リチウムイオン (Li-ion) が小型フォーム ファクタ市場で主要な選択肢となっている理由を知り、より小型の充電フォーム ファクタへの移行に向けて、オンセミコンダクターが極めて小さなフットプリントのLi-ion充電器に関する業界最先端のテクノロジをどのように提供しているかを探ります。
過去10年間のスマートフォンの進化と同様に、他の成長市場では、機能の追加や携帯性の向上に加え、フォーム ファクターの小型化が求められています。細分化されたドローン市場では、ミニドローンとマイクロドローンの成長が見られます。音声認識、近接センサー、ノイズキャンセリング、高忠実度機能を備えたヒアラブル（イヤホン）市場は著しい成長を遂げています。小型のBluetoothスピーカーは手のひらに収まるようになり、フィットネスと医療の両方の目的で使用される時計の形をしたウェアラブルは、IoTのビッグデータ分析への入力を増強する成長分野となっています。リチウムイオンは、比エネルギー (Wh/kg) が高く、コストが低く、フォーム ファクタが柔軟であることから、これらの小型フォーム ファクタ市場では主要な選択肢であり、これらすべてが小型のリチウムイオン充電器の需要を促進しています。オンセミコンダクターは、より小型の充電フォーム ファクタへの移行を可能にする、極めて小さなフットプリントのリチウムイオン充電器に関する業界最先端のテクノロジを備えています。
リチウムイオンCC/CV充電プロファイル
リチウムイオンは通常、定電流 (CC)/定電圧 (CV) 充電プロファイルを実装します。左から右に移動すると、空のセルは穏やかな充電 (約C/5)、つまり「事前充電」で充電を開始します。空に近い状態で過剰な電流が流されると、Li-ionは早期に劣化します。セル電圧がVBATMIN (コバルトの場合は通常3.6V) まで上昇すると、セル データ シートに指定されている最大許容充電電流 (約1C) でCCモードに入ることが安全になります。これにより、充電時間 (TTC) が最大化されます。セル電圧がVFLOATまたはセル データシートに指定された最大電圧に達すると、充電器はCVモードに入ります。CVモードでは電圧がクランプされ、セルが完全に充電されるにつれてセルに入る電流は自然に減少します。最後に、充電電流がC/10からC/20に近づくと、充電器は充電を終了します。
VFLOAT、VBATMIN、IPRE、IFASTの値は、バッテリーのデータシートに記載されています。多くのLi-ion充電器では、CC/CV充電プロファイルを生成するために、I2Cを介して内部レジスタをプログラムするコンパニオン プロセッサが必要です。onsemiのFAN54120スタンドアロンLi-ion充電器は、I2Cレジスタやファームウェアを使用せずに、CC/CV充電プロファイルを自動的に実行します。これにより、コンパニオン プロセッサが不要になり、コスト、スペース、複雑さが軽減されます。すぐに使用でき、市場投入までの時間を短縮します。FAN54120はファームウェアがないため、改ざん防止機能があり、医療やIoTなどのセキュリティが重要なアプリケーションにとってもう1つの利点となります。
FAN54120スタンドアロン充電器は、非常に低いフォームファクタです。現在、2mm x 2mm DFNパッケージで提供されており、近日中に1.36mm x 0.76mm WLCSPパッケージもリリースされる予定です。
FAN54120 500mAリニア スタンドアロン チャージャー
FAN54120は外部rset抵抗器を参照して、広範囲のバッテリー容量にわたってCC/CV充電プロファイルを自動的に生成します。たとえば、セルが最大500mAの充電を処理できる場合、1kΩ rset (IFAST=500mA) を選択すると、FAN54120は750mAhバッテリーに対して、自動的に100mA (IFAST/5) で事前充電し、CCモードのために500mA (IFAST) に移行し、その後50mA (IFAST/10) で充電を終了します。
140mAhのような小容量のLi-ionバッテリーの場合、5KΩ リセット抵抗により、20mAのプリチャージ、100mAのCCモード充電電流、および10mAの充電終了が発生します。
FAN54120は、外部NTCを使用したJEITA「Safe-to-Charge」温度動作をサポートします。FAN54120は最大28Vの入力電圧に耐え、最大6Vの入力で動作し、わずか150nAという世界クラスの静止電流を実現します。これにより、FAN54120は充電間でセルを過剰放電することがなくなります。最後に、FAN54120は0.5% のCV精度を提供し、+ 50mVの許容誤差を持つ安価なセル保護回路の不注意なOVP (過電圧保護) トリップを防止します。
市場と用途には、イヤホン、ウェアラブル、Bluetoothスピーカーとヘッドセット、IoTデバイス、ミニおよびマイクロ ドローン、カメラ、電子タバコ、おもちゃ、ゲームなどがあります。