の場合、電源入力を取り外してもフォールト 状態はクリアされません。 オプションの外付けサーミスタ・ネットワークが一定の間隔で サンプリングされ、バッテリ温度のモニタとバッテリの接続検 出が行われます。サーミスタの温度が高い場合(「SafetySignal デコーダ」を参照)、充電タイマが停止して充電電流が中断 し、CHG_FLTb (GPIO3ピン)が L に強制されてCHG_FLT ビットが H に設定されます。CHGb (GPIO1ピン)、レジス タ・ビットCHG_STATE_0およびCHG_STATE_1は影響され ません。サーミスタが許容できる値に戻ると、充電が再開さ れ、CHG_FLTb (GPIO3ピン)がハイ・インピーダンスに戻り、 CHG_FLTビットが L にリセットされます。サーミスタがオー プン状態の場合には、バッテリが接続されていないことを示し ます。温度モニタ機能を無効にするには、サーミスタを抵抗に 置き換えて理想バッテリ温度を示します。サーミスタを使用し ない場合、バッテリ接続検出が必要になると、抵抗回路はバッ テリ・コネクタを経由させる必要があります。 充電サイクルがフォールトを生じることなく終了した後、平均 バッテリ・セル電圧が自動再充電スレッショルドを下回ると充 電サイクルは自動的に再開されます。SHDNピンを H にする か、またはSMBusを介してCHARGE_INHIBITビットを H に 設定することによって、いつでも充電を強制的に停止すること ができます。 スマート・バッテリ充電モード この項目では、SMBusインタフェースを備えたスマート・バッ テリについて説明します。スマート・リチウムイオン・バッテリ はTYPEピンをVDDピンに接続することによって選択され、ス マート・ニッケル(NiMH/NiCd)バッテリはTYPEピンをVREFピ ンに接続することによって選択されます。LTC4110にはスマー ト・バッテリ・チャージャのコマンドのサブセットしか実装され ていないので、たとえバッテリが「スマート」だとしても、実際の 充電アルゴリズムは外付け抵抗を介したLTC4110によって決 定されます。 LTC4110は、定電流および定フロート電圧領域の動作を する、高効率、同期整流式、PWMフライバック・バッテリ・ チャージャとして動作します。定充電電流は、ICHGピンから グランドに接続された抵抗(RCHG)、バッテリ電流センス抵 抗(RSNS(BAT))、CSP/CSNピンの抵抗の組み合わせによって 設定されます。リチウムイオン・バッテリでは、定電圧(フロー ト電圧)は、SELCピンを使用することによって、直列セルの数 に対応する4つの値(4.2V、8.4V、12.6V、16.8V)の1つに設定 され、VCHGピンで 0.3V/セルの調整を行うことができます。 ニッケル・バッテリでは、定電圧機能は使用されませんが、 ChargingVoltage()レジスタにはゼロではない値を書き込む必 要があります。スマート・バッテリ向けでは内蔵の自動再充電 機能は禁止されます。 充電のどの段階においても、バッテリ電圧が設定されたフ ロート電圧の107.5%(VBOV)を上回ると、電圧がヒステリシス (VBOVH)を下回るまで、チャージャは停止します。タイマは停 止せず、フォールトは表示されません。ニッケル・ベースのス マート・バッテリを使用する場合、この機能はディスエーブル されます。 スマート・バッテリの充電モードに関しては、以下に示す4つの 状態があります。 • SMBusウェイクアップ充電状態 • SMBus予備調整充電状態 • SMBusバルク充電状態 • SMBus OFF状態 これらの状態について、以下の4つの項目で説明します。動作
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4110fb
動作
図4. スマート・バッテリの充電状態図(調整は含まない)
# Logic Event (T = True, F = False) [Notes] Notes and/or Actions (T = True, F = False)
1 Or
RES_OR = F & DCDIV pin = T & SHDN pin = F & CHARGE_INHIBITED = F & CHG_FLT = F & RES_HOT = F RES_OR = F & DCDIV pin = T & SHDN pin = F &
CHARGE_INHIBITED = F & CHG_FLT = F & RES_HOT = T & RES_UR = T
IPPC = On (Constant Current only) & TTIMEOUT = Started & CHG = T
2 ChargingVoltage() & ChargingCurrent() ≠ 0 sent Timer/4(Pre-Charge) = Started & TTIMEOUT disabled & ALARM_ INHIBITED = F
3 VBAT > VBC IPPC = Off, ICHG = On, Timer/4(Pre-Charge) = Stopped & Timer(SMBus)
= Started
4 ChargingVoltage() or ChargingCurrent() = 0 sent ICHG = Off & All Timers = Reset & CHG = F
5 Timer/4(Pre-Charge) = Done before VBAT > VBC IPPC = Off & All Timers = Reset & CHG = F
6 ChargingVoltage() & ChargingCurrent() ≠ 0 sent & RES_OR = F & DCDIV pin = T & SHDN pin = F & CHARGE_INHIBITED = F & CHG_FLT = F
IPPC = On & Timer/4(Pre-Charge) = Started & CHG = T &
ALARM_INHIBITED = F
7 TTIMEOUT = Done (Dead Battery or Loss of SMBus) ICHG = Off & All Timers Reset & CHG = F
8 RES_HOT = T & RES_UR = F [See ChargeStatus()] ICHG or IPPC = Off & CHG_FLT = T, Timer = Paused.
9 RES_HOT = F [See ChargeStatus()] ICHG or IPPC = On & CHG_FLT = F, Timer = Resume.
10 Or Or Or Or DCDIV pin = F
RES_OR = T [Bat Removed, See ChargeStatus()] SHDN pin = T
VUVD = T
POR_RESET = T [See ChargeMode()]
ICHG or IPPC = Off & All Timers = Reset & CHG_FLT = F & CHG = F &
ALARM_INHIBITED = F & CHARGE_INHIBITED = F
11 VBOV = T [Battery Overvoltage] PWM stopped. Timers remain running.
12 VBOV = F PWM restarted.
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Or RESET_TO_ZERO = T [See ChargeMode()] CHARGE_INHIBIT = T [See ChargeMode()] ICHG or IPPC = Off & All Timers = Reset & CHG_FLT = F & CHG = F 14
Or Or Or
AlarmWarning() command is sent by Smart Battery over SMBus with any of the following bits set to True:
OVER_CHARGED_ALARM TERMINATE_CHARGE_ALARM Reserved ALARM
OVER_TEMPERATURE_ALARM
ICHG or IPPC = Off. & All Timers = Reset & CHG = F &
ALARM_INHIBITED = T
(ALARM_INHIBITED bit is found in ChargeStatus())
注：VCHGは、定電流モードで動作するニッケル・バッテリを除きすべての充電状態でアクティブ。 4110 F04 PWM STOPPED (BATTERY OVP) OFF (OVERTEMPERATURE) ANY CHARGE STATE RESUME CURRENT STATE 12 9 11 8 PRE-CONDITIONING CHARGE WAKE UP CHARGE 1 4 (BATTERY FULL) 2 4, 7, 13, 14 3 ANY CHARGE STATE 10 RESET OFF 5 (BAD BATTERY) 6 (BATTERY RECHARGE REQUEST)
BULK
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4110fb SMBusウェイクアップ充電状態 ウェイクアップ 充 電 時には、バッテリは、前のレジスタ ChargingCurrent()およびChargingVoltage()の値に関係なく一 定の「ウェイクアップ」電流で充電されます。電流は、IPCCピン に接続された外付け抵抗で設定された予備調整充電電流に 等しくなります。ウェイクアップ・タイマはtTIMEOUTと同じ時間 (標準175秒)になります(tTIMEOUTを参照)。 バッテリのウェイクアップ充電を可能にするには以下の条件 を満たす必要があります。 • SafetySignalはRES_COLD、RES_IDEAL、RES_URのいず れかでなければならない。 • ACアダプタが接続されていなければならない。これは、 DCDIV > VAC＋VACHとDCINがUVLOを上回ることによって確認されます。 • AC電源が印加されてバッテリが接続されているか、ま たはACアダプタが接続されてからバッテリが接続され る場合、バッテリがレジスタChargingCurrent()および ChargingVoltage()にゼロではない値を書き込まなければ、 ウェイクアップ充電が開始されます。 注記がない限り、以下の条件によってウェイクアップ充電状態 が終了し、充電動作を停止します。 • SafetySignalがRES_COLDまたはRES_URのとき、tTIMEOUT 時間に達する(tTIMEOUTを参照)。ステート・マシンはSMBus OFF状態になります。CHG_FLTビットは設定されません。 • SafetySignalがRES_HOTである。ステート・マシンはSMBus OFF状態になります。 • SafetySignalがRES_ORである。ステート・マシンはリセット 状態になります。 •レジスタChargingCurrent()およびChargingVoltage()にゼロで はない値が書き込まれると、LTC4110はウェイクアップ充電 状態を終了してSMBus予備調整充電状態になります。 • AC電源が接続されていない(DCDIV < VACまたはDCINが UVLOを下回る)。ステート・マシンはリセット状態になりま す。 • ChargerStatus()レジスタのALARM_INHIBITEDが設定され る。ステート・マシンはSMBus OFF状態になります。 • BBuControl()レジスタのCHARGE_INHIBITが設定される。 充電は停止しますが、ウェイクアップ・タイマは停止しませ ん。CHARGE_INHIBITをクリアすると、LTC4110がイネーブ ルされて充電が再開されます。 • DCIN電圧が(内部UVLOによって決められている)バッテリ を充電するのに十分な値ではない。これにより、ステート・ マシンはリセット状態になり、すべての充電動作が停止しま す。DCIN電圧がバッテリを充電するのに十分な値になると、 LTC4110はウェイクアップ充電を再開します。 • BBuControl()レジスタのCAL_STARTビットが設定される。 充電が停止し、LTC4110は調整状態になります。 • ChargingVoltage()レジスタまたはChargingCurrent()レジス タのいずれかにゼロ値が書き込まれる。ステート・マシンは SMBus OFF状態になります。 • BBuControl()レジスタのRESET_TO_ZEROが設定される。 充電が停止し、SMBus OFF状態になります。 SMBus予備調整充電状態 SMBusが予備調整充電状態のとき、チャージャは予備調整 充電電流制限状態で動作しています。SMBus予備調整充電 を開始させるには、以下の条件を満たす必要があります。 •レジスタChargingVoltage()およびChargingCurrent()には、 ゼロではない値を書き込まなければならない。LTC4110は、 これらのレジスタのステータスを直接通知することはあり ません。バッテリをこの状態を維持するのに必要なのは、 ChargingVoltage()およびChargingCurrent()の1組のレジス タに書き込むだけです。SMBus予備調整充電状態では、 tTIMEOUTタイマは動作しません。 • SafetySignalはRES_COLD、RES_IDEAL、RES_URのいず れかでなければならない。 • ACアダプタが接続され、容量が十分でなければならない。 これは、DCDIV > VAC＋VACHおよびDCIN > UVLOによっ
て確認されます。 以下の条件によって、SMBus予備調整充電状態が下記に説 明するような影響を受けます。 • SafetySignalがRES_HOTである。充電が停止し、SMBus OFF状態になります。
動作
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4110fb • SafetySignalがRES_ORである。充電が停止します。LTC4110 はリセット状態になります。 • AC電源が接続されていない(DCDIV < VACまたはDCIN < UVLO)。LTC4110はリセット状態になります。 • ChargerStatus()レジスタのALARM_INHIBITEDが設定され る。充電が停止します。LTC4110はSMBus OFF状態になりま す。 • BBuControl()レジスタのCHARGE_INHIBITが設定される。 充電は停止しますが、T/4タイマは停止しません。CHARGE_ INHIBITをクリアすると、LTC4110がイネーブルされて充電 が再開されます。 • BBuControl()レジスタのRESET_TO_ZEROが設定される。 充電が停止します。LTC4110はSMBus OFF状態になります。 • ChargeVoltage()レジスタまたはChargeCurrent()レジスタにゼ ロ値が書き込まれる。充電が停止します。LTC4110はSMBus OFF状態になります。 • バッテリ電圧がバルク充電スレッショルドを超えると、 LTC4110はSMBusバルク充電状態になります。 • T/4タイムアウトが生じると、充電が停止し、LTC4110は SMBus OFF状態になります。 • BBuControl()レジスタのCAL_STARTビットが設定される。 充電が停止し、LTC4110は調整モードになります。 SMBusバルク充電状態 SMBusがバルク充電状態のとき、チャージャはバルク充電電 流制限で動作しています。SMBusバルク充電を開始させるに は、以下の条件を満たす必要があります。 •レジスタChargingVoltage()およびChargingCurrent()には、ゼ ロではない値を書き込まなければならない。LTC4110は、こ れらのレジスタのステータスを直接通知することはありませ ん。 • SafetySignalはRES_COLD、RES_IDEAL、RES_URのいず れかでなければならない。 • ACアダプタが接続され、容量が十分でなければならない。こ れは、DCDIV > VAC＋VACHおよびDCIN > UVLOによって確認されます。 以下の条件によって、SMBusバルク充電状態が下記に説明す るような影響を受けます。
