大電流スーパーキャパシタ・バックアップ・コント …...CAP1 CAPRTN CAPFB INFET VOUTSP VOUTSN ICHG (STEP-DOWN) IBACKUP VCAP < VOUT (STEP-UP) VCAP > VOUT

LTC3350

13350fb

詳細： www.linear-tech.co.jp/LTC3350

標準的応用例

特長概要

大電流スーパーキャパシタ・バックアップ・コントローラ/

システム・モニタ

LTC®3350は、1個～4個の直列スーパーキャパシタ・スタックの充電およびモニタが可能なバックアップ・パワー・コントローラです。LTC3350の同期整流式降圧コントローラは、NチャネルMOSFETを駆動して定電流 /定電圧の充電に対応しており、プログラム可能な入力電流制限回路を内蔵しています。さらに、降圧コンバータは昇圧コンバータとして逆向きに動作し、スーパーキャパシタ・スタックからバックアップ電源レールに電力を供給できます。バランサを内蔵しているのでバランス抵抗を外付けする必要がありません。また、各スーパーキャパシタには過電圧保護用のシャント・レギュレータが接続されています。

LTC3350は、システムの電圧、電流、スタック容量、スタックESRをモニタしており、これらのデータはI2C/SMBusを介して読み取ることができます。このデュアル理想ダイオード・コントローラは、入力およびスーパーキャパシタからバックアップ・システム電源までの低損失の電力経路にNチャネルMOSFET

を使用しています。LTC3350は、高さの低い38ピンの5mm×7mm×0.75mm QFN表面実装パッケージで供給されます。

大電流スーパーキャパシタ・チャージャおよびバックアップ電源

アプリケーション

n 1個～4個の直列スーパーキャパシタを高効率の同期整流式降圧モードで定電流 /定電圧充電

n バックアップ時の昇圧モードにより、スーパーキャパシタの蓄積エネルギーを大量に利用

n システムの電圧 /電流、容量、ESRをモニタする 14ビットA/Dコンバータ

n 過電圧保護用のアクティブなシャント・レギュレータn アクティブ・バランサ内蔵バランス抵抗不要n VIN：4.5V～35V、VCAP(n)：コンデンサ当たり最大5V、充電

電流 /バックアップ電流：10A超n プログラム可能な入力電流制限により、システム負荷をコ

ンデンサの充電電流より優先n デュアル理想ダイオードPowerPath™コントローラ n すべてNチャネルFETのチャージャ・コントローラおよび

PowerPathコントローラn 小型38ピン5mm×7mm QFNパッケージ

n 大電流12VライドスルーUPSn サーバー /マス・ストレージ /高可用性システム

L、LT、LTC、LTM、Linear TechnologyおよびLinearのロゴ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。その他すべての商標の所有権は、それぞれの所有者に帰属します。特許出願中。

バックアップ動作VIN

PFI OUTFB

OUTFET

TGATE

SW

BGATE

ICAPVCAPCAP4

CAP3

CAP2

CAP1

CAPRTN

CAPFB

INFET VOUTSP VOUTSN

ICHG (STEP-DOWN) IBACKUP

VCAP < VOUT(STEP-UP)

VCAP > VOUT(DIRECTCONNECT)

VOUT

LTC3350

10FVCAP

10F

10F

10F

3350 TA01a

I2C

VIN2V/DIV

VCAP2V/DIV

VOUT2V/DIV

400ms/DIVBACK PAGE APPLICATION CIRCUIT

0V

3350 TA01a

PBACKUP = 25W

VOUT

VCAP

VIN

http://www.linear-tech.co.jp/LTC3350


LTC3350

23350fb


目次特長....................................................................1アプリケーション ...................................................1標準的応用例 .......................................................1概要....................................................................1絶対最大定格........................................................3発注情報..............................................................3ピン配置 ..............................................................3電気的特性...........................................................4標準的性能特性.....................................................7ピン機能 ............................................................ 10ブロック図 .......................................................... 13タイミング図 ....................................................... 14動作.................................................................. 14

はじめに ............................................................................ 14双方向スイッチング・コントローラ - 降圧モード ............ 14双方向スイッチング・コントローラ - 昇圧モード ............ 15理想ダイオード ................................................................. 16ゲート駆動電源（DRVCC） ................................................ 17低電圧ロックアウト（UVLO） ............................................ 17RT発振器とスイッチング周波数 ...................................... 17入力過電圧保護 .............................................................. 17VCAP DAC .......................................................................... 17パワーフェイル（PF）コンパレータ .................................... 17充電状態の表示 ............................................................... 17スーパーキャパシタ電圧バランサ .................................. 17スーパーキャパシタ・シャント・レギュレータ ................... 18I2C/SMBusおよびSMBALERT ........................................... 18アナログ /デジタル・コンバータ ....................................... 18容量とESRの測定 ........................................................... 18モニタ状態レジスタ .......................................................... 19チャージャ状態レジスタ .................................................. 20制限チェックとアラーム ................................................... 20ダイ温度センサ ................................................................. 20汎用入力 ........................................................................... 20

アプリケーション情報 ........................................... 21デジタル構成 .................................................................... 21スーパーキャパシタ構成 .................................................. 21スーパーキャパシタ・シャント・レギュレータの設定 ....... 21入力電流と充電電流の設定 ............................................ 21低電流充電および高電流バックアップ ........................... 22VCAP電圧の設定 ............................................................... 22パワーフェイル・コンパレータの入力電圧しきい値 ...... 23バックアップ・モードでのVOUT電圧の設定 ..................... 23補償 ................................................................................... 24バックアップ・モードでの最小VCAP電圧 ......................... 24スーパーキャパシタのエネルギー蓄積能力の最適化 .... 25スーパーキャパシタの選択手順 ..................................... 26インダクタの選択 ............................................................. 26COUTとCCAPの容量 ........................................................... 27パワーMOSFETの選択 ..................................................... 28ショットキ・ダイオードの選択 .......................................... 28上側MOSFETドライバの電源（CB、DB） ............................ 29INTVCC/DRVCCとデバイスの電力損失 .............................. 29最小オン時間に関する検討事項 ..................................... 30理想ダイオードMOSFETの選択 ...................................... 30PCBレイアウトに関する検討事項 ................................... 30

レジスタ・マップ ................................................... 32レジスタの内容 .................................................... 33標準的応用例 ...................................................... 39パッケージ ......................................................... 44改訂履歴............................................................ 45標準的応用例 ...................................................... 46関連製品............................................................ 46


LTC3350

33350fb


ピン配置

絶対最大定格

VIN、VOUTSP、VOUTSN ..........................................–0.3V～40VVCAP .......................................................................–0.3V～22VCAP4-CAP3、CAP3-CAP2、CAP2-CAP1、 CAP1-CAPRTN .......................................................–0.3V～5.5VDRVCC、OUTFB、CAPFB、SMBALERT、CAPGD、 PFO、GPI、SDA、SCL .............................................–0.3V～5.5VBST ......................................................................–0.3V～45.5VPFI ..........................................................................–0.3V～20VCAP_SLCT0、CAP_SLCT1 ........................................... –0.3～3VBST～SW..............................................................–0.3V～5.5VVOUTSP～VOUTSN、ICAP～VCAP ......................–0.3V～0.3VIINTVCC .............................................................................. 100mAICAP(1,2,3,4)、ICAPRTN ......................................................... 600mAICAPGD、IPFO、ISMBALERT ..................................................... 10mA動作接合部温度範囲

（Note 2、3） ......................................................... –40°C～125°C保存温度範囲.................................................... –65°C～150°C

（Note 1）

13 14 15 16

TOP VIEW

39PGND

UHF PACKAGE38-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

1SCL

SDA

SMBALERT

CAPGD

VC

CAPFB

OUTFB

SGND

RT

GPI

ITST

CAPRTN

VOUTSP

VOUTSN

INTVCC

DRVCC

BGATE

BST

TGATE

SW

VCC2P5

ICAP

VCAP

OUTFET

PFO

PFI

CAP_

SLCT

1

CAP_

SLCT

0

V IN

INFE

T

VOUT

M5

CAP1

CAP2

CAP3

CAP4 CFP

CFN

VCAP

P5

23

22

21

20

9

10

11

12

TJMAX = 125°C, θJA = 34°C/W EXPOSED PAD (PIN 39) IS PGND, MUST BE SOLDERED TO PCB

発注情報

無鉛仕上げテープ・アンド・リール製品マーキングパッケージ温度範囲LTC3350EUHF#PBF LTC3350EUHF#TRPBF 3350 38-Lead（5mm×7mm）Plastic QFN –40°C to 125°CLTC3350IUHF#PBF LTC3350IUHF#TRPBF 3350 38-Lead（5mm×7mm）Plastic QFN –40°C to 125°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。非標準の鉛仕上げの製品の詳細については、弊社または弊社代理店にお問い合わせください。無鉛仕上げ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。


http://www.linear-tech.co.jp/leadfree/

http://www.linear-tech.co.jp/tapeandreel/

LTC3350

43350fb


電気的特性lは規定動作接合部温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25°Cの値（Note 2）。注記がない限り、VIN = VOUT = 12V、VDRVCC = VINTVCC。

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

スイッチング・レギュレータVIN Input Supply Voltage l 4.5 35 V

IQ Input Quiescent Current (Note 4) 4 mA

VCAPFBHI Maximum Regulated VCAP Feedback Voltage VCAPDAC Full Scale (1111b)

l

1.188 1.176

1.200 1.200

1.212 1.224

V V

VCAPFBLO Minimum Regulated VCAP Feedback Voltage VCAPDAC Zero Scale (0000b) 0.628 0.638 0.647 V

ICAPFB CAPFB Input Leakage Current VCAPFB = 1.2V l –50 50 nA

VOUTFB Regulated VOUT Feedback Voltage

l

1.188 1.176

1.200 1.200

1.212 1.224

V V

VOUTFB(TH) OUTFET Turn-Off Threshold Falling Threshold 1.27 1.3 1.33 V

IOUTFB OUTFB Input Leakage Current VOUTFB = 1.2V l –50 50 nA

VOUTBST VOUT Voltage in Step-Up Mode VIN = 0V l 4.5 35 V

VUVLO INTVCC Undervoltage Lockout Rising Threshold Falling Threshold

l

l

3.85

4.3 4

4.45 V V

VDRVUVLO DRVCC Undervoltage Lockout Rising Threshold Falling Threshold

l

l

3.75

4.2 3.9

4.35 V V

VDUVLO VIN – VCAP Differential Undervoltage Lockout Rising Threshold Falling Threshold

l

l

145 55

185 90

225 125

mV mV

VOVLO VIN Overvoltage Lockout Rising Threshold Falling Threshold

l

l

37.7 36.3

38.6 37.2

39.5 38.1

V V

VVCAPP5 Charge Pump Output Voltage Relative to VCAP, 0V ≤ VCAP ≤ 20V 5 V

入力電流検出アンプVSNSI Regulated Input Current Sense Voltage

(VOUTSP – VOUTSN)

l

31.36 31.04

32.00 32.00

32.64 32.96

mV mV

充電電流検出アンプVSNSC Regulated Charge Current Sense Voltage

(ICAP – VCAP)VCAP = 10V

l

31.36 31.04

32.00 32.00

32.64 32.96

mV mV

VCMC Common Mode Range (ICAP, VCAP) 0 20 V

VPEAK Peak Inductor Current Sense Voltage l 51 58 65 mV

VREV Reverse Inductor Current Sense Voltage Step-Down Mode l 3.867 7 10 mV

IICAP ICAP Pin Current Step-Down Mode, VSNSC = 32mV Step-Up Mode, VSNSC = 32mV

30 135

µA µA

エラーアンプgMV VCAP Voltage Loop Transconductance 1 mmho

gMC Charge Current Loop Transconductance 64 μmho

gMI Input Current Loop Transconductance 64 μmho

gMO VOUT Voltage Loop Transconductance 400 μmho

発振器fSW Switching Frequency RT = 107k

l

495 490

500 500

505 510

kHz kHz

Maximum Programmable Frequency RT = 53.6k 1 MHz

Minimum Programmable Frequency RT = 267k 200 kHz


LTC3350

53350fb




DCMAX Maximum Duty Cycle Step-Down Mode Step-Up Mode

97 87

98 93

99.5 % %

ゲート・ドライバRUP-TG TGATE Pull-Up On-Resistance 2 Ω

RDOWN-TG TGATE Pull-Down On-Resistance 0.6 Ω

RUP-BG BGATE Pull-Up On-Resistance 2 Ω

RDOWN-BG BGATE Pull-Down On-Resistance 0.6 Ω

tr-TG TGATE 10% to 90% Rise Time CLOAD = 3.3nF 18 25 ns

tf-TG TGATE 10% to 90% Fall Time CLOAD = 3.3nF 8 15 ns

tr-BG BGATE 10% to 90% Rise Time CLOAD = 3.3nF 18 25 ns

tf-BG BGATE 10% to 90% Fall Time CLOAD = 3.3nF 8 15 ns

tNO Non-Overlap Time 50 ns

tON(MIN) 85 ns

INTVCCリニア・レギュレータVINTVCC Internal VCC Voltage 5.2V ≤ VIN ≤ 35V 5 V

∆VINTVCC Load Regulation IINTVCC = 50mA –1.5 –2.5 %

PowerPath/理想ダイオードVFTO Forward Turn-On Voltage 65 mV

VFR Forward Regulation 30 mV

VRTO Reverse Turn Off –30 mV

tIF(ON) INFET Rise Time INFET – VIN > 3V, CINFET = 3.3nF 560 µs

tIF(OFF) INFET Fall Time INFET – VIN < 1V, CINFET = 3.3nF 1.5 µs

tOF(ON) OUTFET Rise Time OUTFET – VCAP > 3V, COUTFET = 3.3nF 0.13 µs

tOF(OFF) OUTFET Fall Time OUTFET – VCAP < 1V, COUTFET = 3.3nF 0.26 µs

パワーフェイル・コンパレータVPFI(TH) PFI Input Threshold (Falling Edge) l 1.147 1.17 1.193 V

VPFI(HYS) PFI Hysteresis 30 mV

IPFI PFI Input Leakage Current VPFI = 0.5V l –50 50 nA

VPFO PFO Output Low Voltage ISINK = 5mA 200 mV

IPFO PFO High-Z Leakage Current VPFO = 5V l 1 μA

PFI Falling to PFO Low Delay 85 ns

PFI Rising to PFO High Delay 0.4 μs

CAPGD

VCAPFB(TH) CAPGD Rising Threshold as % of Regulated VCAP Feedback Voltage

Vcapfb_dac = Full Scale (1111b) l 90 92 94 %

VCAPFB(HYS) CAPGD Hysteresis at CAPFB as a % of Regulated VCAP Feedback Voltage

Vcapfb_dac = Full Scale (1111b) 1.25 %

VCAPGD CAPGD Output Low Voltage ISINK = 5mA 200 mV

ICAPGD CAPGD High-Z Leakage Current VCAPGD = 5V l 1 μA


LTC3350

63350fb




アナログ /デジタル・コンバータVRES Measurement Resolution 16 Bits

VGPI General Purpose Input Voltage Range Unbuffered Buffered

0 0

5 3.5

V V

IGPI General Purpose Input Pin Leakage Current Buffered Input 1 μA

RGPI GPI Pin Resistance Buffer Disabled 2.5 MΩ

測定システム誤差VERR Measurement Error (Note 5) VIN = 0V

VIN = 30V100 1.5

mV %

VOUTSP = 5V VOUTSP = 30V

100 1.5

mV %

VCAP = 0V VCAP = 10V

100 1.5

mV %

VGPI = 0V, Unbuffered VGPI = 3.5V, Unbuffered

2 1

mV %

VCAP1 = 0V VCAP1 = 2V

2 1

mV %


2 1

mV %


2 1

mV %


2 1

mV %

VSNSI = 0mV VSNSI = 32mV

200 2

µV %

VSNSC = 0mV VSNSC = 32mV

200 2

µV %

CAP1～CAP4

RSHNT Shunt Resistance 0.5 Ω

DVCAPMAX Maximum Capacitor Voltage with Shunts Enabled 2 or More Capacitors in Stack 3.6 V

ピンの設定VITST ITST Voltage RTST = 121Ω 1.185 1.197 1.209 V

I2C/SMBus – SDA、SCL、SMBALERT

IIL,SDA,SCL Input Leakage Low –1 1 µA

IIH,SDA,SCL Input Leakage High –1 1 µA

VIH Input High Threshold 1.5 V

VIL Input Low Threshold 0.8 V

fSCL SCL Clock Frequency 400 kHz

tLOW Low Period of SCL Clock 1.3 µs

tHIGH High Period of SCL Clock 0.6 µs

tBUF Bus Free Time Between Start and Stop Conditions 1.3 µs

tHD,STA Hold Time, After (Repeated) Start Condition 0.6 µs


LTC3350

73350fb




tSU,STA Setup Time After a Repeated Start Condition 0.6 µs

tSU,STO Stop Condition Set-Up Time 0.6 µs

tHD,DATO Output Data Hold Time 0 900 ns

tHD,DATI Input Data Hold Time 0 ns

tSU,DAT Data Set-Up Time 100 ns

tSP Input Spike Suppression Pulse Width 50 ns

VSMBALERT SMBALERT Output Low Voltage ISINK = 1mA 200 mV

ISMBALERT SMBALERT High-Z Leakage Current VSMBALERT = 5V l 1 μA

Note 1：絶対最大定格に記載された値を超えるストレスはデバイスに回復不可能な損傷を与える可能性がある。長期にわたって絶対最大定格条件に曝すと、デバイスの信頼性と寿命に悪影響を与える恐れがある。Note 2：LTC3350はTJがTAにほぼ等しいパルス負荷条件でテストされる。LTC3350Eは0°C～125°Cの接合部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°C～125°Cの動作接合部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。LTC3350Iは–40°C～125°Cの動作接合部温度範囲で保証されている。これらの仕様を満たす最大周囲温度は、基板レイアウト、パッケージの定格熱インピーダンスおよび他の環境要因と関連した特定の動作条件によって決まることに注意。接合部温度

（TJ（°C））は周囲温度（TA（°C））および電力損失（PD（W））から次式に従って計算される。 TJ = TA＋(PD • θJA)

ここで、UHFパッケージの場合θJAは34°C/W。

Note 3：LTC3350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熱保護機能が備わっている。過熱保護機能が動作しているとき接合部温度は125°Cを超える。規定された最大動作接合部温度を超えた状態で動作が継続すると、デバイスの信頼性を損なう恐れがある。Note 4：動作時の電源電流は、スイッチング周波数で供給されるゲート電荷によって増加する。

「アプリケーション情報」のセクションを参照してください。Note 5：測定誤差とは、実際に測定された値と理想値の間の差の大きさのことである。VSNSIは、VOUTSPとVOUTSNの間の電圧であり、入力電流を表す。VSNSCは、ICAPとVCAPの間の電圧であり、充電電流を表す。VSNSIおよびVSNSCの誤差は、μVで表される。これらの電圧を検出抵抗RSNSIおよびRSNSCでそれぞれ割ることにより、等価電流に変換できる。

標準的性能特性

スーパーキャパシタのバックアップ動作高電圧電解バックアップ動作 VCAP2を使用したシャント動作

注記がない限り、TA = 25°C、アプリケーション回路4。

VIN2V/DIV

VCAP2V/DIV

VOUT2V/DIV

400ms/DIVBACK PAGE APPLICATION CIRCUIT

0V

3350 G01

PBACKUP = 25W

VIN5V/DIV

VCAP5V/DIV

VOUT5V/DIV

20ms/DIVAPPLICATION CIRCUIT 6

0V

3350 G02

PBACKUP = 25W

VCAP2 (V)2.64

CURR

ENT

(A) 3

4

5

2.67 2.69

3350 G03

2

1

2.65 2.66 2.68

ICAP2

2.70 2.71

0

–1

ICHARGE

VSHUNT = 2.7V


LTC3350

83350fb


IINおよび ICHARGE とVIN ICHARGEとVCAP

充電効率とVCAP

ICHARGEとVCAP

IINおよび ICHARGEとIOUT VCAPとvcapfb_dac


VCAPと温度昇圧モードでの効率昇圧モードでの負荷レギュレーション


VIN (V)11

CURR

ENT

(A)

2.9

3.5

36

3350 G04

2.3

1.716 21 26 31

IIN

4.1

125°C25°C–40°C

IOUT = 1AVCAP = 6V

ICHARGE

VCAP (V)0

I CHA

RGE

(A)

2.50

3.75

8

3350 G06

1.25

02 4 6

5.00

VIN = 12VVIN = 24VVIN = 35V

IIN(MAX) = 2AIOUT = 1A

VCAP (V)0

EFFI

CIEN

CY (%

)

50

75

7.2

3350 G08

25

01.8 3.6 5.4

100



VCAP (V)0

I CHA

RGE

(A)

2.50

3.75

8

3350 G05

1.25

02 4 6

5.00



IOUT (A)0

CURR

ENT

(A)

2.50

3.75

3.00

3350 G07

1.25

00.75 1.50 2.25

IIN

5.00


IIN(MAX) = 2A

ICHARGE

vcapfb_dac (CODE)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1413

V CAP

(V)

5.50

6.75

15

3350 G09

4.25

3.00

8.00ICHARGE = 2A

TEMPERATURE (°C)–40

V CAP

(V) 7.200

7.205

130

3350 G10

7.195

7.190

7.185–6 28 62 96

7.210

capfb_dac = 15ICHARGE = 2A

IOUT (A)

25

EFFI

CIEN

CY (%

)

50

75

100

10–3 10–2 10–1 100 101

3350 G11

0

VCAP = 2VVCAP = 3VVCAP = 4V

APPLICATION CIRCUIT 5

IOUT (A)

4.981

V OUT

(BOO

ST) (

V)

4.988

4.994

5.000

10–3 10–2 10–1 100 101

3350 G12

4.975

VCAP = 2VVCAP = 3VVCAP = 4V



LTC3350

93350fb



IQとVIN、パルス・スキップ GPIコードと温度 DRVCC電流と昇圧インダクタ電流

INTVCCと充電電流 INTVCCと温度


VIN (V)10

I Q (m

A)

4.60

4.75

35

3350 G13

4.45

4.3015 20 25 30

4.90

125°C25°C–40°C


CODE

5470

5475

130

3350 G14

5460

5465

5455–6 28 62 96

5480VGPI = 1V

IL (A)0

I DRV

CC (m

A)

5.0

7.5

6

3350 G15

2.5

01.5 3 4.5

10.0

125°C25°C–40°C

VCAP = 4V


ICHARGE (A)0

INTV

CC (V

)

4.875

4.938

4

3350 G16

4.813

4.7501 2 3

5.000VIN = 12V

125°C25°C–40°C


INTV

CC (V

)

4.875

4.938

130

3350 G17

4.813

4.750–6 28 62 96

5.000


LTC3350

103350fb


ピン機能SCL（ピン1）：I2C/SMBusシリアル・ポートのクロック・ピン。

SDA（ピン2）：I2C/SMBusシリアル・ポートの双方向データ・ピン。

SMBALERT（ピン3）：割り込み出力。このオープンドレイン出力は、アラームしきい値を超えると“L”に引き下げられ、デバイスがSMBus ARAに対してアクノリッジを応答するまで“L”のままになります。

CAPGD（ピン4）：コンデンサのパワーグッド。このオープンドレイン出力は、CAPFBがレギュレーション・ポイントの92%未満に低下すると“L”に引き下げられます。

VC（ピン5）：制御電圧ピン。これは、充電電流、入力電流、スーパーキャパシタ・スタック電圧、および出力電圧制御ループ用の補償ノードです。VCとSGNDの間にRCネットワークを接続します。このピンの公称電圧範囲は1V～3Vです。

CAPFB（ピン6）：コンデンサ・スタックの帰還ピン。このピンは、定電圧レギュレーション用の帰還ループを閉じます。VCAP

およびSGND間の外付け抵抗分割器のセンタータップをCAPFBに接続して、最終的なスーパーキャパシタ・スタックの電圧を設定します。充電中に同期整流式コントローラが定電圧モードにある場合、このピンの電圧はVCAP DACの出力と公称で等しくなります。

OUTFB（ピン7）：昇圧モード帰還ピン。このピンは、昇圧モードで同期整流式コントローラを使用して入力電源障害が発生したときに、VOUTの電圧レギュレーションの帰還ループを閉じます。VOUTおよびSGND間の外付け抵抗分割器のセンタータップをOUTFBに接続して、入力電源を使用できない場合の最小バックアップ電源レール電圧を設定します。このピンの電圧は、バックアップ中に同期整流式コントローラが電流制限状態でない場合、公称で1.2Vになります。昇圧モードをディスエーブルするには、OUTFBをINTVCCに接続します。

SGND（ピン8）：信号グランド。全ての小信号用部品および補償部品はこのピンに接続し、このピン自体はPGNDに一点接続します。このピンは、コンデンサ・スタックの下側プレートにもケルビン接続します。

RT（ピン9）：タイミング抵抗。同期整流式コントローラのスイッチング周波数は、抵抗RTをこのピンからSGNDに接続することによって設定します。この抵抗は常に必要です。抵抗が存在しない場合、同期整流式コントローラは起動しません。

GPI（ピン10）：汎用入力。このピンの電圧は、A/Dコンバータによって直接デジタル化されます。高インピーダンス入力の場合は、内部バッファを選択し、A/Dコンバータを駆動するために使用できます。GPIピンを負温度係数（NTC）サーミスタに接続し、スーパーキャパシタ・スタックの温度をモニタできます。低ドリフトのバイアス抵抗をINTVCCとGPIの間に接続し、サーミスタをGPIとグランドの間に接続する必要があります。使用しない場合は、GPIをSGNDに接続してください。デジタル化されたこのピンの電圧は、meas_gpiレジスタで読み出すことができます。

ITST（ピン11）：容量テスト電流の設定ピン。この電流は、容量を測定するために、コンデンサ・スタックを正確な速度で部分的に放電するのに使用されます。このピンは、容量の測定時に1.2Vにサーボ制御されます。このピンとSGNDの間に抵抗RTSTを接続し、テスト電流を設定します。RTSTは、121Ω以上である必要があります。

CAPRTN（ピン12）：コンデンサ・スタックのシャント・リターン・ピン。このピンは、シャント抵抗を介して、スタック内の第1スーパーキャパシタの接地された下側プレートに接続します。

CAP1（ピン13）：第1スーパーキャパシタ・ピン。第1スーパーキャパシタの上側プレートおよび第2スーパーキャパシタの下側プレートを、シャント抵抗を介してこのピンに接続します。CAP1とCAPRTN は、第1スーパーキャパシタの両端の電圧を測定するため、およびスーパーキャパシタの前後の電流をシャントしてバランスを調整し、過電圧を防ぐために使用されます。このピンとCAPRTNの間の電圧はデジタル化され、meas_vcap1レジスタで読み出すことができます。

CAP2（ピン14）：第2スーパーキャパシタ・ピン。第2スーパーキャパシタの上側プレートおよび第3スーパーキャパシタの下側プレートを、シャント抵抗を介してこのピンに接続します。CAP2とCAP1は、第2スーパーキャパシタの両端の電圧を測定するため、およびスーパーキャパシタの前後の電流をシャントしてバランスを調整し、過電圧を防ぐために使用されます。使用しない場合は、このピンをCAP1に短絡します。このピンとCAP1の間の電圧はデジタル化され、meas_vcap2レジスタで読み出すことができます。


LTC3350

113350fb


ピン機能CAP3（ピン15）：第3スーパーキャパシタ・ピン。第3スーパーキャパシタの上側プレートおよび第4スーパーキャパシタの下側プレートを、シャント抵抗を介してこのピンに接続します。CAP3とCAP2は、第3スーパーキャパシタの両端の電圧を測定するため、およびスーパーキャパシタの前後の電流をシャントしてバランスを調整し、過電圧を防ぐために使用されます。使用しない場合は、このピンをCAP2に短絡します。このピンとCAP2の間の電圧はデジタル化され、meas_vcap3レジスタで読み出すことができます。

CAP4（ピン16）：第4スーパーキャパシタ・ピン。第4スーパーキャパシタの上側プレートを、シャント抵抗を介してこのピンに接続します。CAP4とCAP3は、スーパーキャパシタの電圧を測定するため、およびスーパーキャパシタの前後の電流をシャントしてバランスを調整し、過電圧を防ぐために使用されます。使用しない場合は、このピンをCAP3に短絡します。このピンとCAP3の間の電圧はデジタル化され、meas_vcap4レジスタで読み出すことができます。ITSTピンによって設定された容量テスト電流は、このピンから流れます。

CFP（ピン17）：VCAPP5チャージポンプ・フライング・コンデンサの正端子。0.1μFのコンデンサをCFPとCFNの間に配置します。

CFN（ピン18）：VCAPP5チャージポンプ・フライング・コンデンサの負端子。0.1μFのコンデンサをCFPとCFNの間に配置します。

VCAPP5（ピン19）：チャージポンプの出力。内部チャージポンプが、このピンの電圧をVCAP＋INTVCCに駆動します。この電圧は、OUTFETゲート駆動および充電電流検出アンプのハイサイド・レールとして使用されます。0.1μFのコンデンサをVCAPP5とVCAPの間に接続します。

OUTFET（ピン20）：出力理想ダイオードのゲート駆動出力。このピンは、VOUTとVCAPの間の理想ダイオードとして使用される外付けNチャネルMOSFETのゲートを制御します。このゲート駆動は、内部チャージポンプ出力VCAPP5から電力を受け取ります。NチャネルMOSFETのソースはVCAPピンに接続し、ドレインはVOUTSNピンに接続する必要があります。出力理想ダイオードMOSFETを使用しない場合は、OUTFETをフロートさせたままにします。

VCAP（ピン21）：スーパーキャパシタ・スタック電圧および充電電流検出アンプの負入力。このピンをスーパーキャパシタ・スタックの上部に接続します。このピンの電圧はデジタル化され、meas_vcapレジスタで読み出すことができます。

ICAP（ピン22）：充電電流検出アンプの正入力。ICAPピンとVCAPピンは、制御ループとESR測定システムに瞬時電流信号を提供するために、検出抵抗RSNSCの両端の電圧を測定します。最大充電電流は、32mV/RSNSCです。

VCC2P5（ピン23）：内蔵2.5Vレギュレータの出力。このレギュレータは、内部ロジック回路に電力を供給します。最小1μF

の低ESRタンタル・コンデンサまたはセラミック・コンデンサを使って、このピンをグランドにデカップリングします。

SW（ピン24）：スイッチ・ノードのインダクタへの接続ピン。ブートストラップ・コンデンサCBの負端子をこのピンに接続します。このピンの電圧は、上側NチャネルMOSFETゲート駆動のためのソースのリファレンス電圧としても使用されます。降圧モードでは、このピンの電圧振幅は、グランドよりも（外付け）ダイオードの順方向電圧降下分だけ低い電圧からVOUTまでです。昇圧モードでの電圧振幅は、グランドから、VOUTよりもダイオードの順方向電圧降下分だけ高い電圧までです。

TGATE（ピン25）：上側のゲート・ドライバ出力。このピンは、外付け上側NチャネルMOSFET用のフローティング・ゲート・ドライバの出力です。このピンの電圧振幅は、グランドからVOUT＋DRVCCまでです。

BST（ピン26）：TGATEドライバの電源入力。ブートストラップ・コンデンサCBの正端子をこのピンに接続します。このピンは、DRVCCよりもダイオードの電圧降下分だけ低い電圧からVOUT＋DRVCCまで振幅します。

BGATE（ピン27）：下側のゲート・ドライバ出力。このピンは、外付け下側NチャネルMOSFETをPGNDとDRVCCの間で駆動します。

DRVCC（ピン28）：下側ゲート・ドライバの電力レール。INTVCC

または外部電源に接続します。最小2.2μFの低ESRタンタル・コンデンサまたはセラミック・コンデンサを使って、このピンをグランドにデカップリングします。このピンの電圧が5.5Vを超えないようにしてください。


LTC3350

123350fb


ピン機能INTVCC（ピン29)：内蔵5Vレギュレータの出力。このピンをDRVCCに接続した場合、制御回路とゲート・ドライバは、この電源から給電されます。DRVCCに接続しない場合、最小1μF

の低ESRタンタル・コンデンサまたはセラミック・コンデンサを使用して、このピンをグランドにデカップリングします。

VOUTSN（ピン30）：入力電流制限アンプの負入力。VOUTSP

とVOUTSNの間に検出抵抗RSNSIを接続して、入力電流制限を設定します。最大入力電流は、32mV/RSNSIです。この検出抵抗の両端に接続されたRCネットワークを使用して、ループ補償を変更できます。入力電流制限をディスエーブルするには、このピンをVOUTSPに接続します。

VOUTSP（ピン31）：バックアップ・システムの電源電圧および入力電流制限アンプの負入力。VOUTSPピンとVOUTSNピンの間の電圧は、入力電流の安定化に使用されます。このピンは、デバイスの電源としても機能します。このピンの電圧はデジタル化され、meas_voutレジスタで読み出すことができます。

VOUTM5（ピン32）：VOUT – 5Vレギュレータ。このピンは、VOUTを5V下回る電圧に安定化されるか、VOUTが5V未満である場合はグランドに安定化されます。このレールは、入力電流検出アンプに電力を供給します。1μF以上のコンデンサを使用して、このピンをVOUTにデカップリングします。

INFET（ピン33）：入力理想ダイオードのゲート駆動出力。このピンは、VINとVOUTの間の理想ダイオードとして使用される外付けNチャネルMOSFETのゲートを制御します。このゲート駆動は、内部チャージポンプから電力を受け取ります。NチャネルMOSFETのソースをVINに接続し、ドレインをVOUTSPに接続します。入力理想ダイオードMOSFETを使用しない場合は、INFETをフロートさせたままにします。

VIN（ピン34）：外部DC電源入力。0.1μF以上のコンデンサを使用して、このピンをグランドにデカップリングします。このピンの電圧はデジタル化され、meas_vinレジスタで読み出すことができます。

CAP_SLCT0、CAP_SLCT1（ピン35、36）：CAP_SLCT0とCAP_

SLCT1は、使用するスーパーキャパシタの数を設定します。「アプリケーション情報」のセクションの表1を参照してください。

PFI（ピン37）：パワーフェイル・コンパレータ入力。このピンの電圧が1.17V未満に低下した場合、PFOが“L”に引き下げられ、昇圧モードがイネーブルされます。

PFO（ピン38）：パワーフェイル状態出力。このオープンドレイン出力は、電源に障害が発生したときに“L”に引き下げられます。

PGND（露出パッド・ピン39）：電源グランド。定格熱性能を実現するため、露出パッドは、LTC3350の直下に配置した複数のビアにより、プリント回路基板の第2層の連続したグランド・プレーンに接続する必要があります。このピンをSGNDピンに接続する必要があります。


LTC3350

133350fb


ブロック図

+ –+ – +–

30mV

30mV

INTVCC

VREF

vcapfb_dac[3:0]

Vcapfb_dac

Vcapfb_dac

VIN

CAPFB

OUTFB

VC

RT

INTVCC

INFET VOUTSP VOUTM5 VOUTSN

+–x37.5

+–

x37.5IIN

ICHG

5V LDO

–5V LDO

D/A

A/D

VREF

INTVCC

INTVCC

+–

VREF

+–

VREF

VOUTSP

IREF

+– +

–

OUTFET CFM

VCAPP5

CFP

VCAP

ICAP

BST

TGATE

SW

+–

CHARGEPUMP

DRVCC

BGATE

CAP4

BIDIRECTIONALSWITCHING

CONTROLLER

LOGIC

VCC2P5

IINICHGVCAPVOUTVINCAP4CAP3CAP2CAP1CAPRTNDTEMP

CAPGD

PFI

GPI

SGND

BANDGAP VREF

OSC

2.5V LDO

SHUNTCONTROLLER

CAP3

BALANCER

SHUNTCONTROLLER

CAP2

BALANCER

SHUNTCONTROLLER

CAP1

BALANCER

SHUNTCONTROLLER

CAPRTN

ITST

BALANCER

PFO

+–

VREF

3350 BD

GPIBUF

+–

VREF

CAPFB

MUL

TIPL

EXER

+–

CAP_SLCT0

CAP_SLCT1

SMBALERT

SDA

SCL

+–

34 33 31 32 30 20 17 18

19

21

22

26

25

24

28

27

16

15

14

13

12

11

10

8PGND

39

1

2

3

36

35

38

37

4

23

29

9

5

7

6


LTC3350

143350fb


動作

タイミング図

はじめにLTC3350は、高度に統合されたバックアップ電力コントローラおよびシステム・モニタです。このデバイスは、プログラム可能な双方向スイッチング・コントローラ、入力および出力理想ダイオード、スーパーキャパシタのシャント/バランサ、パワーフェイル・コンパレータ、14ビットA/Dコンバータ、および I2C/SMBus

を特徴とし、状態をレポートします。

VINが外部でプログラム可能なPFIしきい値電圧よりも高い場合、同期整流式コントローラは降圧モードで動作し、スーパーキャパシタ・スタックを充電します。プログラム可能な入力電流制限は、入力が対応できる最大充電電流でスーパーキャパシタが自動的に充電されるのを保証します。VINがPFIしきい値を下回った場合、同期整流式コントローラは、スーパーキャパシタ・スタックからVOUTに電力を供給するために、昇圧コンバータとして逆向きに動作します。

2つの理想ダイオード・コントローラは、外付けMOSFETを駆動して、VINおよびVCAPからVOUTまでの低損失電力経路を提供します。これらの理想ダイオードは、双方向コントローラと共にシームレスに動作し、VINをバックドライブすることなく、スーパーキャパシタからVOUTに電力を供給します。

LTC3350は、1個～4個のスーパーキャパシタの直列スタックのバランスを調整し、過電圧保護を提供します。内部コンデンサ電圧バランサにより、外付けバランス抵抗が不要になります。過電圧保護は、内部スイッチおよび各スーパーキャパシタの両端の外付け抵抗を使用するシャント・レギュレータによって提供されます。

LTC3350は、システムの電圧、電流、およびダイ温度をモニタします。汎用入力（GPI）ピンは、その他のシステム・パラメータを測定したり、サーミスタ測定を実装するために提供されています。さらに、LTC3350は、スーパーキャパシタ・スタックの容量と抵抗を測定できます。この機能は、スーパーキャパシタの健全性をVCAP電圧の測定値と共に示し、蓄積された全エネルギーと供給可能な最大電力に関する情報を提供します。

双方向スイッチング・コントローラ - 降圧モード双方向スイッチング・コントローラは、スーパーキャパシタの直列スタックを充電することを目的にしています（図1）。充電は、スーパーキャパシタが最大充電電圧に達するまで定電流で継続されます。最大充電電圧は、CAPFBのサーボ電圧およびVCAPとCAPFBの間の抵抗分割器によって決まります。最大充電電流は、インダクタと直列に接続された検出抵抗RSNSCの値によって決まります。充電電流ループは、検出抵抗の両端の電圧を32mVにサーボ制御します。充電が開始されると、ソフトスタート・ランプによって充電電流がゼロ電流から最大電流まで2msで増加します。VCAP電圧はmeas_vcapレジスタから、充電電流はmeas_ichrg レジスタから、それぞれ読み出すことができます。

I2Cバス上のF/Sモード・デバイスのタイミングの定義

SDA

SCL

S Sr P StHD(SDA)

S = START, Sr = REPEATED START, P = STOP

tHD(DAT)tSU(STA) tSU(STO)

tSU(DAT)tLOW tHD(SDA)tSP

tBUFtr tf trtf

tHIGH3350 TD


LTC3350

153350fb


動作

図1．電力経路のブロック図 - VINから使用できる電力

LTC3350は、降圧モードでスイッチング・コントローラに流れる入力電流を制限することによって、（VINが固定されている場合に）定電力充電を提供します。この入力電流制限によって充電電流を低減し、入力検出抵抗RSNSIの両端の電圧を32mVに制限します。システムの負荷とスーパーキャパシタの充電電流の合計が、スイッチング・コントローラの設定された入力電流制限に達するほど大きい場合、入力電流制限ループが、外部負荷に十分な電力を供給するのに必要な分だけ充電電流を正確に減らします。充電電流が許容入力電流を超えるように設定されている場合でも、入力電流は制限を超えません。スーパーキャパシタ・チャージャは、必要に応じて電流を減らします。なお、デバイスの静止電流とゲート駆動電流は、入力電流の測定値には含まれません。入力電流は、meas_iinレジスタから読み出すことができます。

双方向スイッチング・コントローラ - 昇圧モード双方向スイッチング・コントローラは、入力電力を使用できないときに昇圧コンバータとして機能し、スーパーキャパシタからVOUTに電力を供給します（図2）。PFIコンパレータは、昇圧モードをイネーブルします。VOUTのレギュレーションは、VOUTとOUTFBの間の抵抗分割器によって設定します。昇圧モードをディスエーブルするには、OUTFBをINTVCCに接続します。

昇圧モードは、出力理想ダイオードと併せて使用することができます。VOUTのレギュレーション電圧は、スーパーキャパシタ・スタックの電圧よりも低く設定できます。入力電力の喪失時に、スーパーキャパシタ・スタックから出力理想ダイオードを介してVOUTに電力が供給されます。負荷電流がスーパーキャパシタ・スタックを放電するに従って、VCAPとVOUTが低下します。OUTFBの電圧が1.3Vを下回ると出力理想ダイオードが遮断され、VOUTが、VCAPよりもPNダイオードの電圧降下

+

+

+

+

+–

+–

+ –

30mVINPUT

CURRENTCONTROLLER

CHARGECURRENT

CONTROLLER


CONTROLLER

STEP-DOWN MODE

VREF

IIN

VIN

VIN

LTC3350 INFET VOUTSP VOUTSN

VOUT(TO SYSTEM)

TGATE

ICHG

BGATE

ICAP

VCAPRSNSC

RSNSI

3350 F01

+–

IREF

VREFCAPACITOR

VOLTAGECONTROLLER

+–

+–

CAPFB

VC

37.5

D/Avcapfb_dac[3:0]

+–


LTC3350

163350fb


動作

図2．電力経路のブロック図 - 電力のバックアップ

分（約700mV）だけ低い電圧に低下します。出力理想ダイオードが遮断されたときにOUTFBが1.2V未満になると、同期整流式コントローラが即座にオンになります。出力理想ダイオードが遮断されたときにOUTFBが1.2Vを超えていると、OUTFBが1.2V

に低下するまでの間、負荷電流が出力理想ダイオードNチャネルMOSFETのボディ・ダイオードに流れます。同期整流式コントローラは、オンになったときにOUTFBを1.2Vに安定化させ、スーパーキャパシタがグランドに放電される間、VOUTを維持します。

昇圧モードでの同期整流式コントローラは、VCAPがVOUTよりも100mVを超えて低下すると、非同期的に動作します。同期整流式コントローラは、VCAPがVOUTよりも200mV低下すると、同期的に動作します。

理想ダイオードLTC3350は、外付けNチャネルMOSFETを駆動する理想ダイオー・コントローラを2つ備えています。これらの理想ダイオードは高精度アンプで構成されており、VOUTの電圧がVINまたはVCAPの電圧よりも約30mV（VFWD）低いときに、常にNチャ

ネルMOSFETのゲートを駆動します。アンプのリニア範囲内では、理想ダイオードの小信号抵抗は極めて低く、順方向電圧低下を約30mVに維持します。これよりも高い電流レベルでは、MOSFETは完全に導通します。

入力理想ダイオードは、バックアップ・モードのときに、スーパーキャパシタがVINをバックドライブするのを防ぎます。高速オフ・コンパレータは、VINがVOUTよりも30mV低くなると、NチャネルMOSFETを遮断します。PFIコンパレータも、電源に障害が発生したときにMOSFETを遮断します。

出力理想ダイオードは、VINを使用できないときにスーパーキャパシタがVOUTに給電するための電力経路を提供します。出力理想ダイオードは、高速オフ・コンパレータに加えて、VOUTがVCAPよりも65mV低下したときに外付けMOSFETをオンにする高速オン・コンパレータも備えています。出力理想ダイオードは、OUTFBがレギュレーション電圧のすぐ上になったときに遮断され、同期整流式コントローラが昇圧モードでVOUTに給電できるようにします。

+

+

+

+

+–

+–

30mV

OUTPUTVOLTAGE

CONTROLLER


CONTROLLER

STEP-UP MODE

VREF

LTC3350VOUTSN

VOUT(TO SYSTEM)

VCAP > VOUT

VCAP < VOUT

TGATE

OUTFET

OUTFB

BGATE

ICAP

VCAP

RSNSC

3350 F02

VC

+–


LTC3350

173350fb


動作ゲート駆動電源（DRVCC）下側ゲート・ドライバは、DRVCCピンから給電されます。このピンは、通常、INTVCCピンに接続されます。外部LDOを使用して各デート・ドライバに給電し、デバイス内の電力損失を最小限に抑えることもできます。詳細は、「アプリケーション情報」のセクションを参照してください。

低電圧ロックアウト（UVLO）内部低電圧ロックアウト回路は、INTVCCピンとDRVCCピンの両方をモニタします。スイッチング・コントローラは、INTVCC

の電圧が4.3Vを超え、DRVCCの電圧が4.2Vを超えるまで、オフのままになります。INTVCCの電圧が4Vを下回った場合、またはDRVCCの電圧が3.9Vを下回った場合、UVLOのヒステリシスによってコントローラがオフになります。

VOUTSNがスーパーキャパシタの電圧よりも185mV高くなり、VINがPFIしきい値を超えるまで、充電はイネーブルされません。VOUTSNがスーパーキャパシタの電圧から90mV以内に低下するか、VINがPFIしきい値を下回ると、充電はディスエーブルされます。

RT発振器とスイッチング周波数RTピンは、スイッチング周波数の設定に使用します。このピンとグランドの間に抵抗RTを接続し、次式に従ってスイッチング周波数を設定します。

fSW MHz( ) = 53.5

RT kΩ( )

RTは、meas_capレジスタでレポートされるコンデンサの測定値のスケール係数も設定します。これについては、このデータシートの「容量とESRの測定」のセクションで説明しています。

入力過電圧保護

LTC3350は、入力に過電圧保護を備えています。VINが38.6V

を超えた場合、スイッチング・コントローラは両方のスイッチをオフに保ちます。VINが37.2Vを下回ると、コントローラはスイッチングを再開します。

VCAP DAC

CAPFBのサーボ・ポイントの帰還リファレンスは、内部の4

ビット・デジタル /アナログ・コンバータ（DAC）を使用して設定できます。リファレンス電圧は、0.6375V～1.2Vの範囲で37.5mV刻みで設定できます。DACは、デフォルトでフルスケール（1.2V）に設定され、vcapfb_dacレジスタによって設定します。

スーパーキャパシタは、古くなるとともに容量を失います。最初にVCAP DACを低く設定することによって、古くなったときのスーパーキャパシタの最終的な充電電圧を増やすことができ、スーパーキャパシタの全使用期間にわたって、蓄積されるバックアップ・エネルギーを一定レベルに維持できます。

パワーフェイル（PF）コンパレータLTC3350は、高速パワーフェイル（PF）コンパレータを内蔵しています。このコンパレータは、入力電圧VINが外部で設定されたしきい値電圧を下回った場合に、デバイスを充電モードからバックアップ・モードに切り替えます。バックアップ・モードでは、入力理想ダイオードが遮断され、スーパーキャパシタは、出力理想ダイオードを経由して直接負荷に給電するか、昇圧モードの同期整流式コントローラを経由して負荷に給電します。

PFコンパレータのしきい値電圧は、外付け抵抗分割器によってPFIピンを通じて設定します。PFコンパレータの出力は、オープンドレインNMOSトランジスタのゲートも駆動し、PFOピンを通じて状態をレポートします。入力電力が使用可能な場合、PFOピンは高インピーダンスになります。VINがPFコンパレータのしきい値を下回ると、PFOはグランドに引き下げられます。

PFコンパレータの出力は、chrg_statusレジスタのchrg_pfoビットから読み出すこともできます。

充電状態の表示LTC3350は、オープンドレインNMOSトランジスタを介してスーパーキャパシタの状態をレポートするコンパレータをCAPGDピンに備えています。このピンは、CAPFBピンの電圧がVCAP DACの設定の8%以内に上昇するまで、グランドに引き下げられます。CAPFBピンがこのしきい値を超えると、CAPGDピンが高インピーダンスになります。

このコンパレータの出力は、chrg_statusレジスタのchrg_cappg

ビットから読み出すこともできます。

スーパーキャパシタ電圧バランサ

LTC3350は、アクティブ・スタック・バランサを内蔵しています。このバランサは、全てのスーパーキャパシタの電圧が互いに約10mVの範囲内になるように、ゆっくりとバランス調整します。これにより、各スーパーキャパシタの電圧をできるだけ低く維持して必要な合計スタック電圧を達成することによって、スーパーキャパシタの寿命を最大化します。いずれか2つのスーパーキャパシタ間の電圧差が約10mVを超えると、全て


LTC3350

183350fb


動作のスーパーキャパシタの電圧が10mVの範囲内に収まるまで、最大の電圧を持つスーパーキャパシタが抵抗性バランサによって約10mAで放電されます。

スーパーキャパシタ・シャント・レギュレータバランス調整に加えて、各スーパーキャパシタを充電時に過電圧から保護する必要があります。スタック内の各スーパーキャパシタは、製造時の許容誤差や使用期間の違いのため、正確に同じ容量を持っていません。このため、充電電流が同じでも、スーパーキャパシタの電圧は異なる速度で上昇します。この不一致が重大である場合、または各スーパーキャパシタが最大電圧の近くで充電されている場合、他のスーパーキャパシタをまだ充電している間に、一部のスーパーキャパシタの電圧上昇を制限することが必要になります。プログラム可能なシャント電圧に電圧が近づいているスーパーキャパシタの前後で、最大500mAの電流をシャントできます。このシャント電流によって、このスーパーキャパシタの充電速度が、他のスーパーキャパシタよりも減少します。あるスーパーキャパシタが引き続きシャント電圧に近づいている場合は、充電電流が減少します。これによって、他のスーパーキャパシタを引き続き充電しながら、このスーパーキャパシタを過電圧から保護します。ただし、充電速度は減少します。シャント電圧は、vshuntレジスタで設定できます。最大3.6Vのシャント電圧を183.5μV

刻みで設定できます。シャント・レギュレータをディスエーブルするには、vshuntをゼロ（0x0000）に設定します。デフォルト値は0x3999です。この値によって、2.7Vのシャント電圧が得られます。

I2C/SMBusおよびSMBALERT

LTC3350は、I2C/SMBusポートを内蔵しています。このポートを使用してLTC3350と通信し、テレメトリ・データを設定したり読み出したりできます。このポートは、ワード読み出しとワード書き込みという2つのSMBusフォーマットをサポートしています。これらのフォーマットの詳細については、SMBusの仕様を参照してください。このポートを介してアクセスできるレジスタは、8ビット・アドレス・バス上で構成されており、各レジスタは16ビット幅です。SMBusワード読み出し/ワード書き込みフォーマットの「コマンド・コード」（またはサブアドレス）は、各レジスタの8ビット・アドレスです。LTC3350のアドレスは、0b0001001です。

SMBALERTピンは、イネーブルされた制限を超えた場合、またはイネーブルされた状態イベントが発生した場合、アサートされ（“L”に引き下げられ）ます（「制限チェックとアラーム」お

よび「モニタ状態レジスタ」を参照）。LTC3350は、SMBus ARA

（アラート応答アドレス）に応答した場合にのみ、SMBALERT

ピンをデアサートします。SMBus ARAは、SMBALERTへの応答に使用されるSMBusプロトコルです。ホストはARA

（0b0001100）から読み出し、SMBALERTをアサートしている各デバイスは、それぞれのアドレスを使用して応答を開始します。応答中の各デバイスは、最小のアドレスを持つデバイスのみが応答するように調整されます。デバイスは、そのアドレスを使用して応答した場合にのみ、SMBALERT信号を解放します。複数のデバイスがSMBALERT信号をアサートしている場合、ARAからの複数の読み出しが必要になります。詳細については、SMBusの仕様を参照してください。

このインタフェースを介してアクセスできるレジスタの詳細については、このデータシートの「レジスタ・マップ」および「レジスタの内容」のセクションを参照してください。

アナログ /デジタル・コンバータLTC3350は、14ビット・シグマ-デルタ型アナログ /デジタル・コンバータ（ADC）を内蔵しています。このコンバータは、測定される全てのチャネルの間で自動的に多重化されます。その結果は、I2C/SMBusポートを介してアクセスできるレジスタに格納されます。ADCによって測定される11本のチャネルがあり、各チャネルの測定には、それぞれ約1.6msかかります。システムの電圧と電流に関する状態情報を提供することに加え、これらの測定値の一部は、LTC3350によってスタック内のスーパーキャパシタのバランス調整、保護、および測定に使用されます。

アナログ /デジタル変換の結果は、符号付きの2の補数として16ビット・レジスタに格納されます。この数値の下位2ビットは、サブビットです。これらのビットは、信号変換で信頼して使用するにはノイズが大きすぎるADC出力ですが、複数のサンプルを平均化する場合は、含めることができます。

ADCの測定値は、meas_vcap1、meas_vcap2、meas_vcap3、meas_vcap4、meas_gpi、meas_vin、meas_vcap、meas_vout、meas_iin、meas_ichg、meas_dtempの各レジスタに直接格納されます。

容量とESRの測定

LTC3350は、スーパーキャパシタ・スタックの容量と等価直列抵抗（ESR）を測定する機能を備えています。この測定は、システムに対する影響を最小限に抑えて行われ、スーパーキャパシタのバックアップ・システムがオンラインである間に実行する


LTC3350

193350fb


動作ことができます。この測定では、スーパーキャパシタ・スタックがわずかな量（200mV）で放電されます。このテスト中に入力電源に障害が発生した場合、デバイスはバックアップ・モードに移行し、テストは終了します。

容量のテストが実行されるのは、各スーパーキャパシタの充電が完了したときのみです。テストでは、チャージャが一時的にディスエーブルされ、スーパーキャパシタが200mVの高精度電流によって放電されます。この放電の時間が測定され、その測定結果がレジスタmeas_capに格納されて、容量の計算に使用されます。レポートされる数値は、スタック全体の容量に比例しています。ctl_regレジスタのctl_cap_scaleビットを使用して、2種類のスケールを設定することができます。ctl_

cap_scaleを0に設定した場合（スーパーキャパシタ・スタックの値が大きい場合）、次の式を使用してmeas_capの値をファラッド単位に変換します。

CSTACK = RT

RTST•336µF •meas_cap

ctl_cap_scaleを1に設定した場合（スーパーキャパシタ・スタックの値が小さい場合）、次の式を使用してmeas_capの値をファラッド単位に変換します。

CSTACK = RT

RTST•3.36µF •meas_cap

上の2つの式において、RTはRTピンの抵抗、RTSTはITSTピンの抵抗です。

ESRテストは、容量テストの直後に実行されます。スイッチング・コントローラが複数回オンとオフに切り替えられます。その際に、充電電流とスタックの電圧の変化が測定されます。これらの測定値は、充電電流検出抵抗に関するESRの計算に使用されます。この測定結果は、meas_esrレジスタに格納されます。meas_esrにレポートされた値は、次の式を使用してオーム単位に変換できます。

RESR = RSNSC

64•meas_esr

ここで、RSNSCはインダクタと直列に接続された充電電流検出抵抗です。

容量とコンデンサのESRの測定は、他の測定のように自動的には実行されません。これらの測定を開始するには、ctl_regレ

ジスタのctl_strt_capesrビットを設定する必要があります。このビットは、測定が開始されると、自動的にクリアされます。cap_

esr_perレジスタをゼロ以外の値に設定した場合、cap_esr_per

レジスタに設定された時間の経過後に測定が繰り返されます。cap_esr_perレジスタの各LSBは、10秒を表します。

容量とESRの測定は、何らかの原因によって完了しない場合があります。容量の測定が完了しない場合はmon_cap_failed

ビット、ESRの測定が完了しない場合はmon_esr_failedビットが設定されます。容量テストは、電源に障害が発生した場合、または200mVの放電によってCAPGDコンパレータがトリップした場合に失敗します。容量テストが失敗した場合、ESRテストも失敗します。ESRテストでは、電流を供給するチャージャが使用され、この電流を使用した場合と使用しない場合のスーパーキャパシタ・スタックの電圧が測定されます。ESRがRSNSCの1024倍よりも大きい場合、ESRの測定は失敗します。ESRの測定は適応的に行います。つまり、以前の測定で得られた既知のESRを使用して、テスト電流を設定します。システムから最も高精度な値を取得するには、最初に起動したときに、容量とESRの初期テストを複数回実行します。最初の数回の測定では、不正確な結果が得られるか、測定が失敗する可能性があります。測定をさらに重ねることによって、正確な測定結果が得られるようになります。

モニタ状態レジスタLTC3350は、容量とESRのモニタリング・システムの状態を示す状態ビットが格納されるモニタ状態レジスタ（mon_status）を備えています。これらのビットは、容量とESRの測定中に特定のイベントが発生したときに、スーパーキャパシタ・モニタによって設定およびクリアされます（「容量とESRの測定」のセクションを参照）。

このレジスタに対応するmsk_mon_statusレジスタがあります。これらのビットのいずれかに1が書き込まれると、msk_mon_

statusレジスタの対応するビットに立ち上がりエッジが発生したときに、SMBALERTピンが“L”に引き下げられます。これによって、容量またはESRの測定が完了するのを待機するときのLTC3350のポーリングを減らすことができます。

mon_statusレジスタとmsk_mon_statusレジスタの詳細については、このデータシートの「レジスタの内容」のセクションを参照してください。


LTC3350

203350fb


動作

チャージャ状態レジスタLTC3350のチャージャ状態レジスタ（chrg_status）には、チャージャ、スイッチャ、シャント、およびバランサの状態に関するデータが格納されます。このレジスタの詳細については、このデータシートの「レジスタの内容」のセクションを参照してください。

制限チェックとアラームLTC3350は、I2C/SMBusのプログラム可能な制限値に対して各測定値をチェックする制限チェック機能を備えています。この機能はオプションであり、全ての制限はデフォルトでディスエーブルされています。制限チェックは、システムのモニタを簡略化し、LTC3350の測定データを継続的にポーリングしなくて済むようにするために設計されています。

測定されたパラメータが、イネーブルされた制限の設定範囲外になった場合、alarm_regレジスタの関連するビットが“H”に設定され、SMBALERTピンが“L”に引き下げられます。これによって、制限値を超えたことが I2C/SMBusホストに伝えられます。その後、アラーム・レジスタを読み出して、どの制限値を超えたかを確定することができます。

1つのADCは11本のチャネルによって共有され、同じチャネルの連続する測定間の時間間隔は約18msです。連続するADC測定間の遷移状態では、これらのパラメータは設定されたレベルを超えることができ、アラームは設定されません。

LTC3350がSMBus ARAに応答すると、SMBALERTピンが解放されます。デバイスは、別の制限が実行されるまで、このピンを再び“L”に引き下げません。超えられた制限をリセットするには、clr_alarmsレジスタの対応するビットに1を書き込んでクリアする必要があります。

LTC3350の多くのレジスタが、制限チェックに使用されます。個々の制限は、msk_alarmsレジスタでイネーブルまたはディスエーブルされます。イネーブルされたアラームの測定値が、そのアラームに設定されたレベルを超えると、アラームが設定されます。そのアラームは、clr_alarmsレジスタの該当するビットに1を書き込むことによってのみクリアできます。設定済みのアラームと、まだクリアされていないアラームは、全てalarm_reg

レジスタで読み出すことができます。

測定される個々の電圧には、全て対応する低電圧（UV）アラーム・レベルと過電圧（OV）アラーム・レベルが存在します。個々のスーパーキャパシタの電圧は、全て同じアラーム・レベル（cap_ov_lvlレジスタおよびcap_uv_lvlレジスタで設定）と比較されます。入力電流測定には、iin_oc_lvlレジスタで設定

される過電流（OC）アラームがあります。充電電流には、ichg_

uc_lvlレジスタで設定される低電流アラームがあります。

ダイ温度センサLTC3350は、ADCによってモニタされるダイ温度センサを内蔵しており、このセンサの値はデジタル化されてmeas_dtemp

レジスタに格納されます。ダイ温度に対してアラームを設定するには、dtemp_cold_lvlレジスタまたはdtemp_hot_lvlレジスタ（あるいは、その両方）を設定し、msk_alarmsレジスタで各アラームをイネーブルします。meas_dtempレジスタ内のコードを°C単位に変換するには、次の式を使用します。

TDIE（°C） = 0.028 • meas_dtemp – 251.4

汎用入力汎用入力（GPI）ピンを使用して、その他のシステム・パラメータを測定できます。このピンの電圧は、ADCによって直接デジタル化されます。高インピーダンス入力の場合、内部バッファを選択し、ADCの駆動に使用できます。このバッファは、ctl_reg

レジスタのctl_gpi_buffer_enビットを設定することによってイネーブルされます。このバッファを使用すると、入力電圧範囲は0V～3.5Vに制限されます。このバッファを使用しない場合、入力電圧範囲は0V～5Vになりますが、このピンからADCの入力段に約0.4μA/ボルトの電流が流れます。ADCの入力は、約1MHzで動作するスイッチトキャパシタ・アンプです。そのため、この電流は約1MHzの周波数で流れます。このピンの電流は、バッファをイネーブルして入力電圧範囲を減らし、オフセットを増やすことによって除去できます。

gpi_uv_lvlレジスタとgpi_ov_lvlレジスタを使用してレベルを設定し、このピンの電圧に対してアラームを適用できます。これらのアラームは、msk_alarmsレジスタのmsk_gpi_uvビットおよびmsk_gpi_ovビットを使用してイネーブルします。

スーパーキャパシタ・スタックの温度をモニタするには、GPIピンを負温度係数（NTC）サーミスタに接続します。低ドリフトのバイアス抵抗をINTVCCとGPIの間に接続し、サーミスタをGPIとグランドの間に接続する必要があります。使用しない場合は、GPIをSGNDに接続してください。


LTC3350

213350fb


アプリケーション情報デジタル構成LTC3350は豊富なデジタル機能を備えていますが、基本的な用途に必要なのは、いくつかの機能のみです。2.7Vのデフォルトのシャント電圧以外の値が必要な場合、vshuntレジスタによってシャント電圧を設定します。コンデンサ電圧帰還リファレンスは、デフォルトで1.2Vに設定されます。この値は、vcapfb_dacレジスタで変更できます。

他の全てのデジタル機能は、オプションであり、モニタリングに使用されます。ADCは自動的に実行され、変換値が各レジスタ（meas_vcapなど）に格納されます。容量とESRの測定は、要求した場合にのみ実行されますが、必要に応じて反復するようにスケジュールを設定できます（ctl_strt_capesrおよびcap_esr_per）。測定される各パラメータには、プログラム可能な制限（vcap_uv_lvl、vcap_ov_lvlなど）があり、これらの制限をイネーブルするとアラームおよびSMBALERTをトリガすることができます。これらのアラームは、デフォルトではディスエーブルされます。

スーパーキャパシタ構成LTC3350は、1個から4個までのスーパーキャパシタと共に使用できます。4個未満のスーパーキャパシタを使用する場合、各スーパーキャパシタをCAPRTNとCAP4の間に配置し、未使用のCAPピンを、使用する最上位のCAPに接続する必要があります。例えば、3個のスーパーキャパシタを使用する場合は、CAP4をCAP3に接続します。2個のスーパーキャパシタのみを使用する場合は、CAP4とCAP3の両方をCAP2に接続します。使用するスーパーキャパシタの数は、CAP_SLCT0

ピンとCAP_SLCT1ピンに設定する必要があります。表1に示すように、これらのピンをVCC2P5に接続すると1に設定され、グランドに接続するとゼロに設定されます。これらのピンに設定された値は、I2C/SMBusを介してnum_capsレジスタから読み出すことができます。

表1

CAP_SLCT1 CAP_SLCT0num_caps レジスタの値

スーパーキャパシタの数

0 0 0 1

0 1 1 2

1 0 2 3

1 1 3 4

スーパーキャパシタ・シャント・レギュレータの設定VSHUNTは、I2C/SMBusインタフェースを介して設定され、初期起動時にはデフォルトで2.7Vに設定されます。VSHUNTは、

スーパーキャパシタの電圧がVSHUNTに近づいたときに、その前後のシャントをオンにすることによって、個別のスーパーキャパシタの電圧を制限します。CAPRTN、CAP1、CAP2、CAP3、およびCAP4を、内部シャントのバラストとして機能する抵抗を介してスーパーキャパシタに接続する必要があります。シャント電流は、おおよそVSHUNTをシャント抵抗値の2倍で割った値になります。VSHUNTが2.7Vの場合、500mAのシャント電流を得るには、2.7Ωの抵抗を使用します。シャント電流のデューティ・サイクルは、最大75%です。1つのシャント抵抗で消費される電力は、おおよそ次の値になります。

PSHUNT ≈ 3VSHUNT

2

16RSHUNT

これに基づいて、各抵抗のサイズを選択してください。シャントをディスエーブルする場合は、RSHUNTを100Ωにします。

シャント電流は、スイッチャが供給できる電流よりも少ないため、シャントがスーパーキャパシタを保護できるようにするために、内蔵ロジックによって充電電流が自動的に減少します。このため、いずれかのシャントがアクティブになると、充電速度が大幅に低下します。この理由により、VSHUNTをできるだけ高く設定し、充電サイクル中にシャントがアクティブになる可能性を少なくする必要があります。理想的には、起こり得るスーパーキャパシタの不一致によってシャントがオンにならないように、VSHUNTを十分高く設定します。そうすることで、チャージャの動作が最大の充電電流で維持され、充電時間が短縮します。シャントがオンにならなければ、充電サイクルがすばやく完了し、最終的にバランサによって各スーパーキャパシタの電圧が均一になります。シャント設定を使用して、テスト、保存などの目的でスーパーキャパシタを放電することもできます。

入力電流と充電電流の設定最大入力電流は、VOUTSPピンとVOUTSNピンの間の抵抗RSNSIによって決まります。最大充電電流は、インダクタと直列に接続された検出抵抗RSNSCの値によって決まります。入力電流ループと充電電流ループは、これらの検出抵抗の両端の電圧を32mVにサーボ制御します。したがって、最大入力電流と最大充電電流は、次のようになります。

IIN(MAX) = 32mVRSNSI

ICHG(MAX) = 32mVRSNSC


LTC3350

223350fb


アプリケーション情報ピーク・インダクタ電流制限 IPEAKは、最大充電電流よりも80%高くなり、次の値に等しくなります。

IPEAK = 58mV

RSNSC

入力電流制限にはデバイスの静止電流とゲート駆動電流が含まれないことに、注意してください。デバイスに流れる合計電流は、IIN(MAX)＋IQ＋IGになります。ここで、IQは非スイッチング時の静止電流、IGはゲート駆動電流です。

低電流充電および高電流バックアップLTC3350は、低充電電流や高バックアップ電流を必要とするアプリケーションに対応できます。このようなアプリケーションでは、RSNSIを使用して目的の充電電流を設定します。バックアップ時にさらに高い電流が必要な場合は、RSNSCを使用して設定できます。入力電流制限は、スーパーキャパシタの充電時に、充電電流制限よりも優先されます。一方、充電電流制限は、バックアップ動作のための十分な電流能力を提供します。

充電電流は、低いVCAP（つまり、低いデューティ・サイクル）ではICHG(MAX)に制限されます。VCAPが上昇すると、スイッチング・コントローラの入力電流が IIN(MAX)に達するまで増加します。入力電流はIIN(MAX)で維持され、充電電流はVCAPがさらに上昇するに従って減少します。

アプリケーションによっては、入力電流制限値の一部のみを使用してスーパーキャパシタを充電することが必要になる場合があります。図3に示すように、直列に配置された2つの入力電流検出抵抗を使用して、これを実現できます。VOUTSP

をRSNSI1の正端子にケルビン接続し、VOUTSNをRSNSI2の負端子にケルビン接続します。チャージャへの入力電流がRSNSI1とRSNSI2に流れる間、負荷電流がRSNSI1に流れます。入力電流制限値は次式のとおりです。

32mV = RSNSI1 • ILOAD＋(RSNSI1＋RSNSI2) • IINCHG

例えば、スーパーキャパシタの充電には2Aの入力電流のみが必要ですが、システムの負荷とチャージャの組み合わせには、最大4Aの合計電流を電源から流すことができるとします。RSNSI1 = RSNSI2 = 8mΩと設定すると、負荷とチャージャの合計に対しては4Aの電流制限が設定され、チャージャに対しては2Aの電流制限が設定されます。無負荷時に、チャージャには最大2Aの入力電流を流すことができます。負荷電流が0A

から4Aに増えるに従って、チャージャの入力電流が2Aから0Aまで減少します。

以下の式を使用して、充電入力電流をシステム負荷電流の関数として決定できます。

IINCHG = 32mV

RSNSI1+RSNSI2–

RSNSI1RSNSI1+RSNSI2

•ILOAD

RSNSI1の負端子とRSNSI2の正端子の接触抵抗およびこれらを接続するトレースの抵抗は、入力電流制限を変動させます。この誤差を最小化するには、2つの入力電流検出抵抗を、それらの間で大きいPCBパッド領域を使用して、互いに近づけて配置します。これは、これら2つの検出抵抗を接続するトレースからシステム負荷電流が流れるためです。

なお、バックアップ電流は、RSNSI2を流れます。RSNSI2パッケージのサイズを、電力損失に対処するために、適切に選択してください。

図3

VCAP電圧の設定LTC3350のVCAP電圧は、図4に示すように、外付け帰還抵抗分割器によって設定します。安定化出力電圧は次式で求められます。

VCAP = 1+ RFBC1

RFBC2

CAPFBREF

ここで、CAPFBREFはVCAP DACの出力であり、vcapfb_dac

レジスタで設定されます。CAPFBラインは、SWラインなどのノイズ源から離して配線するように十分注意してください。

VIN

VIN

INFET VOUTSP

RSNSI1 RSNSI2

LTC3350

VOUTSN

IINCHG

ILOAD

VOUT (TO SYSTEM)

TGATE

BGATE

3350 F03


LTC3350

233350fb


アプリケーション情報

パワーフェイル・コンパレータの入力電圧しきい値

入力電圧しきい値（この値を下回るとパワーフェイル状態ピン

PFOがパワーフェイル状態を示し、LTC3350双方向コントローラが昇圧モードに切り替わる）は、次式のように、VINピンからPFIピンを経由してSGNDに接続した抵抗分割器を使用して設定します。

VIN = 1+ RPF1

RPF2

VPFI(TH)

ここで、VPFI(TH)は1.17Vです。RPF1とRPF2の標準値は、40k～1Mの範囲内です。図5を参照してください。

入力電圧が次式の値を超えると、パワーフェイル状態ピン

PFOが高インピーダンスになり、双方向コントローラが降圧モードに切り替わります。

VIN = 1+ RPF1

RPF2

VPFI(TH) + VPFI(HYS)( )ここで、VPFI(HYS)はPFIコンパレータのヒステリシスであり、30mVに等しくなります。

NチャネルMOSFETとPチャネルMOSFETの対を搭載した1個のパッケージ（Si1555DL、Si1016CXなど）を使用して、MN1とMP1を実装できます。MN1のゲート電圧がグランドになったときに、MN1のドレイン漏れ電流によってしきい値にオフセットが生じることがあります。この漏れ電流の影響を最小限に抑えるには、RPF1、RPF2、およびRPF3を1k～100kの範囲内にします。

バックアップ・モードでのVOUT電圧の設定昇圧モードでのコントローラの出力電圧は、図7に示すように、外付け帰還抵抗分割器によって設定します。安定化出力電圧は次式で求められます。

VOUT = 1+ RFBO1

RFBO2

1.2V

OUTFBラインは、SWラインなどのノイズ源から離して配線するように十分注意してください。

図7．VOUT電圧分割器と補償ネットワーク

図4．VCAP電圧帰還分割器

図5．PFIしきい値電圧分割器

図6．ヒステリシスを追加したPFIしきい値電圧分割器

PFIの電圧が1.17Vを下回ったときにRPF2と並列に接続された追加抵抗RPF3のスイッチを入れることによって、ヒステリシスをさらに追加できます（図6を参照）。VINの下降時しきい値は変わりませんが、VINの上昇時しきい値は、次のようになります。

VIN = 1+ RPF1

RRP2+ RPF1

RPF3

VPFI(TH) + VPFI(HYST)( )

LTC3350

CAPFB

VCAP

RFBC1

RFBC2

3350 F04

LTC3350

PFI

VIN

RPF1

RPF2

3350 F05

LTC3350

PFIVDD

PFO

VIN

RPF1

RPF2

RPF3

MP1

MN1

3350 F06

VC

OUTFB

LTC3350

VREF RC(OPT)

RFBO1

RFBO2

RFO(OPT)

CFO(OPT)

CFBO1

VOUT

CC

+–

3350 F07


LTC3350

243350fb


アプリケーション情報補償入力電流ループ、充電電流ループ、VCAP電圧ループ、およびVOUT電圧ループは、全てVCノードからグランドに接続された1nF～10nFのコンデンサを必要とします。出力理想ダイオードを使用して低い電圧（8V未満）でバックアップする場合、VCで8.2nF～10nFのコンデンサを使用します。出力理想ダイオードを使用しない場合は、VCで4.7nF～10nFのコンデンサを使用することを推奨します。バックアップ電圧が非常に高い（15Vを超える）場合は、1nF～4.7nFのコンデンサを使用することを推奨します。

VOUT電圧ループは、VCノードのコンデンサに加えて、入力電源障害の発生時に安定性を確保し、トランジェント応答を改善するために、位相リード・コンデンサCFBO1を必要とします（図7）。次式のように上側分割器の抵抗と位相リード・コンデンサの値の積を使用して、約2kHzでゼロが生じるようにします。

RFBO1 • CFBO1≈ 1

2π 2kHz( )

ピンの寄生容量の影響を最小限に抑えるために、CFBO1が100pF以上になるようにRFBO1を選択します。位相リード・コンデンサによってVOUTのトランスコンダクタンス・アンプの入力に大きなリップルが発生するため、VOUTの分割器とOUTFB

ピンの間にRCローパス・フィルタを追加して、電圧リップル・スパイクを除去することが必要になる可能性があります。同期整流式コントローラのスイッチング周波数でのフィルタ時定数を、次式によって特定します。

RFO •CFO = 1

2πfSW

ここで、ピンの寄生容量の影響を最小限に抑えるために、CFO

> 10pFとします。VOUTのレギュレーション電圧が低い（約5V～6V）バックアップ・アプリケーションの場合、1k～3kの追加抵抗RCをVCコンデンサと直列に接続して、安定性とトランジェント応答を改善できます。

バックアップ・モードでの最小VCAP電圧バックアップ・モードでは、出力理想ダイオードまたは昇圧モードで動作する同期整流式コントローラを経由して、スーパーキャパシタから出力に電力が供給されます。

出力理想ダイオードは、スーパーキャパシタからVOUTまでの低損失電力経路を提供します。スーパーキャパシタの最小内部（開放回路）電圧は、システムが動作するのに必要な最小VOUTに、出力理想ダイオードに起因する電圧降下およびスタック内の各スーパーキャパシタの等価直列抵抗RSCに起因する電圧降下を加えた値に等しくなります。

例：システムは、動作するため、およびバックアップ時に1Aの電流を流すために、5Vを必要とします。スタック内には4個のスーパーキャパシタがあり、45mΩのRSCがそれぞれに接続されています。出力理想ダイオードの順方向レギュレーション電圧は、30mV（OUTFET RDS(ON) < 30mΩ）です。スーパーキャパシタの最小開放回路電圧は、次のようになります。

VCAP(MIN) = 5V＋0.030V＋(1A • 4 • 45mΩ) = 5.21V

昇圧モードで同期整流式コントローラを使用すると、スーパーキャパシタを、システムが動作するのに必要な最小VOUTよりも非常に低い電圧まで放電することができます。スーパーキャパシタ・スタックが最小内部（開放回路）電圧で供給できる電力量は、出力と昇圧コンバータに給電するために必要な電力量よりも大きい必要があります。

次の最大電力転送ルールに従います。

PCAP(MIN) =

VCAP(MIN)2

4•n•RSC> PBACKUP

η

上の式において、ηは昇圧モードでの同期整流式コントローラの効率、nはスタック内のスーパーキャパシタの数です。

例：システムは、動作するため、およびバックアップ時に1Aの電流を流すために、5Vを必要とします。スタック内には4個のスーパーキャパシタがあり（n = 4）、45mΩのRSCがそれぞれ接続されています。コンバータの効率は90%です。スーパーキャパシタの最小開放回路電圧は、次のようになります。

VCAP(MIN) = 4• 4• 45mΩ •5V •1A

0.9= 2.0V

この場合、スーパーキャパシタ・スタックの端子に発生する電圧は、最大電力転送ルールに従って、この電圧の半分（1V）になります。

なお、最小VCAP電圧は、ピーク・インダクタ電流制限（最大充電電流の180%）と昇圧モードでの最大デューティ・サイクル（約90%）によっても制限されます。


LTC3350

253350fb


アプリケーション情報スーパーキャパシタのエネルギー蓄積能力の最適化ほとんどのシステムでは、スーパーキャパシタは1つ以上のDC/DCコンバータにバックアップ電力を供給します。DC/DC

コンバータは、スーパーキャパシタに定電力負荷を与えます。スーパーキャパシタが最大電圧に近い場合、負荷にわずかな電流が流れます。スーパーキャパシタが放電されるに従って、スーパーキャパシタから流れる電流が増加して、負荷に供給される電力を一定に維持します。バックアップ・モードで必要なエネルギー量は、この定バックアップ電力（PBACKUP）とバックアップ時間（tBACKUP）の積になります。

バックアップに使用可能なスーパーキャパシタ・スタックに蓄積されるエネルギーは、次のようになります。

12

nCSC CELL(MAX)2V – CELL(MIN)

2V( )ここで、CSC、VCELL(MAX)、およびVCELL(MIN)は、それぞれスタック内の1個のスーパーキャパシタの容量、最大電圧、および最小電圧です。スタックの最大電圧は、VCAP(MAX) = n

• VCELL(MAX)です。スタックの最小電圧は、VCAP(MIN) = n •

VCELL(MIN)です。

このエネルギーの一部は、スーパーキャパシタ・スタックのESR

での導通損失として失われます。バックアップ電力要件が高い場合、スタックの固有のESRでの導通損失が増加します。

必要な容量は、CSCに関する次の式を解くことで求めることができます。

PBACKUP • tBACKUP = 14

nCSC γMAX • CELL(MAX)2V – γMIN • CELL(MIN)

2V –4RSC •PBACKUP

nln

γMAX • VCELL(MAX)

γMIN • VCELL(MIN)

ここで、

γMAX = 1+ 1–4RSC •PBACKUP

n CELL(MAX)2V

and,

γMin = 1+ 1–4RSC •PBACKUP

n CELL(MIN)2V

RSCはスタック内の1個のスーパーキャパシタの等価直列抵抗（ESR）です。なお、最大電力転送ルールによって最小セル電圧が次のように制限されます。

VCELL(MIN) =

VCAP(MIN)

n≥ 4RSC •PBACKUP

n

特定のバックアップ・エネルギー量に対する容量のサイズを最小にするために、スタックの最大電圧VCELL(MAX)を増やすことができます。ただし、最大電圧は2.7Vに制限されており、最大電圧を増やすことによって許容できないほどスーパーキャパシタの寿命が短くなる場合があります。

代替案は、寿命が妥当な長さになる電圧でVCELL(MAX)を維持し、スタック内のスーパーキャパシタの利用率を増やすことです。スーパーキャパシタの利用率（αB）は、次のように定義できます。

αB = CELL(MAX)

2V – CELL(MIN)2V

CELL(MAX)2V


LTC3350

263350fb


アプリケーション情報同期整流式コントローラを昇圧モードで使用する場合、利用率を最大化するために、スーパーキャパシタを、最大電力転送ルールで設定された電圧まで下げて動作させることができます。その場合の最小電圧は、次のようになります。

VCELL(MIN) = 4RSC •PBACKUP

nη

ここで、ηは昇圧コンバータの効率（約90%～96%）です。バックアップの式（γMAXおよびγMIN）の場合は、PBACKUPの代わりにPBACKUP/ηを使用します。その場合、バックアップに必要なエネルギーは、次の式によって決まります。

PBACKUPη

tBACKUP ≤ 12

nCSC • CELL(MAX)2V •

αB + αB

2–

1– αB2

ln1+ αB

1– αB

上の式を使用して容量が特定された後に、許容される最大ESRを次の式で確認する必要があります。

RSC ≤

η 1– αB( )n CELL(MAX)2V

4PBACKUP

スーパーキャパシタの選択手順

1. バックアップ要件PBACKUPおよび tBACKUPを決定します。

2. スーパーキャパシタの寿命が許容できる長さになる最大セル電圧を決定します。

3. スタック内のスーパーキャパシタの数を選択します。

4. スーパーキャパシタの目的の利用率αB（80%など）を選択します。

5. 次の式から容量CSCを求めます。

CSC ≥ 2PBACKUP • tBACKUPnη CELL(MAX)

2V•

αB + αB

2–

1– αB2

ln1+ αB( )

1– αB

–1

6. 十分な容量CSCと次の最小RSCを持つスーパーキャパシタを見つけます。

RSC ≤

η 1– αB( )n CELL(MAX)2V

4PBACKUP

7. 適切なスーパーキャパシタが見つからない場合は、容量を増やす、セル電圧を高くする、スタック内のスーパーキャパシタの数を増やす、または利用率を減らすことによって（あるいは、これらを全て行って）、引き続きスーパーキャパシタを見つけます。

8. 必ず、スーパーキャパシタのESRと容量および最大充電電流定格の経年劣化を考慮します。スーパーキャパシタの供給メーカー・リストを表2に示します。

表2．スーパーキャパシタの供給メーカーAVX www.avx.com

Bussman www.cooperbussman.com

CAP-XX www.cap-xx.com

Illinois Capacitor www.illcap.com

Maxwell www.maxwell.com

NESS CAP www.nesscap.com

Tecate Group www.tecategroup.com

インダクタの選択スイッチング周波数とインダクタの選択は、相互に関係しています。スイッチング周波数を高くすると、より小さいインダクタとコンデンサの値を使用できますが、通常は、MOSFETのスイッチング損失とゲート充電損失によって効率が低下します。さらに、リップル電流に対するインダクタ値の影響も考慮する必要があります。インダクタのリップル電流は、インダクタンスまたは周波数が高くなると減少し、VINが高くなると増加します。リップル電流が大きくても構わなければ、小さいインダクタンスを使用できますが、出力電圧リップルとコア損失が大きくなります。

LTC3350の場合、インダクタを次のように選択すると、最高の全体的性能が達成されます。VIN(MAX) ≤ 2VCAPの場合は、

L =

VIN(MAX)

ICHG(MAX) • fSW

および、VIN(MAX) ≥ 2VCAPの場合は、

L = 1–

VCAPVIN(MAX)

VCAP0.25•ICHG(MAX) • fSW

ここで、 VCAPは最終的なスーパーキャパシタ・スタックの電圧、VIN(MAX)は最大入力電圧、ICHG(MAX)は最大安定化充電電流、fSWはスイッチング周波数です。これらの式を使用して、インダクタ・リップル電流は、最大で ICHG(MAX)の25%になります。


LTC3350

273350fb


入力電力の喪失時にVOUTを維持できるほど十分速いトランジェント応答を実現するには、上の式を使用して得られたインダクタが大きすぎる場合があります。そのような状況は、最大VINが高く（25Vなど）、バックアップ電圧が低い（6Vなど）場合に生じます。その場合、より小さいインダクタを選択し、ICHG(MAX)の40%の最大ピーク・トゥ・ピーク・リップル電流が得られるようにすることが、最善の選択肢です。

Lの値が求められたら、インダクタ・コアの種類を選択する必要があります。コア損失を極めて低く抑えるために、フェライト・コアを推奨します。銅損失を最小限に抑え、飽和を防ぐことに重点を置いて選択する必要があります。フェライト・コアの材質は「急激に」飽和します。つまり、設計ピーク電流を超えると、インダクタンスは突然低下します。その結果、インダクタのリップル電流が急増し、そのため出力電圧リップルが増加します。コアは絶対に飽和させないでください。インダクタの飽和電流は最大安定化電流 ICHG(MAX)より少なくとも80%大きくします。インダクタの供給メーカー・リストを表3に示します。

表3.インダクタ・メーカーVENDOR URL

Coilcraft www.coilcraft.com

Murata www.murata.com

Sumida www.sumida.com

TDK www.tdk.com

Toko www.toko.com

Vishay www.vishay.com

Würth Electronic www.we-online.com

COUTとCCAPの容量VOUTは、降圧モードの同期整流式コントローラへの入力として、および昇圧（バックアップ）モードでの出力として機能します。昇圧モードを使用する場合は、必要なバックアップ電流2Aあたり100μFのバルク（アルミ電解、OS-CON、POSCAP）コンデンサを配置します。5Vシステム・アプリケーションの場合は、バックアップ電流1Aあたり100μFのコンデンサを推奨します。さらに、電圧リップルを最小限に抑えるために、一定量の高周波バイパス容量が必要になります。昇圧モードでの電圧リップルは、次のようになります。

∆VOUT =

1–VCAPVOUT

1COUT • fSW

+ VOUTVCAP

•RESR

IOUT(BACKUP)

最大リップルは、IOUT(BACKUP)を供給できる最小VCAPで発生します。高周波のフィルタリングのために、多層セラミック・コンデンサを推奨します。

昇圧モードを使用しない場合、COUTの仕様は、次式のように降圧モードでの目的のリップル電圧によって決まります。

∆VOUT =

VCAPVOUT

1–VCAPVOUT

ICHG(MAX)

COUT • fSW+ICHG(MAX) •RESR

連続導通モードでは、上側MOSFETのソース電流は、デューティサイクルがVCAP/VOUTの方形波になります。大きいトランジェント電圧の発生を防止するには、最大実効値（RMS）電流に対応するサイズの低ESRコンデンサを使用する必要があります。コンデンサの最大RMS電流は次式で与えられます。

IRMS ≅ ICHG(MAX)

VCAPVOUT

VOUTVCAP

–1

この式はVOUT = 2VCAPのときに最大になります。ここで、IRMS = ICHG(MAX)/2です。設計では多くの場合、この単純なワーストケース条件が使用されます。条件を大きく振っても値は改善されないからです。

中電圧（20V～35V）のセラミック・コンデンサ、タンタル・コンデンサ、OS-CONコンデンサ、およびスイッチャ定格の電解コンデンサを入力コンデンサとして使用できます。三洋電機のOS-CON SVP、SVPDシリーズ、POSCAP TQCシリーズのコンデンサ、またはパナソニックのWAシリーズやCornel

DublilierのSPVシリーズのアルミ電解コンデンサを数個の高性能セラミック・コンデンサと並列に接続して使用することによって、低ESRと大きなバルク容量を実現する効果的な手段が得られます。

VCAPは、昇圧モードのコントローラへの入力として、および降圧モードでの出力として機能します。VCAPコンデンサの目的は、インダクタ電流リップルをフィルタリングすることです。VCAPのリップル（∆VCAP）は次式で近似できます。

∆VCAP ≈ ∆IPP

18CCAP • fSW

+RESR

ここで、fSWはスイッチング周波数、CCAPはVCAPの容量、∆IPPはインダクタのリップル電流です。∆IPPは入力電圧に応じて増加するので、出力リップルは入力電圧が最大のとき最大になります。

アプリケーション情報


LTC3350

283350fb


アプリケーション情報スーパーキャパシタは小さい直列抵抗を持っているため、大部分のインダクタ電流リップルがフィルタ・コンデンサに流れ、スーパーキャパシタに流れないように、CCAPのサイズを適切に選択することが重要です。次式を使用して選択することを推奨します。

18CCAP • fSW

+RESR

≤ n•RSC5

ここで、nはスタック内のスーパーキャパシタの数、RSCは各スーパーキャパシタのESRです。VCAPの容量は、バルク・コンデンサと高周波コンデンサを組み合わせて選択できます。バルク容量にはアルミ電解コンデンサ、OS-CONコンデンサ、およびPOSCAPコンデンサが適しており、高周波のフィルタリングには多層セラミック・コンデンサを推奨します。

パワーMOSFETの選択LTC3350の同期整流式コントローラには、2個の外付けパワーMOSFETを選択する必要があります。上側スイッチ用および下側スイッチ用にそれぞれ1個のNチャネルMOSFET

です。外付けNチャネル・パワーMOSFETの選択基準は、最大ドレイン-ソース間電圧（VDSS）、しきい値電圧、オン抵抗（RDS(ON)）、逆伝達容量（CRSS）、総ゲート電荷（QG）、最大連続ドレイン電流などです。

両方のMOSFETのVDSSは、最大入力電源電圧（トランジェントを含む）よりも高くなるように選択します。ピーク・トゥ・ピーク駆動レベルはDRVCC電圧により設定されます。ロジック・レベルしきい値のMOSFETを使用する必要があります。これは、DRVCCが、INTVCC（5V）から、または5.5Vよりも低い出力電圧を持つ必要のある外部LDOから給電されるためです。

MOSFETの電力損失は、RDS(ON)、CRSS、およびQGによって決まります。上側および下側MOSFETスイッチの最大充電電流での導通損失は、次のようになります。

PCOND(TOP) = VCAPVOUT

ICHG(MAX)2 •RDS(ON) 1+δ∆T( )

PCOND(BOT) = 1–VCAPVOUT

ICHG(MAX)2 •RDS(ON) 1+δ∆T( )

MOSFETの場合の（1+ δ∆T）の項は一般に正規化されたRDS(ON)と温度の曲線で与えられますが、低電圧MOSFETの場合の近似値として δ = 0.005/°Cを使用することができます。

両方のMOSFETスイッチには、遷移損失があります。ただし、遷移損失は、降圧モードでは上側MOSFETのみで発生し、昇圧モードでは下側MOSFETのみで発生します。これらの損失はVOUT

2に比例し、高電圧アプリケーション（VOUT > 20V）では著しく増大します。最大遷移損失は次のとおりです。

PTRAN ≈ k

2VOUT

2 •ICHG(MAX) •CRSS • fSW

ここで、kはミラー効果によるプラトー電圧の発生時の駆動電流に関係しており、約1です。

同期整流式コントローラは、降圧モードと昇圧モードの両方で動作することができ、各モードでのVOUTの電圧は異なります。VOUTが降圧モード（入力電力を使用できる）では12V、昇圧モード（バックアップ・モード）では10Vである場合、導通損失を最小限に抑えるように両方のMOSFETのサイズを選択できます。VOUTが充電中に25Vまで上昇する可能性があり、バックアップ・モードでは6Vに保たれる場合、バックアップ・モード時の損失を最小限に抑えるようにMOSFETのサイズを選択します。この場合、大きな遷移損失を持つハイサイドMOSFETが選択される可能性があります。この遷移損失は、熱の問題が制限要因にならない限り、入力電力を使用できる場合には許容できます。下側MOSFETは、導通損失を最小限に抑えるように選択できます。昇圧モードを使用しない場合は、より高いRDS(ON)とより低いCRSSを持つハイサイドMOSFETを選択すると、全体的な損失が最小限に抑えられます。

スイッチングMOSFETの選択に関係するもう1つの電力損失はゲートのドライブで失われる電力です。各スイッチング・サイクルでは、総ゲート電荷QGを充放電する必要があります。LTC3350の内部LDOとゲート・ドライバで電力が失われます。ゲートの充電による電力損失は、次のようになります。

PG ≈ (QGTOP＋QGBOT) • fSW • VOUT

ここで、QGTOPは上側MOSFETのゲート電荷、QGBOTは下側MOSFETのゲート電荷です。可能であれば、総ゲート電荷を最小限に抑えたMOSFETスイッチを使ってLTC3350の内部電力損失を制限してください。

ショットキ・ダイオードの選択必要に応じて、ショットキ・ダイオードを上側MOSFETスイッチおよび下側MOSFETスイッチと並列に配置できます。これらのダイオードは、上側MOSFETスイッチの導通と下側MOSFETスイッチの導通が重複しない時間の間、SWをクラ


LTC3350

293350fb


アプリケーション情報ンプします。これにより、MOSFETスイッチのボディ・ダイオードが非重複時間中にオンして電荷を蓄積するのを防止し、逆回復時間を不要にします。逆回復時間があると、VINが高いときに効率が最大3%低下することがあります。効率の低下を許容できる場合は、1つまたは両方のダイオードを省略できます。このダイオードは、デューティ・サイクルのほんの一部だけオンするので、最大負荷電流の約1/3～1/5の定格にすることができます。これより大きなダイオードは接合容量が大きいため、スイッチング損失が増加します。ダイオードを効果的にするには、これらのダイオード間のインダクタンスと、上側および下側MOSFETをできるだけ小さくする必要があります。したがって、これらの部品はPC基板の同じ層上に互いに隣接して配置する必要があります。

上側MOSFETドライバの電源（CB、DB）BSTピンに接続されている外付けのブートストラップ・コンデンサCBは、上側MOSFETのゲート駆動電圧を供給します。SWピンが“L”のとき、図8のコンデンサCBがDRVCCから外付けダイオードDBを介して充電されます。ブートストラップ・コンデンサCBの値は、上側MOSFETの全入力容量の20倍にする必要があります。

上側MOSFETがオンしているとき、BSTの電圧は次のようにシステム電源レールよりも高くなります。

VBST = VOUT＋VDRVCC

外付けダイオードDBの逆ブレークダウン電圧はVOUT(MAX)

＋VDRVCC(MAX)より大きくなければなりません。

昇圧コンバータは、出力理想ダイオードと組み合わせて使用した場合、短時間の間、非同期的に動作できます。DBがショットキ・ダイオードである場合、この時間中に、BSTとSWの間の電圧は5.5Vを超えて上昇できます。漏れ電流と接合容量の小さい高速スイッチングPNダイオードを推奨します。バックアップ・モードにある間、昇圧コンバータが同期的に動作する場合は、ショットキ・ダイオードを使用できます。

INTVCC/DRVCCとデバイスの電力損失LTC3350は、VOUT電源からINTVCCに電力を供給する低ドロップアウト・リニア・レギュレータ（LDO）を備えています。INTVCCは、ゲート・ドライバ（DRVCCに接続した場合）とLTC3350の内部回路のほとんどに電力を供給します。このLDOは、INTVCCピンでの電圧を5Vに安定化します。LDO

は50mAの最大電流を供給可能であり、DRVCCに接続しない場合は、1μF以上のコンデンサでグランドにバイパスする必要があります。DRVCCには、2.2μF以上のセラミック・コンデンサまたは低ESR電解コンデンサを接続します。DRVCCでどんな種類のバルク・コンデンサを使用する場合でも、0.1μFセラミック・コンデンサを追加してDRVCCピンのすぐ近くに接続することを強く推奨します。MOSFETゲート・ドライバが必要とする大きなトランジェント電流を供給するには、十分なバイパスが必要です。

大きなMOSFETが高い周波数でドライブされる高入力電圧のアプリケーションでは、LTC3350の最大接合部温度定格を超えるおそれがあります。ゲート充電電流が主体となっているINTVCC電流は、5VのLDOによって供給されます。

この場合にデバイスの電力損失は最大になり、(VOUT) • (IQ

＋IG)にほぼ等しくなります。ここで、IQ は非スイッチング時の約4mAの静止電流、IGはゲート充電電流です。接合部温度は「電気的特性」のNote 2に与えられている式を使って推定することができます。例えば、周囲温度70°CのQFNパッケージでINTVCC LDOによって35V電源から供給されるIGは、42mA未満に制限されます。

TJ = 70°C＋(35V)(4mA＋42mA)(34°C/W) = 125°C

最大接合部温度を超えないようにするには、連続導通モード動作時のINTVCC LDO電流を最大VOUTで検査する必要があります。

外部LDOからDRVCCに電力を供給すると、デバイスの電力損失が大幅に減少します。その場合、デバイスの電力損失は、IQによる電力損失とゲート・ドライバでの電力損失（(VDRVCC)

• (IG)）に等しくなります。外部DRVCC LDO出力が5Vで、ゲート・ドライバに42mAを供給している場合、接合部温度は82°Cまでしか上昇しません。

TJ = 70°C＋[(35V)(4mA)+(5V)(42mA)](34°C/W) = 82°C

外部LDOには、VOUTから電力を供給します。外部LDOは、INTVCC LDOの起動後にイネーブルする必要があり、その出力は5.5V未満である必要があります。INTVCCは、DRVCCに接続しないでください。

図8．ブートストラップ・コンデンサ/ダイオードおよびDRVCCの接続

BST

SW

>2.2µF

3350 F07

DB

DRVCC

INTVCC

LTC3350 CB

0.1µF

1µFOPT


LTC3350

303350fb


アプリケーション情報最小オン時間に関する検討事項最小オン時間 tON(MIN)は、LTC3350が降圧モードで上側MOSFETをオンすることができる最小時間です。これは内部タイミング遅延と上側MOSFETをオンするのに必要なゲート電荷の量によって決まります。LTC3350の最小オン時間は約85nsです。低デューティ・サイクルのアプリケーションでは、この最小オン時間の限度に接近する可能性があるので、次の条件を満たすように注意してください。

tON(MIN) < VCAP

VOUT • fSW

デューティ・サイクルが最小オン時間で対応可能な値より低くなると、コントローラはサイクル・スキップを開始します。充電電流とVCAP電圧は引き続き安定化されますが、電圧リップルと電流リップルが増加します。

理想ダイオードMOSFETの選択入力および出力理想ダイオードには、外付けNチャネルMOSFETが必要です。これらのMOSFETの選択での重要なパラメータは、最大ドレイン-ソース間電圧（VDSS）、ゲートしきい値電圧、およびオン抵抗（RDS(ON)）です。

入力が接地されている場合、スーパーキャパシタ・スタック電圧または昇圧コントローラのバックアップ電圧が、入力理想ダイオードMOSFETの両端に加えられます。したがって、入力理想ダイオードMOSFETのVDSSは、バックアップ・モードでのVOUTの最大電圧に耐える必要があります。スーパーキャパシタの電圧が0Vである場合、入力電圧が出力理想ダイオードのMOSFETの両端に加えられます。したがって、出力理想ダイオードのMOSFETのVDSSは、VINの最大電圧に耐える必要があります。

両方の理想ダイオードのゲート駆動電圧は、5Vです。このため、ロジック・レベルしきい値のNチャネルMOSFETを使用することができます。

原則として、最大負荷電流で動作しているときに目的のVDS

が得られるように、十分に低いRDS(ON)を持つMOSFETを選択します。RDS(ON)が十分に低い場合、LTC3350は入力および出力理想ダイオードMOSFETでの順方向電圧降下を30mVに安定化します。必要なRDS(ON)は、0.030Vを負荷電流（アンペア単位）で割ることによって計算できます。

順方向レギュレーションの実現は、電力損失と放熱を最小限に抑えますが、必須ではありません。30mVを超える順方向電圧降下を許容できる場合は、より小さいMOSFETを使用でき

ますが、より大きな電力損失に対応できるサイズを選択する必要があります。電力損失がメーカーの推奨最大レベルを超えて上昇してはならないということに、注意する必要があります。

バックアップ・モード中にOUTFBの電圧が1.3Vを下回ると、出力理想ダイオードは遮断されます。VOUTのバックアップ電圧が高い（>8.4V）場合、VCAPがVOUTのレギュレーション・ポイントよりも1ダイオード電圧降下分（約700mV）高くなると（つまり、OUTFB > 1.2V）、出力理想ダイオードが遮断されます。VCAPが、VOUTのレギュレーション電圧から1ダイオード電圧降下分の範囲内に低下し、同期整流式コントローラが引き継ぐまで、出力理想ダイオードのNチャネルMOSFETのボディ・ダイオードに負荷電流が流れます。この期間中に、出力理想ダイオードMOSFETの電力損失が大幅に増加します。ダイオードの導通時間は、バックアップ時間全体と比較して短いですが、非常に大きいスーパーキャパシタ（>600F）を放電するときに、影響が大きくなる可能性があります。MOSFETを適切に放熱して温度の上昇を抑えるように注意してください。

PCBレイアウトに関する検討事項プリント回路基板をレイアウトするときは、以下のガイドラインを使用して、このデバイスが正しく動作するようにします。レイアウトでは、以下の項目をチェックしてください。

1. MN1、MN2、D1、D2、およびCOUTを互いに近づけます。高周波ノイズおよび誘導性リンギングからの電圧ストレスを最小限に抑えるために、MOSFET、ショットキ・ダイオード、およびVOUTの容量で形成される高di/dtループ（図9

を参照）では、短く広いトレースを使用する必要があります。部品のリードによる寄生インダクタンスを低減するため、表面実装の部品が好まれます。上側MOSFETのドレインと上側ダイオードの陰極を、COUTの正端子に直接接続します。下側MOSFETのソースと下側ダイオードの陽極を、COUTの負端子に直接接続します。このコンデンサはMOSFETにAC電流を供給します。

図9．高速スイッチング・パス

+

+

+

+

HIGHFREQUENCY

CIRCULATINGPATH

MN2

MN1VOUT

D2

D1

CCAP

3350 F09

COUT

RSNSC VCAPL1


LTC3350

313350fb


アプリケーション情報2. グランドは、降圧モードではVCAPのデカップリング・コンデンサの負端子を基準にし、昇圧モードではVOUTのデカップリング・コンデンサの負端子を基準にします。コンデンサは互いに隣接させ、また上記のスイッチング・ループからは離して配置し、COUTの負端子をCCAPの負端子にできるだけ近づけてください。結合されたデバイスのSGNDピン/PGNDパドルおよびCINTVCCとCDRVCCのグランド・リターンは、結合されたCOUTとCCAPの負端子に戻る必要があります。

3. 最適なDC/DCコンバータのレイアウトのためには、効果的な接地が極めて重要です。グランド・プレーン内のスイッチング電流経路がSGNDピンおよびLTC3350デバイスの裏面の露出パッドと交差しないように、電力部品を配置します。スイッチング・パス電流は、MOSFETスイッチ、ショットキ・ダイオード、インダクタ、およびVOUTとVCAPのデカップリング・コンデンサを互いに近づけて配置することによって制御できます。

4. VCAPとVOUTの抵抗分割器を、スイッチング部品から離してデバイスの近くに配置します。各抵抗分割器の上部をCCAPとCOUTの正端子にそれぞれケルビン接続します。抵抗分割器の下部をSGNDピンに戻します。帰還抵抗をCOUTコンデンサからの高電流経路に沿って配線しないでください。

5. ICAPとVCAPの検出ラインを一緒に配線し、配線長を短くします。VOUTSPとVOUTSNについても同様です。フィルタ部品を、検出抵抗から離してデバイスの近くに配置します。検出抵抗にはケルビン接続を使って高精度の電流検出を保証します。図10を参照してください。

6. 入力電流検出抵抗RSNSIの正端子からVOUTSPピンまでのトレースには、デバイスの静止電流とゲート駆動電流が流れます。入力電流の測定を高精度に維持するには、RSNSIをデバイスの近くに配置してトレースを短くし、その幅を広くします。

7. DRVCCとBSTのデカップリング・コンデンサを、デバイスのすぐ近くに配置します。これらのコンデンサには、MOSFETドライバの高ピーク電流が流れます。0.1μFセラミック・コンデンサを1個 DRVCCピンに隣接して追加すると、ノイズ性能を大幅に改善できます。

8. 小信号部品は、高周波数のスイッチング・ノード（BST、SW、TG、およびBG）から離して配置します。これらノードの信号は全て非常に大きく高速に変化するので、LTC3350の出力側に置きます。

9. 入力理想ダイオードは、VINとVOUTSPの間の電圧を検出します。VINは、入力理想ダイオードMOSFETのソースの近くで接続します。VOUTSPは、入力電流をケルビン検出するために使用されます。入力電流検出抵抗RSNSI

を、短い幅広のトレースを使用して入力理想ダイオードMOSFETの近くに配置し、理想ダイオードMOSFETのドレインとRSNSIの間の抵抗を最小限に抑えます。

10. 出力理想ダイオードは、VOUTSNとVCAPの間の電圧を検出します。VCAPは、充電電流をケルビン検出するために使用されます。出力理想ダイオードを、短い幅広のトレースを使用して充電電流検出抵抗RSNSCの近くに配置し、理想ダイオードMOSFETのソースとRSNSCの間の抵抗を最小限に抑えます。

11. 外付け理想ダイオード・コントローラのINFETピンとOUTFETピンは、ドライブ電流が非常に制限されています。隣接するPC基板のトレースへのリークを最小限に抑えるよう注意する必要があります。これらのピンから100nAがリークすると、理想ダイオードに約10mVのオフセットが追加されます。リークを最小限に抑えるには、PC

基板上のINFETのトレースを、VOUTに接続した金属で囲んで保護します。同様に、OUTFETのトレースを、VCAP

に接続した金属で囲んで保護します。

図10．ケルビン電流検出

3350 F10

DIRECTION OF SENSED CURRENT

RSNSCOR

RSNSI

TO VCAPOR

VOUTSN

TO ICAPOR

VOUTSP


LTC3350

323350fb


レジスタ・マップ

REGISTER SUB ADDR R/W BITS DESCRIPTION DEFAULT PAGE

clr_alarms 0x00 R/W 15:0 Clear alarms register 0x0000 33

msk_alarms 0x01 R/W 15:0 Enable/mask alarms register 0x0000 33

msk_mon_status 0x02 R/W 9:0 Enable/mask monitor status alerts 0x0000 34

cap_esr_per 0x04 R/W 15:0 Capacitance/ESR measurement period 0x0000 34

vcapfb_dac 0x05 R/W 3:0 VCAP voltage reference DAC setting 0xF 34

vshunt 0x06 R/W 15:0 Capacitor shunt voltage setting 0x3999 34

cap_uv_lvl 0x07 R/W 15:0 Capacitor undervoltage alarm level 0x0000 34

cap_ov_lvl 0x08 R/W 15:0 Capacitor overvoltage alarm level 0x0000 34

gpi_uv_lvl 0x09 R/W 15:0 GPI undervoltage alarm level 0x0000 34

gpi_ov_lvl 0x0A R/W 15:0 GPI overvoltage alarm level 0x0000 34

vin_uv_lvl 0x0B R/W 15:0 VIN undervoltage alarm level 0x0000 35

vin_ov_lvl 0x0C R/W 15:0 VIN overvoltage alarm level 0x0000 35

vcap_uv_lvl 0x0D R/W 15:0 VCAP undervoltage alarm level 0x0000 35

vcap_ov_lvl 0x0E R/W 15:0 VCAP overvoltage alarm level 0x0000 35

vout_uv_lvl 0x0F R/W 15:0 VOUT undervoltage alarm level 0x0000 35

vout_ov_lvl 0x10 R/W 15:0 VOUT overvoltage alarm level 0x0000 35

iin_oc_lvl 0x11 R/W 15:0 IIN overcurrent alarm level 0x0000 35

ichg_uc_lvl 0x12 R/W 15:0 ICHG undercurrent alarm level 0x0000 35

dtemp_cold_lvl 0x13 R/W 15:0 Die temperature cold alarm level 0x0000 35

dtemp_hot_lvl 0x14 R/W 15:0 Die temperature hot alarm level 0x0000 35

esr_hi_lvl 0x15 R/W 15:0 ESR high alarm level 0x0000 35

cap_lo_lvl 0x16 R/W 15:0 Capacitance low alarm level 0x0000 35

ctl_reg 0x17 R/W 3:0 Control register 0b0000 36

num_caps 0x1A R 1:0 Number of capacitors configured – 36

chrg_status 0x1B R 11:0 Charger status register – 36

mon_status 0x1C R 9:0 Monitor status register – 37

alarm_reg 0x1D R 15:0 Active alarms register 0x0000 37

meas_cap 0x1E R 15:0 Measured capacitance value – 38

meas_esr 0x1F R 15:0 Measured ESR value – 38

meas_vcap1 0x20 R 15:0 Measured capacitor one voltage – 38

meas_vcap2 0x21 R 15:0 Measured capacitor two voltage – 38

meas_vcap3 0x22 R 15:0 Measured capacitor three voltage – 38

meas_vcap4 0x23 R 15:0 Measured capacitor four voltage – 38

meas_gpi 0x24 R 15:0 Measured GPI pin voltage – 38

meas_vin 0x25 R 15:0 Measured VIN voltage – 38

meas_vcap 0x26 R 15:0 Measured VCAP voltage – 38

meas_vout 0x27 R 15:0 Measured VOUT voltage – 38

meas_iin 0x28 R 15:0 Measured IIN current – 38

meas_ichg 0x29 R 15:0 Measured ICHG current – 38

meas_dtemp 0x2A R 15:0 Measured die temperature – 38サブアドレスが0x03、0x18、0x19、0x2B～0xFFのレジスタは使用しません。


LTC3350

333350fb


レジスタの内容

clr_alarms（0x00）アラーム・クリア・レジスタ。このレジスタは、設定された制限を超えたことによって発生したアラームをクリアするために使用します。このレジスタの任意のビットに1を書き込むと、該当するアラームがクリアされます。このレジスタに書き込まれた1は、該当するアラームがクリアされると自動的にクリアされます。

BIT(S) BIT NAME DESCRIPTION

0 clr_cap_uv Clear capacitor undervoltage alarm

1 clr_cap_ov Clear capacitor overvoltage alarm

2 clr_gpi_uv Clear GPI undervoltage alarm

3 clr_gpi_ov Clear GPI overvoltage alarm

4 clr_vin_uv Clear VIN undervoltage alarm

5 clr_vin_ov Clear VIN overvoltage alarm

6 clr_vcap_uv Clear VCAP undervoltage alarm

7 clr_vcap_ov Clear VCAP overvoltage alarm

8 clr_vout_uv Clear VOUT undervoltage alarm

9 clr_vout_ov Clear VOUT overvoltage alarm

10 clr_iin_oc Clear input overcurrent alarm

11 clr_ichg_uc Clear charge undercurrent alarm

12 clr_dtemp_cold Clear die temperature cold alarm

13 clr_dtemp_hot Clear die temperature hot alarm

14 clr_esr_hi Clear ESR high alarm

15 clr_cap_lo Clear capacitance low alarm

msk_alarms（0x01）アラーム・マスク・レジスタ。アラーム・マスク・レジスタの任意のビットに1を書き込むと、該当するアラームがイネーブルされてSMBALERTをトリガします。


0 msk_cap_uv Enable capacitor undervoltage alarm

1 msk_cap_ov Enable capacitor overvoltage alarm

2 msk_gpi_uv Enable GPI undervoltage alarm

3 msk_gpi_ov Enable GPI overvoltage alarm

4 msk_vin_uv Enable VIN undervoltage alarm

5 msk_vin_ov Enable VIN overvoltage alarm

6 msk_vcap_uv Enable VCAP undervoltage alarm

7 msk_vcap_ov Enable VCAP overvoltage alarm

8 msk_vout_uv Enable VOUT undervoltage alarm

9 msk_vout_ov Enable VOUT overvoltage alarm

10 msk_iin_oc Enable input overcurrent alarm

11 msk_ichg_uc Enable charge undercurrent alarm

12 msk_dtemp_cold Enable die temperature cold alarm

13 msk_dtemp_hot Enable die temperature hot alarm

14 msk_esr_hi Enable ESR high alarm

15 msk_cap_lo Enable capacitance low alarm


LTC3350

343350fb



msk_mon_status（0x02）モニタ状態マスク・レジスタ。このレジスタの任意のビットに1を書き込むと、mon_statusレジスタ内の該当するビットの立ち上がりエッジがイネーブルされて、SMBALERTをトリガします。


0 msk_mon_capesr_active Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_capesr_active

1 msk_mon_capesr_scheduled Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_capesr_scheduled

2 msk_mon_capesr_pending Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_capesr_pending

3 msk_mon_cap_done Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_cap_done

4 msk_mon_esr_done Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_esr_done

5 msk_mon_cap_failed Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_cap_failed

6 msk_mon_esr_failed Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_esr_failed

7 – Reserved, write to 0

8 msk_mon_power_failed Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_power_failed

9 msk_mon_power_returned Set the SMBALERT when there is a rising edge on mon_power_returned

15:10 – Reserved, write to 0

cap_esr_per（0x04） LSBあたり10秒容量とESRの測定期間。このレジスタは繰り返される容量とESRの測定の期間を設定します。各LSBは10秒を表します。このレジスタがゼロである場合、容量とESRの測定は繰り返されません。

vcapfb_dac（0x05） CAPFBREF = 37.5mV • vcapfb_dac＋637.5mVVCAPレギュレーション・リファレンス。このレジスタは、コンデンサ電圧帰還ループのリファレンス電圧を設定するために使用します。ビット3:0のみがアクティブです。

vshunt（0x06） LSBあたり183.5μVシャント電圧レジスタ。このレジスタは、スタック内のコンデンサごとのシャント電圧を設定します。この電圧を超えないようにするために、チャージャが電流を制限し、アクティブなシャントによって電流がシャントされます。コンデンサの電圧がこのレベルに近づくと、充電電流が減少します。このレジスタは、目的の値にバランス調整された最終的な個々のコンデンサ電圧よりも高く設定する必要があります。このレジスタを0x0000に設定すると、シャントがディスエーブルされます。

cap_uv_lvl（0x07） LSBあたり183.5μVコンデンサの低電圧レベル。これは、スタック内の各コンデンサの電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、コンデンサの電圧がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

cap_ov_lvl（0x08） LSBあたり183.5μVコンデンサの過電圧レベル。これは、スタック内の各コンデンサのアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、コンデンサの電圧がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

gpi_uv_lvl（0x09） LSBあたり183.5μV汎用入力低電圧レベル。これは、GPIピンのアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

gpi_ov_lvl（0x0A） LSBあたり183.5μV汎用入力過電圧レベル。これは、GPIピンのアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。


LTC3350

353350fb



vin_uv_lvl（0x0B） LSBあたり2.21mVVINの低電圧レベル。これは、入力電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

vin_ov_lvl（0x0C） LSBあたり2.21mVVINの過電圧レベル。これは、入力電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

vcap_uv_lvl（0x0D） LSBあたり1.476mVVCAPの低電圧レベル。これは、コンデンサ・スタック電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

vcap_ov_lvl（0x0E） LSBあたり1.476mVVCAPの過電圧レベル。これは、コンデンサ・スタック電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

vout_uv_lvl（0x0F） LSBあたり2.21mVVOUTの低電圧レベル。これは、出力電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

vout_ov_lvl（0x10） LSBあたり2.21mVVOUTの過電圧レベル。これは、出力電圧のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電圧がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

iin_oc_lvl（0x11） LSBあたり1.983μV/RSNSI

入力過電流レベル。これは、入力電流のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電流がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

ichg_uc_lvl（0x12） LSBあたり1.983μV/RSNSC

充電低電流レベル。これは、充電電流のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、電流がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

dtemp_cold_lvl（0x13）温度 = LSBあたり0.028°C – 251.4°Cダイ温度低温レベル。これは、ダイ温度のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、ダイ温度がこのレベルを下回ると、アラームおよび SMBALERTがトリガされます。

dtemp_hot_lvl（0x14）温度 = LSBあたり0.028°C – 251.4°Cダイ温度高温レベル。これは、ダイ温度のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、ダイ温度がこのレベルを超えると、アラームおよび SMBALERTがトリガされます。

esr_hi_lvl（0x15） LSBあたりRSNSC/64ESRの最大レベル。これは、測定されるスタックのESRのアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、スタックのESRの測定値がこのレベルを超えると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。

cap_lo_lvl（0x16） LSBあたり336μF • RTST/RT

容量の最小レベル。これは、測定されるスタックの容量のアラームしきい値です。これをイネーブルした場合、測定されたスタックの容量がこのレベルを下回ると、アラームおよびSMBALERTがトリガされます。ctl_cap_scaleを1に設定した場合、定数は3.36 • RTST/RTになります。


LTC3350

363350fb



ctl_reg（0x17）制御レジスタ。このレジスタには、複数の制御機能がグループ化されています。


0 ctl_strt_capesr Begin a capacitance and ESR measurement when possible; this bit clears itself once a cycle begins.

1 ctl_gpi_buffer_en A one in this bit location enables the input buffer on the GPI pin. With a zero in this location the GPI pin is measured without the buffer.

2 ctl_stop_capesr Stops an active capacitance/ESR measurement.

3 ctl_cap_scale Increases capacitor measurement resolution by 100x, this is used when measuring smaller capacitors.

15:4 – Reserved

num_caps（0x1A）コンデンサの数。このレジスタは、CAP_SLCT1ピン、CAP_SLCT0ピンの状態を示します。このレジスタで読み出される値は、設定されたコンデンサの数から1を引いた値です。

VALUE CAPACITORS

0b00 1 Capacitor Selected

0b01 2 Capacitors Selected



chrg_status（0x1B）チャージャ状態レジスタ。このレジスタは、チャージャ・システムの状態に関するリアルタイムの状態情報を提供します。各ビットはアクティブ“H”です。


0 chrg_stepdown The synchronous controller is in step-down mode (charging)

1 chrg_stepup The synchronous controller is in step-up mode (backup)

2 chrg_cv The charger is in constant voltage mode

3 chrg_uvlo The charger is in undervoltage lockout

4 chrg_input_ilim The charger is in input current limit

5 chrg_cappg The capacitor voltage is above power good threshold

6 chrg_shnt The capacitor manager is shunting

7 chrg_bal The capacitor manager is balancing

8 chrg_dis The charger is temporarily disabled for capacitance measurement

9 chrg_ci The charger is in constant current mode

10 – Reserved

11 chrg_pfo Input voltage is below PFI threshold

15:12 – Reserved


LTC3350

373350fb



mon_status（0x1C）モニタ状態。このレジスタは、モニタリング・システムの状態に関するリアルタイムの状態情報を提供します。各ビットはアクティブ“H”です。


0 mon_capesr_active Capacitance/ESR measurement is in progress

1 mon_capesr_scheduled Waiting programmed time to begin a capacitance/ESR measurement

2 mon_capesr_pending Waiting for satisfactory conditions to begin a capacitance/ESR measurement

3 mon_cap_done Capacitance measurement has completed

4 mon_esr_done ESR Measurement has completed

5 mon_cap_failed The last attempted capacitance measurement was unable to complete

6 mon_esr_failed The last attempted ESR measurement was unable to complete

7 – Reserved

8 mon_power_failed This bit is set when VIN falls below the PFI threshold or the charger is unable to charge. It is cleared only when power returns and the charger is able to charge.

9 mon_power_returned This bit is set when the input is above the PFI threshold and the charger is able to charge. It is cleared only when mon_power_failed is set.

15:10 – Reserved

alarm_reg（0x1D）アラーム・レジスタ。このレジスタ内の任意のビットに格納された1は、該当するアラームがトリガされていることを示します。全てのビットはアクティブ“H”です。


0 alarm_cap_uv Capacitor undervoltage alarm

1 alarm_cap_ov Capacitor overvoltage alarm

2 alarm_gpi_uv GPI undervoltage alarm

3 alarm_gpi_ov GPI overvoltage alarm

4 alarm_vin_uv VIN undervoltage alarm

5 alarm_vin_ov VIN overvoltage alarm

6 alarm_vcap_uv VCAP undervoltage alarm

7 alarm_vcap_ov VCAP overvoltage alarm

8 alarm_vout_uv VOUT undervoltage alarm

9 alarm_vout_ov VOUT overvoltage alarm

10 alarm_iin_oc Input overcurrent alarm

11 alarm_ichg_uc Charge undercurrent alarm

12 alarm_dtemp_cold Die temperature cold alarm

13 alarm_dtemp_hot Die temperature hot alarm

14 alarm_esr_hi ESR high alarm

15 alarm_cap_lo Capacitance low alarm


LTC3350

383350fb



meas_cap(0x1E) LSBあたり336μF • RTST/RT

測定されたコンデンサ・スタックの容量値。ctl_cap_scaleを1に設定した場合、定数は3.36μF • RTST/RTになります。

meas_esr（0x1F） LSBあたりRSNSC/64測定されたコンデンサ・スタックの等価直列抵抗（ESR）値。

meas_vcap1（0x20） LSBあたり183.5μVCAP1ピンとCAPRTNピンの間で測定された電圧。

meas_vcap2（0x21） LSBあたり183.5μVCAP2ピンとCAP1ピンの間で測定された電圧。



meas_gpi（0x24） LSBあたり183.5μVGPIピンの電圧の測定値。

meas_vin（0x25） LSBあたり2.21mV測定された入力電圧。

meas_vcap（0x26） LSBあたり1.476mV測定されたコンデンサ・スタックの電圧。

meas_vout（0x27） LSBあたり2.21mV測定された出力電圧。

meas_iin（0x28） LSBあたり1.983μV/RSNSI

測定された入力電流。

meas_ichg（0x29） LSBあたり1.983μV/RSNSC

測定された充電電流。

meas_dtemp（0x2A）温度 = LSBあたり0.028°C – 251.4°C測定されたダイ温度。


LTC3350

393350fb


アプリケーション回路1。25V～35V、6.4Aスーパーキャパシタ・チャージャ（2Aの入力電流制限および28V、50Wのバックアップ・モード付き）

標準的応用例

VIN

VDDSi1555DL

VIN25V TO 35V

25V RISING THRESHOLD22V FALLING THRESHOLD

INFET

MN1SiS434DN

MN2SiS434DN

L16.8µH

RSNSC0.005Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAP3 2.7Ω

RCAP4 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3SiS434DN

RSNSI0.016Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350

VOUTSN OUTFET

OUTFB

PFI

C10.1µF

C21µF

RPF180.6k

DBB0540WSCB0.1µF

C34.7µF

C40.1µF

CCAP47µF

RFBC1866k

RFBC2118k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 5F

CAP1-4: NESSCAP ESHSR-0005C0-002R7L1: COILCRAFT XAL7070-682ME

CFBO1120pF

COUT210µF×2

COUT182µF

RFBO1665k

RFBO229.4k

RPF24.53k

RPF339.2k

R310k

R710k

R4100k

C51µF

R6121Ω

R5107k

CC1.2nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5

PFOCAPGDSMBALERTSCLSDA

PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA

VOUT28V50W IN BACKUP

TGATE

SW

ICAPVCAP

CAP_SLCT0CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA02

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

BGATE

+CAP2 5F

+CAP3 5F

+CAP4 5F

+

+

CAPRTNCAPFB


LTC3350

403350fb


アプリケーション回路2。11V～20V、16Aスーパーキャパシタ・チャージャ（6.4Aの入力電流制限および10V、60Wのバックアップ・モード付き）

標準的応用例

アプリケーション回路3。11V～20V、5.3A LiFePO4バッテリ・チャージャ（4.6Aの入力電流制限および12V、48Wのバックアップ・モード付き）

VINVDD

VIN11V TO 20V

INFET

MN1SiR422DP

MN2BSC026N02KS

L12.2µH

RSNSC0.002Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAP3 2.7Ω

RCAP4 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3BSC046N02KS ×2

RSNSI0.005Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350

VOUTSN OUTFETOUTFBPFI

C10.1µF

C21µF

RPF1806k

DBB0540WSCB0.47µF

C34.7µF

C40.1µF

CCAP47µF

RFBC1845k

RFBC2150k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 360F

CAP1-4: NESSCAP ESHSR-0360CO-002R7L1: VISHAY IHLP5050FDER2R2MO1

CFBO1120pF

COUT222µF×4

COUT182µF×4

RFBO1619k

RFBO289.5k

RPF2100k

R310k

R4100k

C51µF

R6121Ω

R5133k

CC10nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA


TGATE

SW

ICAPVCAP

CAP_SLCT0CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA03

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

BGATE

+CAP2 360F

+CAP3 360F

+CAP4 360F

+

+

CAPRTNCAPFB

VINVDD

VIN11V TO 20V

INFET

MN1SiS438DN

MN2BSZ060NE2LS

L13.3µH

RSNSC0.006Ω

RCAP1 3.6Ω

RCAP2 3.6Ω

RCAP3 3.6Ω

RCAPRTN 3.6Ω

VSHUNT = 3.6VL1: COILCRAFT XAL7070-332ME

MN3BSZ060NE2LS

RSNSI0.007Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF1806k

DBB0540WSCB0.1µF

C34.7µF

C40.1µF

CCAP22µF×4

RFBC1909k

RFBC2118k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CFBO1120pF

COUT22.2µF×2

COUT147µF×2

RFBO1649k

RFBO271.5k

RPF2100k

R310k

R4100k

C51µF

R610M

R571.5k

CC4.7nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA


TGATE

SW

ICAPVCAP

CAP_SLCT1CAP_SLCT0

VCAPP5

3350 TA04

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

BGATE

CAPRTNCAPFB

+

+

+


LTC3350

413350fb


標準的応用例アプリケーション回路4。11V～35V、4Aスーパーキャパシタ・チャージャ（2Aの入力電流制限および10V、1Aのバックアップ・モード付き）

アプリケーション回路5。11V～20V、4Aスーパーキャパシタ・チャージャ（2Aの入力電流制限および5V、2Aのバックアップ・モード付き）

VINVDD

VIN11V TO 35V

INFET

MN1SiR426DP

MN2SiR426DP

L14.7µH

RSNSC0.008Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAP3 2.7Ω

RCAP4 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3SiR426DP

RSNSI0.016Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF1806k

DB1N4448HWTCB0.1µF

C34.7µF

D1DFLS240

C40.1µF

CCAP47µF

RFBC1590k

RFBC2118k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 10F

CAP1-4: NESSCAP ESHSR-0010C0-002R7L1: VISHAY IHLP5050FDER47MO1

CFBO1100pF

COUT210µF×2

COUT182µF

RFBO1665k

RFBO290.9k

RPF2100k

R310k

R4100k

C51µF

R6121Ω

R5107k

CC10nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA


TGATE

SW

ICAP

VCAP

CAP_SLCT0

CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA05

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

C6220pF

BGATE

+CAP2 10F

+CAP3 10F

+CAP4 10F

+

+

CAPRTNCAPFB

D2DFLS240

VINVDD

VIN11V TO 20V

INFET

MN1SiR412DP

MN2SiR426DP

MN4SiR412DP

L14.7µH

RSNSC0.008Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAP3 2.7Ω

RCAP4 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3SiR426DP

RSNSI0.016Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF1806k

DB1N4448HWTCB0.1µF

C34.7µF

D1DFLS240

C40.1µF

CCAP47µF

RFBC1590k

RFBC2118k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 10F

CAP1-4: NESSCAP ESHSR-0010C0-002R7L1: VISHAY IHLP5050FDER47MO1

CFBO1100pF

COUT210µF×2

COUT182µF

RFBO1665k

RFBO2210k

RPF2100k

R310k

R4100k

C51µF

R6121Ω

R5107k

CC10nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA

VOUT5V10W IN BACKUP

TGATE

SW

ICAP

VCAP

CAP_SLCT0

CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA06

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

C6220pF

BGATE

+CAP2 10F

+CAP3 10F

+CAP4 10F

+

+

CAPRTNCAPFB

D2DFLS240


LTC3350

423350fb


標準的応用例アプリケーション回路6。11V～15V、2.3A Zeta-SEPIC高電圧コンデンサ・チャージャ（2Aの入力電流制限および10V、25Wのバックアップ・モード付き）

Zeta-SEPICアプリケーションでは、LTC3350の構成方法の違いによって、モニタリング機能にいくつかの違いがあります。コンデンサ電圧の測定が異なっており、meas_vcapレジスタではなくmeas_vcap1レジスタで測定されます。meas_vcap1のスケール係数は、CAP1ピンに接続される抵抗分割器に応じて調整する必要があります。また、この構成では、高精度電流負荷（ITST）を容量テストに使用できません。コンデンサの負荷は、外付け抵抗分割器のみです。容量の測定を実行することはできます。meas_cap_registerの結果には、次の値（ファラッド単位）のLSBが含まれます。

CLSB = –5.6 •10–7

In 1–0.2

VCAP

1+ RCAPTOPRCAPBOT

RTRL

ここで、RLはコンデンサと並列にグランドに接続される抵抗の合計値、RCAPTOPはコンデンサからCAP1に接続される上側分割器抵抗、RCAPBOTはCAP1からグランドに接続される下側分割器抵抗です。前述の式は、ctl_cap_scaleビットを1に設定した場合の式です。さらに大きいESRを持つ大きいコンデンサを使用してESRを測定することができます。ただし、このアプリケーションでのESRの測定精度は大きく低下します。meas_esrレジスタ内のESRの測定値は、抵抗分割器の比によって拡大する必要があります。CAP1ピンの電圧は、VSHUNTの設定よりも低く維持する必要があります。

VIN

VDD

VIN11V TO 15V

INFET

MN1FDMC7660S

L14.7µH

RSNSI0.016Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF1158k

CB0.1µF

CB24.7µF

C6470pF

10µF

10µF1ΩMP1

Si7415DN

MN2FDMC86520L

Q1Si1555DL

C34.7µF

C40.1µF

C710µF

RSNSC0.014Ω

CAP: NICHICON UHW1V222MHDL1, L2: COILCRAFT XAL4030-472MESET ctl_cap_scale TO 1

CAP2200µF35V×2

RCAPTOP255k

RCAPBOT20k

RFBC1787k

RFBC3604k

CFBC820pF

RFBC228k

COUT22µF×5

RFBO1768k

RFBO2100k

RPF220k

R310k

C51µF

R610M

R5107k

CC22nF

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA


TGATE

SW

ICAP

CAP_SLCT0CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA07

CFPCFN

CAP4CAP3CAP2CAP1

SGNDPGND

ITST

RT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

L24.7µH

BGATE

CAPRTNCAPFB

+

VCAP


LTC3350

433350fb


標準的応用例アプリケーション回路7。4.8V～12V、10Aスーパーキャパシタ・チャージャ（6.4Aの入力電流制限および5V、30Wのバックアップ・モード付き）

VINVDD

VIN4.8V TO 12V

50µs FALLINGEDGE FILTER

INFET

MN1SiS452DN

MN2SiS452DN

L11µH

RSNSC0.003Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3SiS452DN

RSNSI0.005Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF130.1k

DBB0540WSCB0.1µF

C310µF

C40.1µF

CCAP47µF

RFBC1732k

RFBC2274k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 50F


CFBO1100pF

COUT2100µF×6

COUT12.2µF×2

RFBO1665k

RFBO2210k

RPF210k

10pF

MN4Si1062X

1M

R31k

R4100k

RC2k

C51µF

R6121Ω

R588.7k

CC4.7nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA

VOUT5V30W IN BACKUP

TGATE

SW

ICAPVCAP

CAP_SLCT0CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA08

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

SGNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

BGATE

+CAP2 50F

+

CAPRTNCAPFB


LTC3350

443350fb


パッケージ最新のパッケージ図面については、http://www.linear-tech.co.jp/designtools/packaging/を参照してください。

5.00 ±0.10

PIN 1TOP MARK(SEE NOTE 6)

37

1

2

38

BOTTOM VIEW—EXPOSED PAD

5.50 REF5.15 ±0.10

7.00 ±0.10

0.75 ±0.05

R = 0.125TYP

R = 0.10TYP

0.25 ±0.05

(UH) QFN REF C 1107

0.50 BSC

0.200 REF

0.00 – 0.05

RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUTAPPLY SOLDER MASK TO AREAS THAT ARE NOT SOLDERED

3.00 REF

3.15 ±0.10

0.40 ±0.10

0.70 ±0.05

0.50 BSC5.5 REF

3.00 REF 3.15 ±0.05

4.10 ±0.05

5.50 ±0.05 5.15 ±0.05

6.10 ±0.05

7.50 ±0.05

0.25 ±0.05

PACKAGEOUTLINE

PIN 1 NOTCHR = 0.30 TYP OR0.35 × 45° CHAMFER

UHF Package38-Lead Plastic QFN (5mm × 7mm)

(Reference LTC DWG # 05-08-1701 Rev C)

注記：1. 図面は JEDECのパッケージ外形 MO-220のバリエーションWHKD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 0.20mmを超えないこと5. 露出パッドは半田メッキとする6. 灰色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


http://www.linear-tech.co.jp/designtools/packaging/

LTC3350

453350fb

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。

改訂履歴

REV 日付概要ページ番号A 09/14 「COUTとCCAPの容量」のセクションで IRMSの式を修正

「パワーMOSFETの選択」のセクションでバックアップ・モードの電圧を5Vから6Vに変更VCAP DACのリファレンス電圧の設定を変更応用例の回路を修正

27283242

B 01/15 電気的特性から、VCMI Common Mode Rangeを削除IPFO Falling、Risingの条件を削除

「アナログ /デジタル・コンバータ」セクションの変更「汎用入力」セクションの範囲を0V～5Vに変更図6のすぐ下の「MN1とMN2」を「MN1とMP1」に変更

「PCBレイアウトに関する検討事項」セクションの「M1、M2」を「MN1、MN2」に変更「レジスタ・マップ」のすべてのページ番号を1だけ繰り上げmeas_vcapの単位をµVからmVに変更アプリケーション回路6の名称を変更

45

18202330323842

LTC3350

463350fb

LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2014

LT 0115 REV B • 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8F TEL 03-5226-7291 FAX 03-5226-0268 www.linear-tech.co.jp/LTC3350

関連製品

標準的応用例12V PCleバックアップ・コントローラ

製品番号説明注釈パワーマネージメントLTC3128 入力電流制限精度の高い

3Aモノリシック昇降圧スーパーキャパシタ・チャージャ/バランサ

3Aまでプログラム可能な高精度（±2%）平均入力電流制限、アクティブな充電バランス調整、1個または2個のコンデンサを充電、VINの範囲：1.73V～5.5V、 VOUTの範囲：1.8V～5.5V、20ピン（4mm×5mm×0.75mm）QFNパッケージおよび24ピンTSSOPパッケージ

LTC3226 バックアップPowerPath コントローラ付き2セル・スーパーキャパシタ・チャージャ

1x/2xマルチモード・チャージポンプ・スーパーキャパシタ・チャージャ、自動セル・バランシング、PowerPath、2A LDOバックアップ電源、メイン/バックアップの自動切り替え、2.5V～5.5V、 16ピン3mm×3mm QFNパッケージ

LTC3355 SCAPチャージャとバックアップ・レギュレータを内蔵した 20V/1A降圧DC/DCシステム

VIN：3V～20V、 VOUT：2.7V～5V、1Aメイン降圧レギュレータ、 1個のスーパーキャパシタから給電される5A昇圧バックアップ・レギュレータ、過電圧保護、 20ピン4mm×4mm QFNパッケージ

LTC3625 自動セル･バランシング付き、 1A高効率2セル・スーパーキャパシタ・チャージャ

直列に接続された2個のスーパーキャパシタを高効率で昇圧 /降圧充電。自動セル・バランシング。プログラム可能な充電電流：最大500mA（1個のインダクタ）、 1A（2個のインダクタ）。12ピン3mm×4mm DFNパッケージ

LTC4110 バッテリ・バックアップ・システム・マネージャ

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。入力電源範囲： 4.5V～19V、プログラム可能な充電電流：最大3A、38ピン5mm×7mm QFNパッケージ

LTC4425 電流制限付き理想ダイオードと V/Iモニタを備えたリニア・スーパーキャパシタ・チャージャ

2セル直列スーパーキャパシタ・スタック用定電流 /定電圧リニア・チャージャ。 VIN：リチウムイオン/ポリマー･バッテリ、USBポート、または2.7V～5.5Vの電流制限電源。2A充電電流、自動セル・バランシング、2μA未満のシャットダウン電流。 12ピン3mm×3mm DFNパッケージまたは12ピンMSOPパッケージ

VINVDD

VIN11V TO 20V

INFET

MN1SiS438DN

MN2BSZ060NE2LS

MN4SiS438DN

L13.3µH

RSNSC0.006Ω

RCAP1 2.7Ω

RCAP2 2.7Ω

RCAP3 2.7Ω

RCAP4 2.7Ω

RCAPRTN 2.7Ω

MN3BSZ060NE2LS

RSNSI0.016Ω

VOUTM5VOUTSP

LTC3350


C10.1µF

C21µF

RPF1806k

DB1N4448HWT

CB0.1µF

C34.7µF

C40.1µF

CCAP22µF×4

RFBC1866k

RFBC2118k

CF0.1µF

CCP50.1µF

CAP1 10F

CFBO1120pF

COUT22.2µF×2

COUT147µF×2

RFBO1649k

RFBO2162k

RPF2100k

R310k

R4100k

C51µF

R6121Ω

R571.5k

CC10nF

RT1100k

R210k

R110k

VCC2P5


PFOCAPGD

SMBALERTSCLSDA

VOUT6V25W IN BACKUP

TGATE

SW

ICAPVCAP

CAP_SLCT0CAP_SLCT1

VCAPP5

3350 TA09

CFP

CAP4CAP3CAP2CAP1

CFN

GNDPGND

ITST

RTT

VC

GPI

DRVCCINTVCC

BST

BGATE

+CAP2 10F

+CAP3 10F

+CAP4 10F

+

CAPRTNCAPFB









Documents

大電流スーパーキャパシタ・ バックアップ・コント …...CAP1 CAPRTN CAPFB INFET VOUTSP VOUTSN ICHG (STEP-DOWN) IBACKUP VCAP < VOUT (STEP-UP) VCAP > VOUT

大電流スーパーキャパシタ・バックアップ・コント …...CAP1 CAPRTN CAPFB INFET VOUTSP VOUTSN ICHG (STEP-DOWN) IBACKUP VCAP < VOUT (STEP-UP) VCAP > VOUT