DN-196: LTC1626：1セル・リチウムイオン電池で動作する降圧コンバータ

はじめに

LTC1626は入力電圧範囲が2.5V～6Vの低電圧、高効率、モノリシック降圧DC/DCコンバータで、1セルのリチウムイオン電池アプリケーションに最適です。低R_DS(ON)内蔵スイッチにより、高効率を達成し最大0.6Aの出力電流を提供することができます。LTC1626は自動パワーセーブのバースト・モード^™動作をもち、負荷電流低下時にゲート電荷損失を低減します。コンバータの消費電流は無負荷時にはわずか160µA、シャットダウン時には1µAであり、消費電流に敏感なアプリケーションに最適です。

1セル・リチウムイオン電池の動作

図1に示すとおり、完全充電された1セル・リチウムイオン電池は4.1V～4.2Vの間で放電サイクルを開始します。放電時間の大部分では、セル電圧は3.5V～4.0Vです。放電の終了に近づくと、セル電圧はかなり急速に3V以下に低下します。放電は標準的に2.5V付近で終了します（バッテリ・メーカの仕様による）。

LTC^®1626は、1セル・リチウム電池の放電曲線に適応するように特別に設計されています。たとえば、図2に示す回路を使用すれば、最小2.7Vの電池電圧で2.5V/0.25Aの安定化出力電圧を供給可能なため、動作時間を最大限にすることができます。

ドロップアウト・モードでの100%デューティ・サイクル

リチウムイオン電池が放電すると、LTC1626は高効率スイッチング・モードDC/DCレギュレータから低ドロップアウト・リニア・レギュレータ（100%デューティ・サイクル）に円滑に移行します。このモードでは、バッテリ入力とレギュレータ出力電圧間の電圧降下は、負荷電流とPMOSスイッチの直列抵抗、電流センス抵抗、およびインダクタによってのみ制限されます。電池の電圧が再び上昇すると、LTC1626は円滑に高効率DC/DCコンバータに復帰します。

5Vから3.3Vへの高効率変換

図3の回路では、LTC1626を使用してボードレベルで5Vを3.3V（最大電流0.6A）に変換しています。リニア・レギュレータでもこれを実行できますが、さらに余分な1Wの電力損失が生じます。高効率なLTC1626では、この損失はわずか230mWに低減されます（図4）。

電流モード・アーキテクチャ

LTC1626はバーストモード動作を行う電流モードDC/DCコンバータです。これにより広い負荷電流範囲で非常に高い効率、高速過渡応答、超低ドロップアウト特性を実現しています。さらにインダクタ電流が予測可能で、すべての動作条件において十分に制御できるため、インダクタの選択が容易です。

LTC1626は電流モードでも卓越した起動特性および短絡回復特性を達成しています。たとえば、出力がグランドに短絡すると、インダクタ電流の暴走を防ぐために、オフタイムが延長されます。

短絡が解除されると、出力コンデンサが充電を開始してオフタイムが徐々に短縮されます。出力はオーバシュートなしで円滑に安定化状態に復帰します。

低電圧、低R_DS(ON)スイッチ

LTC1625の内蔵PMOSスイッチは、電源電圧が低いときに抵抗値が極端に低くなるように設計されています。図5はスイッチ抵抗と電源電圧のグラフです。

R_DS(ON)は4.5Vで標準0.32Ω、3.0Vでは約0.40Ωにしか増加しません。この低いスイッチ抵抗によって、高効率のスイッチングと低電源電圧時の低ドロップアウトDC特性を達成しています。

まとめ

LTC1626は、特に1セル・リチウム電池パックで動作するように設計されています。低ドロップアウト、高効率、マイクロパワー動作モードにより、セルラー電話、携帯用機器、および医療用機器に最適です。

著者

Tim Skovmand