ǒ Ǔ 定電流レギュレータ充電回路 AND9031/D

(1)

AND9031/D

電レギュレータ電路

要約アプリケーション・ノートでは、バッテリのコストにレギュレータ

CCR

をし、シンプルなコントローラを"してを#$させる%&を'(します。

Figure 1. Block Diagram of Charging Circuit

+ Source −

Current Control

Voltage Reference

Charge Indicator Controller

Battery

電バッテリの種類

)も*+,なバッテリは、ニッケル./

(NiMH)

、ニッケルカドミウム

(NiCad)

、リチウムイ

オン

(Li−Ion)

の

3

5です。バッテリがされるレ

ートに67するときは、89:「

C

」がされます。「

C

」は

1.0

;<=のバッテリ>を?しています。@えば、A

800 mAh

のバッテリを

0.5C

でできるとすると、バッテリをフルするには

400 mA

ので

2

;かかります。

ニッケル素とニッケル・カドミウム

NiMH

バッテリのCDEは

1.2 V/

セルであり、

)

1.5−1.6 V/

セルまでするGHがあります。

のIタイミングをKするためのL&がいくつかあります。それには、ピークEOP、QのデルタE、デルタST

(dT/dt)

、STU、タイマなどがWまれます。ハイエンド・チャージャの[\、

これらをすべて

1

]の^に_ できます。

CCR

チャージャはピークEOPで、`のピークEでを#$します。`ピークEは

1.5 V/

セルであり、バッテリを≈

97%

にします。

ニッケル・カドミニウム・バッテリはこのをしてできます。これらのabは

NiMH

バッテリにcにdくeているため、この%&はfgに hiします。

リチウム・イオン

Li−Ion

バッテリのcの%&は、バッテリを

0.5

〜

1C

で

4.2 V/

セルまでし、そのjでトリクルをkうことです。

Li-Ion

バッテリのSTlm は、nは

5 ° C

opにqえることがGHで、これよりもいとrsのtuがあります。サイクルのトリクルgでは、バッテリSTがfgに lmしており、rsのwiuが)xになっています。このyのために、ハイエンドでは

NCP1835B

などのスマート

IC

をしてリチウム・

イオン・バッテリのをz{し、|}します。

ここで'(した

CCR

コントローラは、サイクルにトリクルをWめないことでrsのtuをなくし、バッテリを~abにしてバッテリのにちます。ただし、トリクル

をなくすと、バッテリには≈ 85%

までのしかk われません。

準電!の設

Eは

3

プログラマブル・シャント・レギ

ュレータ

TL431

でされます。

TL431

はリファレン

ス・ピンに

2.5 V

の*Pをするようにされています。

Figure 2

にすとおり、2の

をしたときは、

2.5

〜

36 V

のでEを

できます。の,のために、

R

₂を

1.0 k Wに

し、 ¡のEに\わせて

Rref

を¢£します。

R

₂

/R

_refの¤を¥つけるためのは、¦のとおりです。

V_ref+

ǒ

¹⁾_R^R²

ref

Ǔ

^2.5

TL431

のカソードにされるは、を|

したり、¨EをEからgするのに

されます。

Figure 2. Setup of Reference Voltage V_ref

R_ref R₂ R₁

V₊

ヒステリシス・ループ&きコンパレータ

シングル・コンパレータ

LM311

はバッテリのE とEを¤するのにされます。ª«¨

にはバッテリEがされます。Pとª«¨

ののフィードバック

(R

_h

)

でヒステリシスが

されます。

1.0 k Wの R

₃をして、

R

₃

/R

_hの

APPLICATION NOTE

www.onsemi.jp

(2)

¤を<®にします。

R

_hを¢£すると、ヒステリシス

・ループの¯°を±²できます。

R

_hを³やすと¯

°が´µし、そのにもなります。が#$するとバッテリのEがわずかに¶するため、ヒステリシスの¯°は

200 mV

·lが¸¹されます。

ª«¨の

“H” Eまたは “L” Eをºするための

は、¦のとおりです。

V_inL+ R₃

R₃)R_h

ǒ

V_OL*V_ref

Ǔ

)V_ref V_inH+ R₃

R₃)R_h

ǒ

^V_OH*V_ref

Ǔ

)V_ref

1.0 k W (R

₄

)

がコンパレータのPにされ、

プルアップとして»きます。

Figure 3. Hysteresis Setup

− + V_ref

V_in R₃

R_h

V_O

V_in V_inL V_inH

V_ref Hysteresis

V_OH

V_OL

Figure 4. Schematic of Charging Circuit

− +

R_h

Source

R₄

R₅

R₆

Q₃

Q₆

Q₇ Q₄ Q₅

Q₂ R₁

R₂

R_ref Q₁

R₃

LED

D₁ R_adj2

R_adj1

Battery

電スイッチ

の

2

¼の

BJT (Q

₃と

Q

₆

)

は、を|}するためのスイッチとして»きます。

Q

₆のベースは

5.6 k W (R

₆

)

を¾してコンパレータPによって

|}されます｡

Q

6のコレクタは

1.0 k W (R

5

)

を¾して

Q

3のベースにされます｡コンパレータのP

が

“L”

になると、

Q

6がターンオフし、それによって

Q

₃がターンオフしてを¿Àします。

電*+バッテリのは

CCR

をして|}されます。は

1

¼のw±

CCR

をするかÁÂの

CCR

をÃÄÅÆにして¢£できます。このデモ・ボードは､

Q

₄と

Q

₅の

2

¼の

CCR

をÃÄでするように

されています。

(3

¼·lの

CCR

をÃÄにして、ÉÊのUをËることもwiです

)

。アプリケーション・ノートで'(する@の[\､

CCR

(NSI45090JDT4G)

を

90

〜

160 mA

ので¢£できます。データgÌには、

90

、

180

、

300 mA

の

3

5のがされました。

インジケータLED

バッテリがnであることをすために、

LED

と

CCR

、

Q

₇がされています。

CCR

は

LED

に*

のをします。この

LED

はチャージャにバッテリがされていないときにもÍÎします。

LED

がÏÎするとバッテリがフルされたことをします。

複-のテスト電に0するセットアップ

Table 1

にと#$EをKする±a

gをします。

180 mA

でのテスト nは、

2

¼の

NSI45090JDT4G CCR

をして、

R

adj

= 10 W

で

90 mA

のPをÐえます。

(3)

Table 1. RESISTANCE VALUES FOR TESTS Battery Type/

Charge Current R_ref R_h R_adj1 R_adj2

Li-Ion/90 mA 1.8 kW 18 kW ∞ *

Li-Ion/180 mA 1.8 kW 18 kW ∞ ∞

Li-Ion/300 mA 1.8 kW 18 kW 5.0 W 5.0 W

NiMH/90 mA 1.4 kW 18 kW ∞ *

NiMH/180 mA 1.4 kW 18 kW ∞ ∞

NiMH/300 mA 1.4 kW 18 kW 5.0 W 5.0 W

*Q5 is not used, no need for R_adj2

結5

CCR

は、

Li-ion

バッテリと

NiMH

バッテリ

のÑ%を

90 mA

、

180 mA

、

300 mA

ですることによってテストされました。

Table 2

にバッテリn にモニタされたÒなEをします。

Table 3

には、

がバッテリのを#$したÓjのÒなEを

しています。

Table 3

では、

90 mA

でnの

NiMH

バッテリのデータはされています。このテストnはバッテリのS TがÔ Õにl mしたため

(Table 4

をÖ ×

)

、テストはバッテリEがEにするØに#$

しました。このでnの

NiMH

バッテリの

STlm

については、

TECHNIK

ウェブサイト

www.technik.net

で'(されています。

Table 2. VOLTAGES WHILE CHARGING

Battery Type/

Charge Current

Comparator Output Voltage

(V)

PNP Collector Voltage (V)

PNP Emitter Voltage (V)

PNP Collector

− Emitter Voltage (V)

PNP Base Voltage (V)

Diode Forward Voltage (V)

Li-Ion/90 mA 10.13 12.123 12.141 0.018 8.776 0.2914

Li-Ion/180 mA 10.124 12.102 12.134 0.032 8.785 0.3109

Li-Ion/300 mA 10.08 12.029 12.08 0.051 8.745 0.3247

NiMH/90 mA 10.155 12.132 12.151 0.019 8.782 0.2918

NiMH/180 mA 10.142 12.103 12.135 0.032 8.787 0.3107

NiMH/300 mA 10.109 12.045 120.94 0.049 8.746 0.3263

Table 3. VOLTAGES JUST AFTER CHARGING WAS TERMINATED

Battery Type/Charge Current

Comparator Output Voltage

(V)

PNP Collector Voltage (V)

PNP Emitter Voltage (V)

PNP Collector

− Emitter Voltage (V)

Diode Forward Voltage (V)

Li-Ion/90 mA 0.223 1.381 12.167 10.786 −2.764

Li-Ion/180 mA 0.223 1.3 12.165 10.865 −2.378

Li-Ion/300 mA 0.223 1.383 12.16 10.777 −2.679

NiMH/180 mA 0.223 1.37 12.165 10.795 −3.025

NiMH/300 mA 0.223 1.35 12.16 10.81 −2.936

Table 4

にはバッテリのSTデータがÙ されてい

ます。すべてのケースでÚSTはÛ

25 ° C

でした。

Li-ion

バッテリの[\、がxきいほどバッ

テリSTがくなるとÜÝけることができます。

0.1C

·lでするときは、

NiMH

バッテリについてもÞじことが6えます。するレートを

するときは、このことをßにàいておくことが

Hです。

Table 4. TEMPERATURES OF THE BATTERIES

Battery Type/Charge Current

Start Battery Temperature (5C)

Maximum Battery Temperature (5C)

Change in Battery Temperature (5C)

Li-Ion/90 mA 25.0 26.0 1.0

Li-Ion/180 mA 25.0 27.7 2.7

Li-Ion/300 mA 25.0 28.4 3.4

NiMH/90 mA 25.0 30.0 5.0

NiMH/180 mA 25.0 27.9 2.9

NiMH/300 mA 25.0 28.1 3.1

(4)

電電と6間

レギュレータをすると、が#$するまでは*にáされます

(Figure 5

をÖ

×

)

。

Figure 5. Charge Current vs. Time BJTおよびダイオードの消費電;

âãされているでは、Ïäがxきな yとなっています。¨Eを¶げることが uiをくする

1

つの%&です。これが

V

_CE(sat)トランジスタをした

1

つのåæです。

Table 1

にすとおり、トランジスタの

V

_CEはcにくなっています。これは

PNP

トランジスタのÏäと;の

çをす Figure 6

によっても、èけられます。é

êどおり、が³ëすると

PD

が³ëします。

しかし、Û

300 mA

のではトランジスタのÏ äは

15 mW

opです。

V

_CE(sat)

BJT

のにë えて、

DSN2 V

_Fショットキ・バリア・ダイオードをしてÏäをqえています。このダイオードはáîにされます。

NSR10F40NXT5G

をしたのは、ïðñで

V

Fが)のダイオードの

1

つであるというåæからです。テストした)

では、ダイオードによるÏäは 95 mW

Ø jです。

Figure 7

に、

DSN2 V

Fショットキ・バリア

・ダイオードのバッテリ;のÏäをしま

す。

V

_CE(sat)

BJT

と

V

_Fショットキ・バリア・ダイオ

ードのÑ%をした[\、¨Eはwiな)ò Uとなります。

Figure 6. PD of PNP Transistor vs. Time

Figure 7. PD of Diode vs. Time CCRの消費電;

CCR

をするうえでÏäはcにHなパラメータです。

CCR

はバッテリがでされるためのE¶デバイスです。このデバイスが ëôしõめるとは´µしõめます。

CCR

のST lmをqえるために、ボードのöきのxgに

がàされています。 CCR

のカソードはヒートシンクとして»くよう、このにされます。

ÁÂの

CCR

をÃÄÅÆでするとき、¼々の

CCR

のÏäは、

CCR

をれる¼÷によって³やされるEだけであることをøれないでください。

\ではありません。

Figure 8

に

CCR

のÏä

と;のçをします。よりxきい

をËるためにÁÂの

CCR

をする[\で、

CCR

データの

1

つのみをしています。

Figure 8. PD of CCR vs. Time バッテリ電!06間

Figure 9

は、

6

つのテストù@すべてにおけるバッ

テリEをしたものです。

Li−Ion

バッテリEの [\、Eが

4.2 V

にした;Íでúûになることが éüされます。よりhiのでは、これはトリクルがkわれるときです。しかし、「バッテリの5」セクションで'(したとおり、このはéめKめられたE

(

このケースでは

4.15 V)

でを¿Àするようにされています。

(5)

Figure 9. Battery Voltage vs. Time

まとめÜÝとして、nにバッテリに*のを

するのに、レギュレータ

(CCR)

をできます。また、ここで'(したコントローラを

CCR

と ýすると、Þ*でþなるUにより、多様な5のバッテリをすることができます。

>考資?

[1] NSR10F20/D, “Schottky Barrier Diode”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[2] NSS40200L/D, “40 V, 4.0 A, Low V

_CE(sat)

PNP Transistor”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[3] NSI45090DD/D, “Adjustable Constant Current Regulator & LED Driver”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[4] LM211/D, “Single Comparators”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[5] TL431/D, “Programmable Precision References”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[6] MMBT3904LT1/D, “General Purpose Transistor”, Data Sheet, ON Semiconductor.

[7] Battery University. “Charging Lithium−ion”.

http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_lit hium_ion_batteries

[8] Battery University. “Charging Nickel-metal-hydride”.

http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_ni ckel_metal_hydride

[9] Battery University. “Charging Nickel-cadmium”.

http://batteryuniversity.com/learn/article/charging_ni ckel_based_batteries

[10] TECHNIK. “Charging the Nickel-metal Hydride Battery”.

http://www.technick.net/public/code/cp_dpage.php?a

iocp_dp=guide_bpw2_c04_05

(6)

APPENDIX I − BILL OF MATERIALS FOR CCR CHARGING CIRCUIT DEMO BOARD

Qty Location on PCB Part No. Description Manufacturer

1 D₁ NSR10F20NXT5G DSN2 Low VF Schottky Diode ON Semiconductor

1 Q₃ NSS40200LT1G Low VCE(sat) PNP Transistor ON Semiconductor

1 Q₆ MMBT3904LT1G NPN Transistor ON Semiconductor

1 Q₂ LM311DG Single Comparator ON Semiconductor

1 Q₁ TL431BCDG Programmable Precision Reference ON Semiconductor

1 Q₄, Q₅ NSI45090JDT4G 90−160 mA CCR ON Semiconductor

1 Q₇ NSI45025AZT1G 25 mA CCR ON Semiconductor

2 R₄, R₅ 1206 SMD Resistor, 1 kW 1/4 W 1%

3 R₁, R₂, R₃ 0805 SMD Resistor, 1 kW 1/8 W 1%

1 R₆ 0805 SMD Resistor, 5.6 kW 1/8 W 1%

2 R_adj1, R_adj2 1210 SMD Resistor, 1/2 W 1%, value depends on design

1 R_ref 0805 SMD Resistor, 1/8 W 1%, value depends

on design

1 R_h 0805 SMD Resistor, 1/8 W 1%, value depends

on design

1 LED SMD 50 mA LED

15 All TP’s Conn. Header

1 Vdc PJ−102A Conn Jack Power 2.1 mm PCB CUI Inc.

2 V_in−, V_batt− 571−0100 Banana Conn Deltron

2 V_in+, V_batt+ 571−0500 Banana Conn Deltron

(7)

APPENDIX II − PCB LAYOUT OF CCR CHARGING CIRCUIT DEMO BOARD

Figure 10. Top Layer Copper and Silkscreen

Figure 11. Bottom Layer Copper

ON SemiconductorびON SemiconductorのロゴはON SemiconductorというをうSemiconductor Components Industries, LLC しくはそののび/またはのにおけるです。ON Semiconductorは、、、トレードシークレット()とのに!する"を# します。ON Semiconductorの$%/ の&'!(リストについては、*+のリンクからご-いただけます。www.onsemi.com/site/pdf/Patent−Marking.pdf. ON Semiconductorは./なしで、0123の$%の45を 6うことがあります。ON Semiconductorは、いかなる7の8での$%の&9:について#;しておらず、また、お<=の$%において>?の@'や'からAじたBC、

に、DE、FE、GHなIJなどKLのIJに!して、いかなるBCもMうことはできません。お<=は、ON SemiconductorによってNOされたサポートやアプリケーションSTのUVにかかわらず、すべてのWX、YZ、[\:の]^あるいは_の`aをbむ、ON Semiconductor$%を'したお<=の$%とアプリケーションについてK LのBCをMうものとします。ON Semiconductorデータシートやd=1にeされるfg:のある「_」パラメータは、アプリケーションによってはkなることもあり、lm の:gもnFのopにより4qするfg:があります。「_」パラメータをbむすべてのrパラメータは、ご'になるアプリケーションに@じて、お<=のstuvw においてxyz;されるようお{い|します。ON Semiconductorは、そのやそのの"の+、いかなるライセンスも}しません。ON Semiconductor$%は、A~

や、いかなるFDA (%%)クラス3の、FDAがしないにおいてKもしくはのものとyされる、あるいは、へのを!(

としたにおける]%などへの'をしたはされておらず、また、これらを'!(としておりません。お<=が、このようなされたものではない、fされていないアプリケーション'にON Semiconductor$%をまたは'した9、たとえ、ON Semiconductorがその%のまたは$にしてp があったと¡¢されたとしても、そのようなせぬ'、また£fの'に¤した¥¦§から、DE、¨はFEにAじるすべてのクレーム、ª'、IJ、oª、および«¬®などを、

お<=のBCにおいて¯°をお{いいたします。また、ON Semiconductorとその±²、³²、、¤ 、´µ¶に!して、いかなるIJも·えないものとします。

ON Semiconductorは¸' ¹§/º»¼½¸'¡です。この¾®は&'されるあらゆるWの!(となっており、いかなる¿WによってもÀÁすることはできません。

PUBLICATION ORDERING INFORMATION

N. American Technical Support: 800−282−9855 Toll Free USA/Canada

Europe, Middle East and Africa Technical Support:

LITERATURE FULFILLMENT:

Literature Distribution Center for ON Semiconductor 19521 E. 32nd Pkwy, Aurora, Colorado 80011 USA

ON Semiconductor Website: www.onsemi.com Order Literature: http://www.onsemi.com/orderlit

ǒ Ǔ 定 電 流レギュレータ充 電 回 路 AND9031/D

AND9031/D

電レギュレータ 電路

CCR

(NiMH)

(NiCad)

(Li−Ion)

3

C

C

1.0

800 mAh

0.5C

400 mA

2

NiMH

1.2 V/

1.5−1.6 V/

(dT/dt)

1

CCR

1.5 V/

97%

NiMH

Li−Ion

0.5

1C

4.2 V/

Li-Ion

5 ° C

NCP1835B

IC

CCR

をなくすと、バッテリには≈ 85%

3

TL431

TL431

2.5 V

Figure 2

2.5

36 V

R

1.0 k Wに

Rref

R

/R

ǒ

Ǔ

TL431

したり、¨EをEからgするのに

LM311

(R

)

1.0 k Wの R

R

/R

APPLICATION NOTE

R

R

200 mV

“H” Eまたは “L” Eをºするための

ǒ

Ǔ

ǒ

Ǔ

1.0 k W (R

)

2

BJT (Q

Q

)

Q

5.6 k W (R

)

Q

1.0 k W (R

)

Q

“L”

Q

ǒ Ǔ 定電流レギュレータ充電回路 AND9031/D

電レギュレータ電路

したり、¨EをEからgするのに

1.0 k Wの R

“H” Eまたは “L” Eをºするための

1.0 k W (R

5.6 k W (R

1.0 k W (R

çをす Figure 6