LTC3559 デュアル降圧レギュレータ付きリニアUSBバッテリ ......NTC VCOLD Cold...

1

LTC3559

3559f

デュアル降圧レギュレータ付きリニアUSBバッテリチャージャ

USBチャージャおよびデュアル降圧レギュレータ

VCC

NTC

CHRG

PROG

SUSP

HPWR

EN1

4.7µH

2.2µF

10µF

309k

655k

649k

324k 10µF

22pF

22pF

UP TO 500mA

LTC3559

GNDEXPOSED

PAD

1µF

4.7µH

1.74k

EN2

MODE

BATUSB (4.3V TO 5.5V)OR AC ADAPTOR

DIGITALCONTROL

PVIN

SW1

FB1

SW2

FB2

2.5V400mA

SINGLELi-lon CELL(2.7V TO 4.2V)

1.2V400mA

3559 TA01

+

特長バッテリチャージャ■ スタンドアロンUSBチャージャ ■ 1本の抵抗でプログラム可能な充電電流：最大950mA ■ HPWR入力により、プログラムされた充電電流の20%または100%を選択

■ NTC入力により、温度規定充電が可能 ■ タイマ終了機能を内蔵 ■ 不良バッテリの検出 ■ C/10またはタイムアウトを知らせるCHRG 降圧レギュレータ■ 出力電流：400mA ■ 2.25MHzの固定周波数動作 ■ シャットダウン時のゼロ電流 ■ 低ノイズのパルス･スキップ動作または省電力の Burst Mode動作 ■ 無負荷時の低消費電流：35µA ■ 熱特性が改善された高さの低い3mm×3mm 16ピン QFNパッケージ

アプリケーション■ SD/フラッシュ･ベースのMP3プレーヤ ■ 低消費電力のハンドヘルド･アプリケーション

概要LTC®3559は、デュアル高効率降圧レギュレータ付きUSBバッテリ･チャージャです。このデバイスは、複数の電源レールが必要な1セル･リチウムイオン/ポリマー･ベースのハンドヘルド･アプリケーションに給電するのに最適です。

バッテリ充電電流はPROGピンとHPWRピンによってプログラムされ、BATピンから最大950mAを供給可能です。バッテリチャージャは温度規定充電用のNTC入力を備えています。CHRGピンにより、充電プロセス中にバッテリの状態を継続的にモニタできます。また、内蔵タイマにより、チャージャ終了を制御します。

各モノリシック同期整流式降圧レギュレータは、リチウムイオン/ポリマーの全範囲で90%を超える効率で動作しながら、最大400mAの出力電流を供給します。MODEピンにより、両方の降圧レギュレータを省電力のBurst Mode動作または低ノイズのパルススキップ･モードに柔軟に設定することができます。

LTC3559は熱特性が改善された高さの低い16ピン(3mm×3mm)QFNパッケージで供給されます。

、LT、LTC、LTM、Burst Modeはリニアテクノロジー社の登録商標です。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。

標準的応用例

2

LTC3559

3595f

TJMAX = 125°C, θJA = 68°C/W EXPOSED PAD (PIN 17) IS GND, MUST BE SOLDERED TO PCB

ORDER PART NUMBER UD PART MARKING

LTC3559EUD LCMBOrder Options Tape and Reel: Add #TR Lead Free: Add #PBF Lead Free Tape and Reel: Add #TRPBF Lead Free Part Marking: http://www.linear-tech.co.jp/leadfree/

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、弊社へお問い合わせください。

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

Battery Charger. VCC = 5V, BAT = PVIN = 3.6V, RPROG = 1.74k, HPWR = 5V, SUSP = NTC = EN1 = EN2 = 0V

VCC Input Supply Voltage ● 4.3 5.5 V

IVCC Battery Charger Quiescent Current (Note 4) Standby Mode, Charge Terminated Suspend Mode, VSUSP = 5V

200 8.5

400 17

µA µA

VFLOAT BAT Regulated Output Voltage 0°C ≤ TA ≤ 85°C

4.179 4.165

4.200 4.200

4.221 4.235

V V

ICHG Constant Current Mode Charge Current HPWR = 5V HPWR = 0V

● 440 84

460 92

500 100

mA mA

IBAT Battery Drain Current Standby Mode, Charger Terminated Shutdown, VCC < VUVLO, BAT = 4.2V Suspend Mode, SUSP = 5V, BAT = 4.2V

–3.5 –2.5 –1.5

–7 –4 –3

µA µA µA

VUVLO Undervoltage Lockout Threshold BAT = 3.5V, VCC Rising 3.85 4.0 4.125 V

ΔVUVLO Undervotlage Lockout Hystersis BAT = 3.5V 200 mV

VDUVLO Differential Undervoltage Lockout Threshold

BAT = 4.2V, (VCC – BAT) Falling 30 50 70 mV

ΔVDUVLO Differential Undervoltage Lockout Hysteresis

BAT = 4.2V 130 mV

VPROG PROG Pin Servo Voltage HPWR = 5V HPWR = 0V BAT < VTRKL

1.000 0.200 0.100

V V V

hPROG Ratio of IBAT to PROG Pin Current 800 mA/mA

ITRKL Trickle Charge Current BAT < VTRKL 36 46 56 mA

絶対最大定格（Note 1）VCC（過渡時）：t < 1ms、デューティ・サイクル < 1% ...................-0.3V～7VVCC（定常時） ...........................................................-0.3V～6VBAT、CHRG、SUSP ....................................................-0.3V～6VHPWR、NTC、PROG .................-0.3V～最大（VCC、BAT）＋0.3VPROGピン電流 ............................................................. 1.25mABATピン電流 ........................................................................ 1APVIN ............................................................-0.3V～BAT＋0.3VEN1、EN2、MODE ......................................................-0.3V～6VFB1、FB2、SW1、SW2 .................-0.3V～PVIN＋0.3Vまたは6VISW1、ISW2 ................................................................. 600mA DC接合部温度（Note 2） ....................................................... 125°C動作温度範囲（Note 3） .......................................-40°C～85°C保存温度............................................................-65°C～125°C

パッケージ/発注情報

16 15 14 13

5 6 7 8

TOP VIEW

17

UD PACKAGE16-LEAD (3mm × 3mm) PLASTIC QFN

9

10

11

12

4

3

2

1GND

BAT

MODE

FB1

HPWR

SUSP

FB2

EN2

V CC

CHRG

PROG

NTC

EN1

SW1

PVIN

SW2

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°Cでの値。

3

LTC3559

3559f

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

VTRKL Trickle Charge Threshold Voltage BAT Rising 2.8 2.9 3.0 V

ΔVTRKL Trickle Charge Hysteresis Voltage 100 mV

ΔVRECHRG Recharge Battery Threshold Voltage Threshold Voltage Relative to VFLOAT –85 –100 –130 mV

tRECHRG Recharge Comparator Filter Time BAT Falling 1.7 ms

tTERM Safety Timer Termination Period BAT = VFLOAT 3.5 4 4.5 Hour

tBADBAT Bad Battery Termination Time BAT < VTRKL 0.4 0.5 0.6 Hour

hC/10 End-of-Charge Indication Current Ratio (Note 5) 0.085 0.1 0.11 mA/mA

tC/10 End-of-Charge Comparator Filter Time IBAT Falling 2.2 ms

RON(CHG)Battery Charger Power FET On-Resistance (Between VCC and BAT)

IBAT = 190mA 500 mΩ

TLIMJunction Temperature in Constant Temperature Mode 105 °C

NTC

VCOLD Cold Temperature Fault Threshold VoltageRising NTC Voltage Hysteresis 75

76.5 1.6 78

%VCC %VCC

VHOT Hot Temperature Fault Threshold VoltageFalling NTC Voltage Hysteresis 33.4

34.9 1.6 36.4

%VCC %VCC

VDIS NTC Disable Threshold VoltageFalling NTC Voltage Hysteresis ● 0.7

1.7 50 2.7

%VCC mV

INTC NTC Leakage Current VNTC = VCC = 5V –1 1 µA

Logic (HPWR, SUSP, CHRG)

VIL Input Low Voltage HPWR, SUSP Pins 0.4 V

VIH Input High Voltage HPWR, SUSP Pins 1.2 V

RDN Logic Pin Pull-Down Resistance HPWR, SUSP Pins ● 1.9 4 6.3 MΩ

VCHRG CHRG Pin Output Low Voltage ICHRG = 5mA 100 250 mV

ICHRG CHRG Pin Input Current BAT = 4.5V, VCHRG = 5V 0 1 µA

Buck Switching Regulators, BAT = PVIN = 3.8V, EN1 = EN2 = 3.8V

PVIN Input Supply Voltage ● 3 4.2 VIPVIN Pulse Skip Supply Current

Burst Mode Supply Current Shutdown Supply Current Supply Current in UVLO

VFB = 0.82V, MODE = 0 (One Buck Enabled) (Note 6) VFB = 0.82V, MODE = 1 (One Buck Enabled) (Note 6) EN1 = EN2 = 0V PVIN = 2.0V

●

220 35 0 4

400 50 2 8

µA µA µA µA

PVIN UVLO PVIN Falling PVIN Rising

2.45 2.55

V V

fOSC Switching Frequency MODE = 0V 1.91 2.25 2.59 MHz

VIL Input Low Voltage MODE, EN1, EN2 0.4 V

VIH Input High Voltage MODE, EN1, EN2 1.2 V

ILIMSW Peak PMOS Current Limit MODE = 0V or 3.8V 550 800 1050 mA

IOUT Available Output Current MODE = 0V or 3.8V 400 mA

VFB Feedback Voltage ● 780 800 820 mV

IFB FB Input Current FB1, FB2 = 0.82V –0.05 0.05 µA

DMAX Maximum Duty Cycle FB1, FB2 = 0V 100 %

RPMOS RDS(ON) of PMOS ISW = 100mA 0.65 Ω

RNMOS RDS(ON) of NMOS ISW = –100mA 0.75 Ω

RSW(PD) SW Pull-Down in Shutdown 13 kΩ

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°Cでの値。

4

LTC3559

3595f

サスペンド状態の消費電流およびBAT電流と温度

バッテリ・レギュレーション（フロート）電圧と温度

バッテリ・レギュレーション（フロート）電圧とバッテリ充電電流、定電圧充電

バッテリ充電電流と電源電圧バッテリ充電電流とバッテリ電圧

バッテリ充電電流とサーマル・レギュレーション時の周囲温度

TEMPERATURE (°C)–55

0

CURR

ENT

(µA)

1

3

4

5

10

7

–15 25 45

3559 G01

2

8

9IVCC

6

–35 5 65 85

VCC = 5VBAT = 4.2VSUSP = 5VEN1 = EN2 = 0V

IBAT


V FLO

AT (V

)

4.23

5

3559 G02

4.20

4.18

–35 –15 25

4.17

4.16

4.24

4.22

4.21

4.19

45 65 85

VCC = 5V

IBAT (mA)100

V BAT

(V)

4.180

4.190

4.205

4.200

900

3559 G03

4.170

4.160

4.175

4.185

4.195

4.165

4.155

4.150300 500 7002000 400 600 800 1000

VCC = 5VHPWR = 5VRPROG = 845ΩEN1 = EN2 = 0V

VCC (V)4.3

440

I BAT

(mA)

450

460

470

480

500

4.5 4.6 4.9 5.1

3559 G04

5.34.4 4.7 4.8 5.0 5.2 5.4 5.5

490

445

455

465

475

495

485

VCC = 5VHPWR = 5VRPROG = 1.74kEN1 = EN2 = 0V

VBAT (V)2

I BAT

(mA) 300

400

500

4

3559 G05

200

100

250

350

450

150

50

02.5 3 3.5 4.5

VCC = 5VRPROG = 1.74k

HPWR = 5V

HPWR = 0V


0

I BAT

(mA)

50

150

200

250

500

350

–15 25 45 125

3559 G06

100

400

450

300

–35 5 65 85 105

VCC = 5VHPWR = 5VRPROG = 1.74kEN1 = EN2 = 0

電気的特性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おそれがある。

Note 2： TJは、周囲温度TAおよび消費電力PDから次式に従って計算される。

TJ = TA＋ (PD • θJA°C/W)

Note 3： LTC3559は0°C～85°Cの温度範囲で仕様に適合することが保証されている。– 40°C～85°C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 4： VCC消費電流には、PROGピンの電流またはBATピンに供給される電流は含まれない。IBATが充電電流である場合、全入力電流はこの規格値に1.00125 • IBATを加算した値に等しくなる。

Note 5： IC/10は、示されているPROG抵抗を使用して測定されたフル充電電流に対する割合として表される。

Note 6：スイッチング周波数で供給されるゲート電荷によって、動作時消費電流は増加する。

標準的性能特性

5

LTC3559

3559f

バッテリチャージャの低電圧ロックアウト・スレッショルドと温度 PROG電圧とバッテリ充電電流

再充電スレッショルドと温度バッテリチャージャFETのオン抵抗と温度

SUSP/HPWRピンの立ち上がりスレッショルドと温度


3.9

4.0

4.2

5 45

3559 G07

3.8

3.7

–35 –15 25 65 85

3.6

3.5

4.1

V CC

(V)

BAT = 3.5V

RISING

FALLING

低電圧ロックアウト時のバッテリ流出電流と温度


I BAT

(µA)

2.0

2.5

3.0

5 45

3559 G08

1.5

1.0

–35 –15 25 65 85

0.5

0

BAT = 4.2

EN1 = EN2 = 0V

BAT = 3.6

IBAT (mA)

0

V PRO

G (V

)

0.4

0.8

1.2

0.2

0.6

1.0

100 200 300 400

3559 G09

500500 150 250 350 450

VCC = 5VHPWR = 5VRPROG = 1.74kEN1 = EN2 = 0V


75

V REC

HARG

E (m

V)

79

87

91

95

115

103

–15 25 45

3559 G10

83

107

111

99

–35 5 65 85

VCC = 5V


R ON

(mΩ

)

500

550

600

85

3559 G11

450

400

300–35 –15 5 25 45 65

350

700

650

VCC = 4VIBAT = 200mAEN1 = EN2 = 0V


THRE

SHOL

D (V

)

1.1

5

3559 G12

0.8

0.6

–35 –15 25

0.5

0.4

1.2

1.0

0.9

0.7

45 65 85

VCC = 5V


80

100

140

5 45

3559 G13

60

40

–35 –15 25 65 85

20

0

120

V CHR

G (m

V)

VCC = 5VICHRG = 5mA

CHRG (V)0

70

60

50

40

30

20

10

03 5

3559 G14

1 2 4 6

I CHR

G (m

A)

VCC = 5VBAT = 3.8V

VCC (V)4.3

–1.0

PERC

ENT

ERRO

R (%

)

–0.5

0

0.5

1.0

2.0

4.5 4.7 4.9 5.1

3559 G15

5.3 5.5

1.5


CHRGピン出力の低電圧と温度 CHRGピンの電流-電圧曲線タイマの精度と電源電圧

6

LTC3559

3595f

タイマの精度と温度完全な充電サイクル2400mAhバッテリ

降圧レギュレータの入力電流と温度、Burst Mode動作

降圧レギュレータの入力電流と温度、パルススキップ・モード

降圧レギュレータのPVIN低電圧スレッショルドと温度周波数と温度


–2

PERC

ENT

ERRO

R (%

)

–1

1

2

3

25

7

3559 G16

0

–15–35 45 655 85

4

5

6VCC = 5V

TIME (HOUR)0

I BAT

(mA)

BAT

(V)

CHRG

(V)

5.0

2000

400

800600

1000

3 5

3559 G17

3.53.05.0

4.54.0

3.04.0

1.02.0

01 2 4 6

VCC = 5VRPROG = 0.845kHPWR = 5V

降圧レギュレータのPMOS RDS(ON)と温度


20

INPU

T CU

RREN

T (µ

A)

25

35

40

45

–15 25 45 125

3559 G18

30

–35 5 65 85 105

50VFB = 0.82V

PVIN = 4.2V

PVIN = 2.7V


100

INPU

T CU

RREN

T (µ

A)

150

250

300

350

–15 25 45 125

3559 G19

200

–35 5 65 85 105

400VFB = 0.82V

PVIN = 4.2V

PVIN = 2.7V


2.25

PVIN

(V)

2.35

2.55

2.65

2.75

–15 25 45 125

3559 G20

2.45

–35 5 65 85 105

2.85

RISING

FALLING


1.5

f OSC

(MHz

)

1.6

1.8

1.9

2.0

2.5

2.2

5 45 65

3559 G21

1.7

2.3

2.4

2.1

–35 –15 25 85 105 125

PVIN = 3.8V


V EN

(mV)

800

900

1000

105

3559 G22

700

600

400–15 25 65–35 1255 45 85

500

1200

1100

PVIN = 3.8V

FALLING

RISING


400

R DS(

ON) (

mΩ

)

500

700

800

900

65

1300

3559 G23

600

5–35 8525–15 10545 125

1000

1100

1200

PVIN = 2.7V

PVIN = 4.2V

降圧レギュレータのNMOS RDS(ON)と温度


400

R DS(

ON) (

mΩ

)

500

700

800

900

65

1300

3559 G24

600

5–35 8525–15 10545 125

1000

1100

1200

PVIN = 2.7V

PVIN = 4.2V


降圧レギュレータのイネーブル・スレッショルドと温度

7

LTC3559

3559f

ILOAD (mA)

30

EFFI

CIEN

CY (%

)90

100

20

10

80

50

70

60

40

0.1 10 100 1000

3559 G28

01

PVIN = 2.7VPVIN = 4.2V

VOUT = 1.2V

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

ILOAD (mA)

30

EFFI

CIEN

CY (%

)

90

100

20

10

80

50

70

60

40

0.1 10 100 1000

3559 G25

01

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

VOUT = 2.5VPVIN = 4.2V

降圧レギュレータのロード･レギュレーション

降圧レギュレータの効率とILOAD

降圧レギュレータのロード･レギュレーション

ILOAD (mA)1

2.52

V OUT

(V)

2.56

2.60

10 100 1000

3559 G26

2.48

2.50

2.54

2.58

2.46

2.44

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

PVIN = 3.8VVOUT = 2.5V

PVIN (V)2.7

V OUT

(V)

2.50

2.52

2.54

3.6 4.2

3559 G27

2.48

2.46

2.443.0 3.3 3.9

2.56

2.58

2.60VOUT = 2.5VILOAD = 200mA

降圧レギュレータのライン･レギュレーション

ILOAD (mA)1

1.19VOU

T (V

)

1.20

1.21

1.22

1.23

10 100 1000

3559 G29

1.18

1.17

1.16

1.15

1.24

1.25PVIN = 3.8VVOUT = 1.2V

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

PVIN (V)2.7

V OUT

(V) 1.21

1.23

1.25

3.9

3559 G30

1.19

1.17

1.20

1.22

1.24

1.18

1.16

1.153.0 3.3 3.6 4.2

VOUT = 1.2VILOAD = 200mA

降圧レギュレータのライン･レギュレーション


降圧レギュレータの効率とILOAD

8

LTC3559

3595f

降圧レギュレータの起動過渡降圧レギュレータのパルススキップ・モード動作

VOUT500mV/DIV

EN2V/DIV

PVIN = 3.8VPULSE SKIP MODELOAD = 6

50 s/DIV 3559 G33

INDUCTORCURRENT

IL = 200mA/DIV

降圧レギュレータのBurst Mode動作

VOUT20mV/DIV (AC)

SW2V/DIV

PVIN = 3.8VLOAD = 10mA

200ns/DIV 3559 G34

INDUCTORCURRENT

IL = 50mA/DIV

VOUT20mV/DIV (AC)

SW2V/DIV

PVIN = 3.8VLOAD = 60mA

2 s/DIV 3559 G35

INDUCTORCURRENT

IL = 60mA/DIV

降圧レギュレータの過渡応答、パルススキップ・モード

VOUT50mV/DIV (AC)

LOAD STEP5mA TO 290mA

PVIN = 3.8V 50 s/DIV3559 G36

INDUCTORCURRENT

IL = 200mA/DIV

降圧レギュレータの過渡応答、Burst Mode動作

VOUT50mV/DIV (AC)

LOAD STEP5mA TO 290mA

PVIN = 3.8V 50µs/DIV3559 G37

INDUCTORCURRENT

IL = 200mA/DIV


9

LTC3559

3559f

ピン機能GND（ピン1）：グランド、露出パッド（ピン17）に接続します。

BAT（ピン2）：充電電流出力。バッテリに充電電流を供給し、最終フロート電圧を4.2Vに安定化します。

MODE（ピン3）：降圧レギュレータのMODEピン。“H”に保つと、両方のレギュレータはBurst Mode動作になります。“L”に保つと、両方のレギュレータはパルススキップ・モードで動作します。このピンは高インピーダンス入力なので、フロートさせないでください。

FB1（ピン4）：降圧レギュレータ1の帰還電圧ピン。出力の両端に接続された抵抗分割器によって帰還信号を受信します。

EN1（ピン5）：降圧レギュレータ1のイネーブル入力ピン。このピンは高インピーダンス入力なので、フロートさせないでください。アクティブ“H”。

SW1（ピン6）：降圧レギュレータ1のスイッチング・ノード。このノードには外付けインダクタを接続します。

PVIN（ピン7）：降圧レギュレータの入力電源ピン。BATに接続します。2.2µFのデカップリング・コンデンサをGNDに接続することを推奨します。

SW2（ピン8）：降圧レギュレータ2のスイッチング・ノード。このノードには外付けインダクタを接続します。

EN2（ピン9）：降圧レギュレータ2のイネーブル入力ピン。このピンは高インピーダンス入力なので、フロートさせないでください。アクティブ“H”。

FB2（ピン10）：降圧レギュレータ2の帰還電圧ピン。出力の両端に接続された抵抗分割器によって帰還信号を受信します。

SUSP（ピン11）：バッテリ充電動作のサスペンド（一時停止）。このピンの電圧が1.2Vを上回ると、バッテリチャージャはサスペンド・モードになり、チャージャがディスエーブルされ終了タイマがリセットされます。このピンには内部で微小なプルダウン電流が流れているので、入力が外部からドライブされていないときでも、起動時にこのピンを確実に“L”にします。

HPWR（ピン12）：高電流バッテリ充電のイネーブル。このピンの電圧が1.2Vを上回ると、BATピン電流はプログラムされた最大充電電流の100%に設定されます。0.4Vを下回ると、BATピン電流はプログラムされた最大充電電流の20%に設定されます。1.74kのPROG抵抗と一緒に使用すると、このピンはUSB仕様に従って低電力モードと高電力モードの間で切り替えることができます。このピンには内部で微小なプルダウン電流が流れているので、入力が外部からドライブされていないときでも、起動時にこのピンを確実に“L”にします。

NTC（ピン13）：NTCサーミスタ・モニタ回路への入力。NTCピンは負の温度係数をもつサーミスタに接続します。このサーミスタは通常、バッテリ・パックと一緒に実装され、バッテリの温度が充電するには高すぎるか低すぎるかを判断します。バッテリの温度が有効範囲を外れると、バッテリの温度が有効範囲に戻るまで充電が停止されます。VCCからNTCに低ドリフト・バイアス抵抗を接続し、NTCからグランドにサーミスタを接続する必要があります。NTC機能をディスエーブルするには、NTCピンをグランドに接続します。

PROG（ピン14）：充電電流の設定および充電電流のモニタ用ピン。充電電流は、PROGからグランドに1本の抵抗を接続することによって設定されます。定電流モードで充電を行う場合、PROGピンは、HPWRピンが“H”になると1Vにサーボ制御され、HPWRピンが“L”になると200mVにサーボ制御されます。このピンの電圧は、次式によって常にバッテリ電流を表します。

IPROGRBAT PROG

= •800

CHRG（ピン15）：オープンドレインの充電状態出力。CHRGピンはバッテリチャージャの状態を示します。CHRGによって4つの状態を示すことができます。充電、非充電（つまり、充電電流がフルスケール充電電流の1/10よりも少ない）、バッテリ無応答（つまり、充電の0.5時間後、バッテリ電圧が2.9V以下のまま）、およびバッテリ温度範囲外です。CHRGにはプルアップ抵抗や表示用のLEDが必要です。

VCC（ピン16）:バッテリチャージャの入力。1µFのデカップリング・コンデンサをGNDに接続することを推奨します。

露出パッド（ピン17）：グランド。電気的接続と定格熱性能を得るため、露出パッドはPCBのグランドに半田付けする必要があります。

10

LTC3559

3595f

15

– +

TA

800x

BAT

1x

TDIE

TDIE

OT

CA

NTCA

NTC REF

LOGIC

CHRG

16

2

PROG

BATTERY CHARGER

BUCK REGULATOR 1

CONTROLLOGIC

MODEEN

VC

VFBCLK

0.8V

14

PVIN7

SW16

SW28

1 17

VCC

12HPWR

11SUSP

NTC

MODE

EN1

EN2

FB1

MAXER

VIN BATBODY

–

+Gm

BUCK REGULATOR 2

3559 BD

CONTROLLOGIC

MODEEN

VC

GND EXPOSED PAD

VFBCLK

0.8V

–

+Gm

UNDERVOLTAGELOCKOUT

DIETEMPERATURE

BANDGAP

OSCILLATOR2.25MHz

VREF

CLK

13

3

5

9

4

FB210

ブロック図

11

LTC3559

3559f

図1. BATピンから供給されている電流は500mA。両方の降圧レギュレータはイネーブルされている。両方の降圧レギュレータによって流れる平均入力電流の合計は200mA。これによって、有効バッテリ充電電流は300mAのみになる。HPWRピンが“L”に接続されていれば、BATピン電流は100mAになる。降圧レギュレータの状態が変化しなければ、これによってバッテリは100mAで放電する。

VCC

PROG

RPROG1.62k

SUSP

HPWR

EN1

2.2 F

500mA

LTC3559

EN2MODE

HIGH

HIGHHIGH

LOW (PULSE SKIP MODE)

BATUSB (5V)

PVIN

SW1 VOUT1

SINGLE Li-lonCELL 3.6V

SW2 VOUT2

200mA

300mA

3559 F01

+

+

動作LTC3559は、デュアル・モノリシック同期整流式降圧レギュレータ付きのリニア・バッテリチャージャです。降圧レギュレータは内部補償されているので、外付けの補償部品は必要ありません。

バッテリチャージャは定電流、定電圧充電アルゴリズムを採用しているので、1個のリチウムイオン･バッテリを最大950mAの電流で充電することができます。1本のPROG抵抗によって、BATピンから供給される最大充電

電流を設定することができます。実際のBATピン電流はHPWRピンの状態によって設定されます。

適正な動作のためには、BATピンとPVINピンは互いに接続する必要があります。バッテリ充電動作時に降圧レギュレータもイネーブルされていると、バッテリを充電する正味電流は実際の設定値よりも小さいことがあります。図1の解説を参照してください。

アプリケーション情報

バッテリチャージャの概要LTC3559は、1セル・リチウムイオン・バッテリを充電するように設計されたリニア・バッテリチャージャを備えています。このチャージャは、最大950mAの充電電流が設定可能な、定電流/定電圧充電アルゴリズムを採用しています。その他の機能として、自動再充電、内部終了タイマ、バッテリ低下時のトリクル充電調整、不良バッテリ検出、温度範囲外充電停止用のサーミスタ・センサ入力などがあります。

さらに、バッテリチャージャはUSB電源で動作することができます。このアプリケーションでは、充電電流はUSBの電力仕様に従って最大100mAまたは500mAに設定できます。

入力電流と充電電流バッテリチャージャはBATピンに供給される全電流を安定化します。これが充電電流です。全入力電流（つまり、VCCピンから流れる全電流）を算出するには、バッテリ充電電流、チャージャ消費電流、およびPROGピン電流を合計する必要があります。

低電圧ロックアウト（UVLO）低電圧ロックアウト回路は、入力電圧（VCC）をモニタし、VCCがVUVLO（標準4V）を上回るまでバッテリチャージャをディスエーブルします。200mVのヒステリシスによって、トリップ・ポイント付近での発振が防止されます。さらに、VCCがBAT電圧からVDUVLO（標準50mV）以内の範囲まで低下すると、差動低電圧ロックアウト回路がバッテリチャージャをディスエーブルします。

12

LTC3559

3595f


サスペンド・モードSUSPピンを1.2Vより高くすることによって、バッテリチャージャをディスエーブルすることもできます。サスペンド・モードでは、バッテリ流出電流は1.5µAまで低減され、入力電流は8.5µAまで低減されます。

充電サイクルの概要バッテリ充電サイクルが開始されると、バッテリチャージャは最初にバッテリが深く放電されているかを確認します。バッテリ電圧がVTRKL（標準2.9V）を下回っていると、自動トリクル充電機能によってバッテリ充電電流がフルスケール値の10%に設定されます。

バッテリ電圧が2.9Vを上回ると、バッテリチャージャは定電流モードで充電を開始します。バッテリ電圧がフル充電を維持するのに必要な4.2V（別名、フロート電圧）に達すると、バッテリチャージャが定電流モードに切り替わるので、充電電流は減少し始めます。

トリクル充電と不良バッテリの検出バッテリ電圧がVTRKLを下回っていると、チャージャはトリクル充電モードになり、充電電流をフルスケール電流の10%に低減します。バッテリ電圧が0.5時間以上VTRKLを下回ったままだと、チャージャは不良バッテリ状態をラッチして自動的に停止し、CHRGピンによってバッテリが応答しなかったことを示します。バッテリ電圧が何らかの理由でVTRKLを上回ると、チャージャは充電を再開します。チャージャが不良バッテリ状態をラッチした以降は、バッテリ電圧が最初にVRECHRGを上回ることなく、再度VTRKLを下回ると、チャージャは直ちにバッテリが不良であるとみなします。チャージャをリセットする（つまり、不良バッテリを新しいバッテリと交換する場合）には、単に入力電圧を遮断してから再度印加するか、またはデバイスをサスペンド・モードにしてからサスペンド・モードから解放します。

充電終了バッテリチャージャには、全充電時間を4時間に設定する安全タイマが内蔵されています。バッテリ電圧がVRECHRG（標準4.1V）を上回り、チャージャが定電圧モードになると、4時間のタイマが始動します。安全タイマが終了すると、バッテリの充電が中止されるので、電流はそれ以上供給されません。

自動再充電バッテリチャージャは充電を終了するとオフ状態を保持し、バッテリからはわずか数マイクロアンペアの電流が流れます。携帯製品を長期間この状態にしておくと、バッテリは最終的に自己放電します。バッテリが常に満充電になるように、バッテリ電圧がVRECHRG（標準4.1V）を下回ったときに充電サイクルが自動的に開始されます。安全タイマが動作中の場合にバッテリ電圧がVRECHRGを下回ると、タイマはゼロにリセットされます。VRECHRGを下回る短時間の偏移によって安全タイマがリセットされないように、バッテリ電圧を1.7ms以上VRECHRGより低くする必要があります。VCCのUVLOまたはDUVLOを“L”に戻してから“H”にする（たとえば、VCCを取り外してから付け直す）か、またはチャージャをサスペンド・モードにしてからサスペンド・モードから解放すると、充電サイクルと安全タイマもリスタートします。

充電電流の設定PROGピンは、充電電流の設定ピンと充電電流のモニタ・ピンの両方の役割を果たします。設計によって、PROGピン電流はバッテリ充電電流の1/800になっています。したがって、PROGからグランドに1本の抵抗を接続して充電電流を設定する一方で、PROGピン電圧を測定することによって充電電流を算出することができます。

フルスケール充電電流は、PROG抵抗によって設定される定電流モードの充電電流の100%と規定されています。定電流モードでは、PROGピンはHPWRが“H”のとき1V（フルスケール充電電流での充電に相当）にサーボ制御されるか、またはHPWRが“L”のとき200mV（フルスケール充電電流の20%での充電に相当）にサーボ制御されます。したがって、フルスケール充電電流と所定のフルスケール充電電流に必要な設定抵抗は、次式を使用して算出されます。

IV

R

RV

I

CHGPROG

PROGCHG

=

=

800

800

13

LTC3559

3559f

アプリケーション情報いずれのモードも、実際のバッテリ電流はPROGピンの電圧をモニタし、次式を使用することによって決定できます。

IPROGRBAT PROG

= •800

サーマル・レギュレーションデバイスや周辺部品の熱的損傷を防止するため、ダイ温度が約115°Cに上昇すると、内部サーマル・フィードバック・ループが設定充電電流を自動的に低減します。サーマル・レギュレーションによって、バッテリチャージャは高電力動作や高周囲温度環境に起因する過度の温度上昇から保護されるので、LTC3559や外付け部品に損傷を与えることなく、所定の回路基板設計での電力処理能力の限界を押し上げることができます。LTC3559バッテリチャージャのサーマル・レギュレーション・ループの利点は、ワーストケースの条件ではバッテリチャージャは自動的に電流を減らすという保証があるので、ワーストケース条件ではなく、実際の条件に従って充電電流を設定することができるということです。

充電状態表示CHRGピンはバッテリチャージャの状態を示します。CHRGによって、充電、非充電、バッテリ無応答、バッテリ温度範囲外の4つの状態を示すことができます。

CHRGピンの信号は、人またはマイクロプロセッサによって、上述の4つの状態の1つとして容易に認識できます。オープンドレイン出力のCHRGピンは、電流制限抵抗によって表示LEDをドライブして人とのインターフェイスを行うか、または単にプルアップ抵抗によってマイクロプロセッサとのインターフェイスを行うことができます。

人とマイクロプロセッサの両方にCHRGピンが容易に認識されるように、このピンは充電時に“L”、非充電時に“H”になるか、または高周波数（35kHz）でスイッチングさせて可能な2つのフォールト状態（バッテリ無応答とバッテリ温度範囲外）を示します。

充電が開始されると、CHRGは“L”になり、通常の充電サイクルの間“L”に保たれます。充電電流がフルスケール電流の10%を下回ると、CHRGピンは開放（ハイ・インピーダンス）状態になります。CHRGピンが開放された後でフォールトが生じると、このピンはハイ・インピーダン

ス状態に保たれます。ただし、CHRGピンが開放される前にフォールトが生じると、このピンは35kHzでスイッチングされます。スイッチングの間、デューティ・サイクルは非常に低い周波数で、高い値と低い値の間で変調されます。低いデューティ・サイクルと高いデューティ・サイクルは十分に区別が付き、LEDがオンやオフをしているように見えることによって、「点滅」表示が実現されます。2つのフォールトにはそれぞれ、人の認識用に独自の「点滅」速度があり、マイクロプロセッサの認識用に2つの独自のデューティ・サイクルがあります。

バッテリチャージャが動作しているときのCHRGピンの4つの可能な状態を表1に示します。

表1. CHRG出力ピン STATUS

FREQUENCY

MODULATION (BLINK)

FREQUENCY

DUTY CYCLE

Charging 0Hz 0 Hz (Lo-Z) 100%

IBAT < C/10 0Hz 0 Hz (Hi-Z) 0%

NTC Fault 35kHz 1.5Hz at 50% 6.25% to 93.75%

Bad Battery 35kHz 6.1Hz at 50% 12.5% to 87.5%

NTCフォールトはデューティ・サイクルが6 .25%と93.75%の間を1.5Hzの速度で切り替わる35kHzのパルス列で表されます。人は1.5Hzの速度がバッテリ温度の範囲外を示す「遅い」点滅であることを容易に認識し、マイクロプロセッサは6.25%または93.75%のデューティ・サイクルをNTCフォールトと解読することができます。

バッテリが充電に無応答（つまり、バッテリ電圧が0.5時間VTRKLを下回ったまま）であることが検出されると、CHRGピンはバッテリのフォールトを示します。このフォールトの場合、人はLEDの6.1Hzの非常に「速い」点滅を容易に認識し、マイクロプロセッサは12.5%または87.5%のデューティ・サイクルを不良バッテリ・フォールトと解読することができます。

ほとんどありえませんが、デューティ・サイクルの測定が（低デューティ・サイクルから高デューティ・サイクルへの）明暗転換時に行われる可能性もあります。これが行われると、デューティ・サイクルの測定値は正確に50%になります。デューティ・サイクルの測定値が50%の場合、システム・ソフトウェアはそれを無効として新たなデューティ・サイクルの測定を行います。

14

LTC3559

3595f

IF SUSP < 0.4V AND VCC > 4V AND VCC > BAT + 130mV

DUVLO, UVLO AND SUSPEND DISABLE MODE

1/10 FULL CHARGE CURRENTCHRG STRONG PULL-DOWN30 MINUTE TIMER BEGINS

TRICKLE CHARGE MODE

FULL CHARGE CURRENTCHRG STRONG PULL-DOWN

CONSTANT CURRENT MODE

BATTERY CHARGING SUSPENDEDCHRG PULSES

NTC FAULT

NO CHARGE CURRENTCHRG PULSES

DEFECTIVE BATTERY

4-HOUR TERMINATION TIMERBEGINS

CONSTANT VOLTAGE MODE

NO CHARGE CURRENTCHRG HIGH IMPEDANCE

STANDBY MODE

CHRG HIGH IMPEDANCE

3559 F02

BAT ≤ 2.9V

BAT > 2.9V

2.9V < BAT < 4.1V

30 MINUTETIMEOUT

BAT DROPS BELOW 4.1V4-HOUR TERMINATION TIMER RESETS

YES

NO FAULT

FAULT

NOPOWERON

4-HOURTIMEOUT

図2. バッテリチャージャ動作の状態図


NTCサーミスタバッテリの温度は負温度係数（NTC）サーミスタをバッテリ・パックの近くに配置して測定します。NTC回路を図3に示します。

この機能を利用するには、NTCピンとグランドの間にNTCサーミスタ（RNTC）を接続し、VCCからNTCにバイアス抵抗（RNOM）を接続します。RNOMは、選択したNTCサーミスタの25°Cでの値（R25）に等しい値の1%抵抗にします。サーミスタ電流はバッテリチャージャによって測定されることがなく、またこの電流はUSB仕様への準拠を考慮する必要があるので、100kのサーミスタを推奨します。

NTCサーミスタの抵抗がR25の値の0.54倍、つまり約54k（Vishayの「曲線1」のサーミスタの場合、この値は約40°C

に相当）に低下すると、バッテリチャージャは充電を停止します。バッテリチャージャが定電圧モードの場合、サーミスタが有効温度に戻ったことを示すまで安全タイマは停止します。

温度が低下するに従って、NTCサーミスタの抵抗は増加します。バッテリチャージャは、NTCサーミスタの値がR25の値の3.25倍まで増加すると充電を停止するようにも設計されています。Vishayの「曲線1」のサーミスタの場合、この抵抗（325k）は約0°Cに相当します。高温コンパレータと低温コンパレータにはそれぞれ約3°Cのヒステリシスがあり、トリップ・ポイントの近くでの発振が防止されます。NTCピンを接地するとNTC機能はすべてディスエーブルされます。

15

LTC3559

3559f

3559 F03

RNOM100k

RNTC100k

–

+

–

+

–

+ TOO_COLD

TOO_HOT

NTC_ENABLE

0.765 • VCC(NTC RISING)

NTC BLOCK

0.349 • VCC(NTC FALLING)

13NTC

16VCC


3559 F04

RNOM105k

RNTC100k

–

+

–

+

–

+ TOO_COLD

TOO_HOT

NTC_ENABLE

R112.7k

0.765 • VCC(NTC RISING)


13NTC


16VCC

図3. 標準的なNTCサーミスタ回路図4. バイアス抵抗を追加したNTCサーミスタ回路


NTCサーミスタの代替とバイアス接地されたサーミスタおよびバイアス抵抗をNTCピンに接続すると、バッテリチャージャは温度規定充電を行います。サーミスタ（R25）の室温の抵抗値に等しいバイアス抵抗を使用することによって、上側と下側の温度がそれぞれ約40°Cと0°Cにあらかじめ設定されます（Vishayの「曲線1」のサーミスタを想定）。

上側と下側の温度スレッショルドはバイアス抵抗の値を変えるか、または2つ目の調整抵抗を回路に追加することによって調整できます。バイアス抵抗だけを調整すると、上側か下側のいずれかのスレッショルドを変更できますが、両方を変更することはできません。他方のトリップ・ポイントはサーミスタの特性によって決定されます。調整抵抗に加えてバイアス抵抗を使用すると、上側と下側の温度スレッショルドの差を縮めることはできないという制約はありますが、上側と下側の温度のトリップ・ポイントを個別に設定できます。それぞれの技法の例を以下に示します。

NTCサーミスタには、抵抗-温度変換表で示される温度特性があります。次の例で使用されるVishay-DaleのサーミスタNTHS0603N011-N1003Fは、公称値が100kで、Vishayの「曲線1」の抵抗-温度特性に従います。

以下の説明では次の表記を使用します。

R25 = 25°Cでのサーミスタの値

RNTC|COLD = 低温トリップ・ポイントでのサーミスタの値

RNTC|HOT = 高温トリップ・ポイントでのサーミスタの値

rCOLD = RNTC|COLDとR25の比率

rHOT = RNTC|HOTとR25の比率

RNOM = サーミスタの初期バイアス抵抗（図3を参照）

R1 = オプションの温度範囲調整抵抗（図4を参照）

バッテリチャージャの温度条件のトリップ・ポイントは、高温スレッショルドでは0.349 • VCCに、低温スレッショルドでは0.765 • VCCに内部設定されます。

したがって、高温トリップ・ポイントは次の場合に設定されます。

R

R RV VNTCHOT

NOM NTCHOTCC CC

|

|• . •

+= 0 349

また低温トリップ・ポイントは次の場合に設定されます。

R

R RV VNTCCOLD

NOM NTCCOLDCC CC

|

|• . •

+= 0 765

16

LTC3559

3595f

VCCMP1

MN1

1k1.74k

1.65k

IBAT

Li-IonBATTERY

3559 F05

BATTERYCHARGER

BAT

USBPOWER

500mA ICHG

5V WALLADAPTER

950mA ICHG

PROG+

D1

図5. ACアダプタとUSB電源の組み合わせ

アプリケーション情報これらの式を解いてRNTC|COLDとRNTC|HOTを求めると次のようになります。

RNTC|HOT = 0.536 • RNOM

そして

RNTC|COLD = 3.25 • RNOM

RNOMをR25に等しい値に設定すると、上の式からrHOT = 0.536およびrCOLD = 3.25になります。これらの比率をVishayの抵抗-温度曲線1のグラフに当てはめると、約40°Cの高温トリップ・ポイントおよび約0°Cの低温トリップ・ポイントが得られます。高温トリップ・ポイントと低温トリップ・ポイントの差は約40°Cです。

R25と値の異なるバイアス抵抗（RNOM）を使用することによって、高温トリップ・ポイントおよび低温トリップ・ポイントはいずれかの方向に移動させることができます。温度スパンはサーミスタの非直線的な動作によってある程度変化します。次の式を使用してバイアス抵抗の新たな値を容易に算出できます。

Rr

R

Rr

R

NOMHOT

NOMCOLD

=

=

0 53625

3 2525

.•

.•

ここで、rHOTおよびrCOLDは所期の高温トリップ・ポイントおよび低温トリップ・ポイントでの抵抗の比率です。これらの式には相関がある点に注目してください。したがって、2つのトリップ・ポイントの一方だけを選択することが可能で、他方はデバイスで設計されたデフォルトの比率によって決定されます。60°Cの高温トリップ・ポイントが必要な場合の例について検討します。

Vishayの曲線1のR-T特性から、60°CでのrHOTは0.2488になります。前述の式を使用するときは、RNOMを46.4kに設定します。このRNOMの値では、低温トリップ・ポイントは約16°Cです。スパンは前述の40°Cではなく44°Cになることに注目してください。

図4に示すように、バイアス抵抗を追加することによって、上側と下側の温度トリップ・ポイントを個別に設定できます。次の式を使用してRNOMおよびR1の値を算出することができます。

Rr r

R

R R r

NOMCOLD HOT

NOM HOT

=

=

–.

•

. • – •

2 71425

1 0 536 RR25

たとえば、トリップ・ポイントを0°Cと45°Cに設定するには、Vishayの曲線1のサーミスタを次のように決定します。

R k kNOM = =3 266 0 4368

2 714100 104 2

. – ..

• .

最も近い1%値は105kです。

R1 = 0.536 • 105k – 0.4368 • 100k = 12.6k

最も近い1%値は12.7kです。最終的な解は図4に示されており、上側のトリップ・ポイントは45°C、また下側のトリップ・ポイントは0°Cになります。

USB電源とACアダプタ電源バッテリチャージャは、USBポートから電力を供給してリチウムイオン･バッテリを充電するように設計されていますが、ACアダプタを使用することもできます。ACアダプタ入力とUSB電源入力を組み合わせる方法の一例を図5に示します。ACアダプタが接続されている場合、USBポートへの逆流を防止するためにPチャネルMOSFET（MP1）が使用され、1kプルダウン抵抗によるUSBの電力損失を防止するためにショットキー･ダイオード（D1）が使用されています。

一般に、ACアダプタは500mAに電流制限されているUSBポートよりもかなり大きな電流を供給することができます。したがって、ACアダプタが接続されている場合、NチャネルMOSFET（MN1）と追加の設定抵抗を使用することによって、最大充電電流が950mAまで増加します。

17

LTC3559

3559f


消費電力サーマル・フィードバックによってLTC3559が充電電流を減少させる条件は、このデバイスで消費される電力を検討することによって概算できます。充電電流が大きい場合、LTC3559の消費電力は次式のように概算されます。

PD = (VCC-VBAT) • IBAT

ここで、PDは消費電力、VCCは入力電源電圧、VBATはバッテリ電圧、IBATは充電電流です。LTC3559はダイ温度を約105°Cに維持するために充電電流を自動的に減少させるので、ワーストケースの電力消費のシナリオを想定する必要はありません。ただし、デバイス保護のためにサーマル・フィードバックが開始される周囲温度は次式のように概算されます。

T C P

T C V V IA D JA

A CC BAT BAT JA

= °

= ° ( )105

105

–

– – • •

θ

θ

例：LTC3559がUSBポートで動作して3.5Vリチウムイオン･バッテリに500mAを供給しているとします。LTC3559が500mAの充電電流を低減し始める温度を上回る周囲温度は次式のように概算されます。

T C V V mA C WT C

A

A

= ° ( ) ( ) °= °

105 5 3 5 500 68105 0

– – . • • /– .. • / –75 68 105 45

54W C W C

T CA

° = ° °= °

LTC3559は70°C以上でも使用できますが、充電電流は500mAから減少します。所定の周囲温度での充電電流は次式のように概算できます。

IC T

V VBATA

CC BAT JA=

°( )

105 –– • θ

88°Cの周囲温度で上の例を使用すると、充電電流はおよそ次のように減少します。

IC C

V V C WC

C AI

BAT =° °

( ) ° =°

°105 88

5 3 5 6817

90–

– . • / /

BBAT mA= 167

さらに、「充電電流の設定」の項目で述べたように、PROGピンの電圧は充電電流に比例して変化します。

LTC3559のアプリケーションではワーストケースの温度条件を考慮して設計する必要がないことに留意することが重要です。このデバイスは接合部温度が約105°Cに達すると電力消費を自動的に低減するからです。

バッテリチャージャの安定性に関する検討事項LTC3559バッテリチャージャには、定電圧ループと定電流ループの2つの制御ループが備わっています。定電圧ループは、バッテリが低インピーダンスのリードで接続されているときは補償がなくても安定しています。ただし、リードが長すぎると、大きな直列インダクタンスが加わり、BATからGNDに少なくとも1.5µFのバイパス・コンデンサが必要になることがあります。さらに、BATからGNDに4.7µFのコンデンサを0.2Ω～1Ωの抵抗と直列に接続し、バッテリが取り外されたときのリップル電圧を小さく保つ必要があります。

ESRが非常に小さい大容量のコンデンサ（特にセラミック・コンデンサ）では定電圧ループの位相マージンが低減されるので、不安定になる可能性があります。最大22µFのセラミック・コンデンサをバッテリと並列に接続できますが、コンデンサの容量が大きい場合には0.2Ω～1Ωの直列抵抗を使用してデカップルする必要があります。

定電流モードでは、バッテリではなくPROGピンが帰還ループを構成します。PROGピンが容量をもつことによって追加のポールが生じるので、このピンの容量は最小限に抑える必要があります。PROGピンに容量が追加されなければ、チャージャは設定抵抗値が25kまで安定します。ただし、このノードの容量が増えると最大許容設定抵抗が小さくなります。PROGピンのポール周波数は100kHz以上に保つ必要があります。したがって、PROGピンに容量負荷（CPROG）がある場合、次式を使用してRPROGの最大抵抗値を算出します。

RC

PROGPROG

≤ 12 105π • •

18

LTC3559

3595f

3559 F06

CFILTER

CHARGECURRENTMONITORCIRCUITRYRPROG

LTC3559

PROG

GND

10k

図6. PROGピンの容量性負荷とフィルタ回路の分離

図7. USBソフト接続回路

R140k

5V USBINPUT

3559 F07

C1100nF

C210µF

MP1Si2333

USB CABLE

VCC

GND

LTC3559

アプリケーション情報瞬時バッテリ電流よりも平均バッテリ電流に関心がもたれることがあります。たとえば、低電流モードで動作しているスイッチング電源がバッテリと並列に接続されている場合、一般には、瞬時電流パルスよりもBATピンから引き出されている平均電流に関心がもたれます。このような場合、図6に示すように、PROGピンにシンプルなRCフィルタを使用して平均バッテリ電流を測定することができます。安定性を確保するため、PROGピンとフィルタ・コンデンサの間に10kの抵抗が追加されています。

USBの突入制限携帯製品にUSBケーブルを差し込むとき、ケーブルのインダクタンスと高いQの入力セラミック・コンデンサによってL-C共振回路が形成されます。ケーブルのインピーダンスが高くない場合、USB電圧がセトリングする前に製品の入力の電圧がUSB電圧の2倍（約10V）に達することがあります。実際、多くのセラミック･コンデンサは電圧係数（非直線性）が高いので、電圧がUSB電圧の2倍を超えることさえあります。活線挿入時に過度の電圧によってLTC3559が損傷しないように、図7のソフト接続回路を採用することができます。

図7の回路では、ケーブルが最初に接続されたときにコンデンサC1がMP1をオフに保ちます。C1は最終的にUSB電圧まで充電され始め、MP1に印加するゲート電圧を上昇させます。R1とC1の大きな時定数によってケーブル内での急速な電流の生成が防止されるので、共振によるオーバーシュートがすべて抑えられます。

降圧スイッチング･レギュレータの概要LTC3559は、それぞれ最大400 mAを供給する2つの2.25MHz固定周波数電流モード・スイッチング･レギュレータを備えています。どちらのスイッチャも0.8Vの最小出力電圧に設定可能で、マイクロコントローラのコア、マイクロコントローラのI/O、メモリなどのロジック回路への電源供給に使用できます。どちらのレギュレータも、入力電圧が出力電圧の非常に近くまで低下した場合に100%デューティ・サイクル動作（ドロップアウト・モード）をサポートし、軽負荷時には効率を最大にするためにBurst Mode動作を行うことも可能です（Burst Mode動作はピンで選択可能）。これらのスイッチング･レギュレータは、起動時の突入電流を制限するソフトスタート、短絡電流保護、放射EMIを低減するスイッチ・ノードのスルーレート制限回路なども備えています。

1つのMODEピンによって両方のレギュレータがBurst Mode動作またはパルススキップ動作モードに設定されますが、各レギュレータはそれぞれのイネーブル・ピンEN1およびEN2によって個別にイネーブルされます。降圧レギュレータの入力電源（PVIN）は、バッテリ・ピン（BAT）に接続します。これによって、BAT電圧が2.45Vを下回った場合、BATピンの低電圧ロックアウト回路が降圧レギュレータをディスエーブルすることができます。降圧スイッチング･レギュレータをBAT以外の電圧でドライブしないでください。PVINピンからGNDに2.2µFのデカップリング・コンデンサを接続することを推奨します。

降圧スイッチング･レギュレータの出力電圧の設定どちらのスイッチング･レギュレータも、出力電圧が0.8Vより大きくなるように設定できます。各降圧スイッチング･レギュレータの出力は、スイッチング･レギュレータの出力から帰還ピン（FB1およびFB2）に抵抗分割器を接続することによって、次式のように設定します。

VOUT = 0.8 (1＋R1/R2)

R1の標準値は40k～1Mの範囲です。コンデンサCFBは帰還抵抗とFBピンの入力容量によって生じるポールをキャンセルし、0.8Vをはるかに上回る出力電圧の過渡応答を改善するのにも役立ちます。CFBには様々なサイズのコンデンサを使用することができますが、ほとんどのアプリケーションには10pFの値を推奨します。必要であれば、2pF～22pFのコンデンサ・サイズで実験すると、過渡応答の改善が得られます。

19

LTC3559

3559f

+

PWMCONTROL

GND

EN

MODE

0.8V

MN

FB

MP

CFB

VOUT

PVIN

CO

R1

R2

LSW

3559 F08

図8. 降圧コンバータのアプリケーション回路


降圧スイッチング･レギュレータの動作モード降圧スイッチング･レギュレータには2つの可能な動作モードがあり、様々なアプリケーションのノイズ/電力要件を満たします。

パルススキップ・モードでは、内部ラッチが各サイクルの開始点でセットされ、メインPチャネルMOSFETスイッチをオンします。各サイクルで、電流コンパレータがピーク・インダクタ電流をエラーアンプの出力と比較します。電流コンパレータの出力が内部ラッチをリセットするので、メインPチャネルMOSFETスイッチがオフし、NチャネルMOSFET同期整流器がオンします。NチャネルMOSFET同期整流器は、2.25MHzのサイクルの終了時か、またはNチャネルMOSFET同期整流器を流れる電流がゼロに低下したときにオフします。この動作手法を使用して、エラーアンプはピーク・インダクタ電流を調節し、必要な出力電力を供給します。必要な補償機能はすべて降圧スイッチング･レギュレータに内蔵されているので、1個のセラミック出力コンデンサを使用するだけで安定させることができます。パルススキップ・モードで軽負荷の場合、インダクタ電流は各パルスでゼロに達することがあり、NチャネルMOSFET同期整流器をオフします。この場合、スイッチ・ノード（SWまたはSW2）は高インピーダンスになり、スイッチ・ノードの電圧にリンギングが生じます。これは不連続動作であり、スイッチング･レギュレータでは通常の動作です。パルススキップ・モードでの非常に軽い負荷では、降圧スイッチング・レギュレータは必要に応じて自動的にパルスをスキップして出力を安定化状態に保ちます。パルススキップ・モードでの高いデューティ・サイクル（VOUT > PVIN/2）では、インダクタ電流が反転して降圧コンバータが連続的にスイッチング

する可能性があります。レギュレーションと低ノイズ動作は維持されますが、連続ゲート・スイッチングによって、入力電源電流が数ミリアンペアに増加します。

Burst Mode動作時、降圧スイッチング・レギュレータは、負荷電流に応じて固定周波数PWM動作とヒステリシスをもった制御動作の間で自動的に切り替わります。軽負荷では、降圧スイッチング･レギュレータはインダクタ電流を直接制御し、ヒステリシスをもった制御ループを使用してノイズとスイッチング損失の両方を最小限に抑えます。Burst Mode動作時には、出力コンデンサがレギュレーション・ポイントよりわずかに高い電圧まで充電されます。次いで降圧スイッチング･レギュレータはスリープ・モードになり、その間、出力コンデンサが負荷電流を供給します。スリープ・モードでは、スイッチング･レギュレータの回路のほとんどがパワーダウンするので、バッテリの電力を節約することができます。出力電圧があらかじめ決められた値より下がると、降圧スイッチング･レギュレータ回路がオンし、新しいバースト・サイクルが開始されます。スリープ時間は負荷電流が増加するにつれて減少します。特定の負荷電流（定格出力負荷電流の約1/4）を超えると、降圧スイッチング･レギュレータは（軽負荷時のパルススキップ動作とほとんど同様の）低ノイズ、固定周波数PWMモードの動作に切り替わります。低出力電流である程度の出力リップルを許容できるアプリケーションの場合、軽負荷時、Burst Mode動作でパルススキップより高い効率を達成します。

降圧スイッチング･レギュレータではオンザフライでのモードの移行が可能なので、負荷がかけられていてもモード間のシームレスな移行を行うことができます。これによって、モードを交互に切り替えて、必要に応じて出力リップルを低減したり、低電流効率を向上させることができます。Burst Mode動作はMODEピンを“H”にドライブすることによって設定され、パルススキップ・モードはMODEピンを“L”にドライブすることによって設定されます。

シャットダウン時の降圧スイッチング･レギュレータ降圧スイッチング･レギュレータは、動作をイネーブルされていないときはシャットダウン状態になります。シャットダウン状態では、降圧スイッチング･レギュレータのすべての回路はレギュレータの入力電源から切り離されており、シャットダウン時には、スイッチ・ピン（SW1またはSW2）の10k抵抗を通してグランドに流れる数ナノアンペアのリーク電流が残るだけです。

20

LTC3559

3595f


降圧スイッチング･レギュレータのドロップアウト動作降圧スイッチング・レギュレータの入力電圧を設定された出力電圧に近づけることは可能です（たとえば、設定された出力電圧が3.3Vでバッテリ電圧が3.4V）。この状態が生じると、PMOSスイッチのデューティ・サイクルは100%で連続的にオンするまで増加します。このドロップアウト状態では、それぞれの出力電圧は、レギュレータの入力電圧から内部PチャネルMOSFETとインダクタの電圧降下を差し引いた電圧に等しくなります。

降圧スイッチング･レギュレータのソフトスタート動作ソフトスタートは、各スイッチング・レギュレータのピーク・インダクタ電流を500µsの時間をかけて徐々に増加させることによって実行します。これによって各出力がゆっくり立ち上がるので、レギュレータの出力コンデンサを充電するのに必要なバッテリの突入電流を最小限に抑えることができます。ソフトスタート・サイクルは、スイッチャが最初にオンするたび、またはフォールト状態（サーマル・シャットダウンまたはUVLO）が生じた後に開始されます。ソフトスタート・サイクルは、MODEピンを使用した動作モードの変更によってトリガされることはありません。このため、動作モード間の移行時にシームレスな出力動作が行われます。

降圧スイッチング･レギュレータのスイッチング･スルーレートの制御降圧レギュレータには、スイッチ・ノード（SW1およびSW2）のスルーレートを制限する回路が搭載されています。この回路は、スイッチ・ノードを数ナノ秒の時間で遷移させ、高効率を維持しながらEMIの放射と電源ノイズの伝導を大幅に低減するように設計されています。

降圧スイッチング･レギュレータの低電源電圧動作BATが約2.5Vを下回ると、降圧スイッチング･レギュレータはPVINの低電圧ロックアウト（UVLO）回路によってシャットダウンされます。このUVLOによって、レギュレーション損失などの望ましくない動作が起こり得る低電源電圧での降圧スイッチング･レギュレータの動作が防止されます。

降圧スイッチング･レギュレータのインダクタの選択降圧レギュレータは、2.2µH～10µHの範囲のインダクタを使用して動作するように設計されていますが、ほとんどのアプリケーションで4.7µHのインダクタが推奨されています。インダクタ値を大きくするとリップル電流が減少し、出力リップル電圧が改善されます。インダクタ値を小さくするとリップル電流が増加し、過渡応答時間が改善されます。効率を最大にするには、低DC抵抗のインダクタを選択します。1.2Vの出力の場合、400mAの負荷電流では100mΩの直列抵抗ごとに効率は約2%低下し、100mAの負荷電流では300mΩの直列抵抗ごとに約2%低下します。最大負荷電流の少なくとも1.5倍のDC電流定格を備えたインダクタを選択し、通常動作時にインダクタが飽和しないようにします。出力の短絡の可能性がある場合には、降圧レギュレータで規定された最大ピーク電流を処理する定格のインダクタを使用します。

コアの材質と形状が異なると、インダクタのサイズ/電流および価格/電流の関係が変わります。フェライトやパーマロイを素材とするトロイド・コアやシールドされたポット型コアは、小型でエネルギー放射は大きくありませんが、同様な電気的特性を有する鉄粉コアのインダクタより一般に高価です。非常に薄いか、または体積が非常に小さいインダクタは通常、DCR損失が非常に大きくなるので、最高の効率は得られません。使用するインダクタの種類は、多くの場合、降圧レギュレータの動作要件よりも、価格対サイズ、性能、放射EMIの要件に応じて選択されます。

インダクタ値はBurst Mode動作にも影響を与えます。インダクタ値が小さいと、Burst Modeのスイッチング周波数が上昇します。

LTC3559に適したインダクタのいくつかを表2に示します。これらのインダクタは、電流定格、DCR、物理的寸法の間でうまく妥協が図られています。すべてのインダクタの詳細については各製造元へお問い合わせください。

21

LTC3559

3559f

表2. 推奨するインダクタINDUCTOR TYPE L (µH) MAX IDC(A) MAX DCR(Ω) SIZE IN MM (L × W × H) MANUFACTURER

DB318C

D312C

DE2812C

4.7 3.3 4.7 3.3 4.7 3.3

1.07 1.20 0.79 0.90 1.15 1.37

0.1 0.07 0.24 0.20

0.13* 0.105*

3.8 × 3.8 × 1.8 3.8 × 3.8 × 1.8 3.6 × 3.6 × 1.2 3.6 × 3.6 × 1.2 3.0 × 2.8 × 1.2 3.0 × 2.8 × 1.2

Toko www.toko.com

CDRH3D16

CDRH2D11

CLS4D09

4.7 3.3 4.7 3.3 4.7

0.9 1.1 0.5 0.6

0.75

0.11 0.085 0.17

0.123 0.19

4 × 4 × 1.8 4 × 4 × 1.8

3.2 × 3.2 × 1.2 3.2 × 3.2 × 1.2 4.9 × 4.9 × 1

Sumida www.sumida.com

SD3118

SD3112

SD12

SD10

4.7 3.3 4.7 3.3 4.7 3.3 4.7 3.3

1.3 1.59 0.8

0.97 1.29 1.42 1.08 1.31

0.162 0.113 0.246 0.165 0.117* 0.104* 0.153* 0.108*

3.1 × 3.1 × 1.8 3.1 × 3.1 × 1.8 3.1 × 3.1 × 1.2 3.1 × 3.1 × 1.2 5.2 × 5.2 × 1.2 5.2 × 5.2 × 1.2 5.2 × 5.2 × 1.0 5.2 × 5.2 × 1.0

Cooper www.cooperet.com

LPS3015 4.7 3.3

1.1 1.3

0.2 0.13

3.0 × 3.0 × 1.5 3.0 × 3.0 × 1.5

Coilcraft www.coilcraft.com

*Typical DCR


降圧スイッチング･レギュレータの入力/出力コンデンサの選択スイッチング･レギュレータの入力電源とともに両方のスイッチング･レギュレータの出力には、低ESR（等価直列抵抗）のセラミック･コンデンサを使用します。X5RやX7Rのセラミック･コンデンサは他のセラミック･コンデンサのタイプに比べて広い電圧範囲と温度範囲で容量を維持するのでX5RやX7Rのみを使用します。ほとんどのアプリケーションでは10µFの出力コンデンサで十分です。過渡応答および安定性を良好にするには、出力コンデンサは全動作温度とバイアス電圧にわたって少なくとも4µFの容量を維持する必要があります。スイッチング･レギュレータの入力電源は2.2µFのコンデンサでバイパスします。セラミック･コンデンサの品揃えと仕様の詳細については製造元へお問い合わせください。現在、高さが制限された設計に使用するのに最適な非常に薄い（高さ1mm未満）セラミック･コンデンサが多くの製造元から提供されています。セラミック・コンデンサの製造元のいくつかを表3に示します。

表3：推奨するセラミック・コンデンサの製造元AVX (803) 448-9411 www.avxcorp.com

Murata (714) 852-2001 www.murata.com

Taiyo Yuden (408) 537-4150 www.t-yuden.com

TDK (888) 835-6646 www.tdk.com

PCBレイアウトに関する検討事項すべてのDC/DCレギュレータの場合と同様、プリント回路基板（PCB）のレイアウトと部品配置には細心の注意が必要です。インダクタ、入力PVINコンデンサ、出力コンデンサはすべて、できるだけLTC3559に近づけて、LTC3559と同一面に配置する必要があります。接続はすべてその同一の層で行う必要があります。これらの部品の下には、LTC3559の露出パッド（ピン17）に接続された切れ目のないローカル・グランド・プレーンを配置します。適正な動作のためには、露出パッドはシステム・グランドにも半田付けする必要があります。

22

LTC3559

3595f

降圧レギュレータの出力電圧は3.3Vに設定されている。BAT電圧が3.3Vに近づくと、レギュレータがドロップアウト・モードで動作し、出力電圧はBAT – (ILOAD • 0.6)になる。CHRGのLEDはバッテリチャージャの状態を視覚的に表示する。NTCの3本の抵抗の

バイアス・ネットワークによって、高温トリップ・ポイントと低温トリップ・ポイントがそれぞれ約55°Cと約0°Cに設定される

VCC

NTC

CHRG

PROG

SUSP

HPWR

EN1

4.7µH

2.2µF

10µF

324k

1.02M

649k

806k 10µF

22pF

22pF

UP TO950mA

LTC3559

GND EXPOSED PAD

1µF110k510Ω

100kNTCNTH50603N01

4.7µH

887Ω

EN2

MODE

BATADAPTER4.5V TO 5.5V

PVIN

SW1

FB1

SW2DIGITALLY

CONTROLLEDFB2

SINGLELi-lon CELL2.7V TO 4.2V

1.8V AT400mA

3.3V AT400mA

28.7k

3559 TA03

+

降圧レギュレータの効率とILOAD 降圧レギュレータの効率とILOAD

ILOAD (mA)

30

EFFI

CIEN

CY (%

)

90

100

20

10

80

50

70

60

40

0.1 10 100 1000

3559 TA02b

01

PVIN = 2.7VPVIN = 4.2V

VOUT = 1.8V

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

ILOAD (mA)

30

EFFI

CIEN

CY (%

)

90

100

20

10

80

50

70

60

40

0.1 10 100 1000

3559 TA02c

01

PVIN = 4.2VVOUT = 3.3V

Burst ModeOPERATION

PULSE SKIPMODE

標準的応用例

23

LTC3559

3559f

UDパッケージ16ピン・プラスチックQFN（3mm × 3mm）

(Reference LTC DWG # 05-08-1691)

��

NOTE：1. 図はJEDECのパッケージ外形MO-220のバリエーション（WEED-2）に適合2. 図は実寸とは異なる3. すべての寸法はミリメートル4. パッケージ底面の露出パッドの寸法にはモールドのバリを含まない。モールドのバリは（もしあれば）各サイドで0.15mmを超えないこと5. 露出パッドは半田メッキとする6. 網掛けの部分はパッケージの上面と底面のピン1の位置の参考に過ぎない

ピン1トップマーク（NOTE 6）

��

底面図̶露出パッド

��

��

��

�

ピン1のノッチR = 0.20（標準）または0.25 × 45°面取り

��

�

��

��

��

��

推奨する半田パッドのピッチと寸法

��

��

��

��

パッケージの外形

バッテリは最大950mAの充電電流で充電可能。降圧レギュレータ2は、VOUT1が最大約0.7Vになった後だけイネーブルされる。これによって、マイクロプロセッサが周辺回路より先に起動する必要があるアプリケーションに適したシーケンス機能が実現される。

CHRGは、バッテリの充電状態を解読するマイクロプロセッサとのインターフェイスを行う

VCC

NTC

CHRG

PROG

SUSP

HPWR

EN1

4.7µH

2.2µF

10µF

10µF

309k

655k

649k

324k 22pF

22pF

UP TO950mA

LTC3559

GND EXPOSED PAD

1µF100k

100kNTCNTH50603NO1

4.7µH

887Ω

EN2

MODE

BAT

100k

ADAPTER4.5V TO 5.5V

TOMICROPROCESSOR

PVIN

SW1

FB1

SW2

DIGITALLYCONTROLLED

FB2

SINGLELi-lon CELL2.7V TO 4.2V

1.2V AT400mA

2.5V AT400mA

3559 TA02

+

標準的応用例

パッケージ寸法

リニアテクノロジー・コーポレーションがここで提供する情報は正確かつ信頼できるものと考えておりますが、その使用に関する責務は一切負いません。また、ここに記載された回路結線と既存特許とのいかなる関連についても一切関知いたしません。なお、日本語の資料はあくまでも参考資料です。訂正、変更、改版に追従していない場合があります。最終的な確認は必ず最新の英語版データシートでお願いいたします。

24

LTC3559

3595f

関連製品

製品番号説明注釈LTC3550 可変出力600mA降圧コンバータ付きデュアル入力同期整流式降圧コンバータ、効率：93%、600mAでの可変出力、 USB/ACアダプタ･リチウムイオン･バッテリ･チャージャ充電電流：950mAまでプログラム可能、USB互換、入力電源を自動的に検出および選択LTC3552 可変出力デュアル同期整流式降圧コンバータ付き同期整流式降圧コンバータ、効率：>90%、800mAおよび400mA スタンドアロン･リニア･リチウムイオン･バッテリ･チャージャでの可変出力、充電電流：950mAまでプログラム可能、 USB互換、5mm×3mm DFN16パッケージLTC3552-1 デュアル同期整流式降圧コンバータ付きスタンド同期整流式降圧コンバータ、効率：>90%、1.8V/800mAおよびアロン･リニア･リチウムイオン･バッテリ･チャージャ 1.575V/400mA出力、充電電流：950mAまでプログラム可能、 USB互換LTC3455 USBパワーマネージャとリチウムイオン・バッテリ・入力電源間のシームレスな移行：リチウムイオン・バッテリ、チャージャを装備したデュアルDC/DCコンバータ USBおよび5V ACアダプタ、2つの高効率DC/DCコンバータ：最大96%、高精度のUSB電流制限（500mA/100mA）付きフル機能リチウムイオン･バッテリ・チャージャ、ピンで選択可能な Burst Mode®動作、SDIOおよびメモリ・カード用Hot SwapTM出力、24ピン(4mm×4mm) QFNパッケージLTC3456 USBパワーマネージャ付き2セル 2セル・バッテリ、USBおよびACアダプタの入力電源間のシー複数出力DC/DCコンバータムレスな移行、メイン出力：固定3.3V出力、コア出力：0.8V～ VBATT(MIN)で調整可能、メモリ・カード用Hot Swap出力、電源シーケンシング：メインおよび Hot Swapの高精度USB電流制限、高周波数動作：1MHz、高効率：最大92%、24ピン(4mm×4mm) QFNパッケージLTC4080 300mA同期整流式降圧コンバータ付き 1セル･リチウムイオン･バッテリを充電、タイマ終了＋C/10、 500mAスタンドアロン･チャージャサーマル･レギュレーション、降圧出力：0.8V～VBAT、降圧入力 VIN：2.7V～5.5V、3mm×3mm DFN10パッケージBurst Modeはリニアテクノロジー社の登録商標です。Hot Swapはリニアテクノロジー社の商標です。

LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2007

0507 • PRINTED IN JAPAN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8FTEL 03-5226-7291● FAX 03-5226-0268 ● www.linear-tech.co.jp

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