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LTC4010
14010fb
標準的応用例
高効率、スタンドアロン ニッケル・バッテリ・チャージャ
2A NiMHバッテリ・チャージャ
1Cでの2A NiMHの充電サイクル
FAULTCHRGREADY
VCCTGATE
VCDIVVCELL
VTEMP
LTC4010
TIMER
INTVDD
GNDCHEM
SENSE
BAT
FROMADAPTER
9V
47µH
TOSYSTEMLOAD
0.05Ω
2-CELLNiMH PACKWITH 10k NTC
4010 TA01a
3k
49.9k
10k 10k
0.1µF 68nF
10µF
33nF
10µF
BGATE
PGND
TIME (MINUTES)0
1.25
SING
LE C
ELL
VOLT
AGE
(V)
BATTERY TEMPERATURE (°C)
1.30
1.40
1.45
1.50
1.60
4010 TA01b
1.35
1.55
28
30
34
36
38
42
32
40
40 10020 60 80
SINGLE CELLVOLTAGE
CHARGECURRRENT
BATTERYTEMPERATURE
2A
1ATOP OFF
特長 1～16セル用の完全なNiMH/NiCdチャージャマイクロコントローラやファームウェアが不要 550kHz PWM電流源コントローラ セラミック・コンデンサで可聴ノイズなし広い入力電圧範囲：5.5V～34V プログラム可能な充電電流：5%の精度 自動トリクル予備充電 −∆V高速充電終了 オプションの∆T/∆t高速充電終了 オプションの温度条件確認 自動NiMHトップオフ充電 プログラム可能なタイマ 自動再充電 複数の状態出力 マイクロパワー・シャットダウン 熱特性が改善された16ピンTSSOPパッケージ
アプリケーション 組込型またはスタンドアロンのバッテリ・チャージャ 携帯機器や民生機器 バッテリ駆動の診断装置や制御装置 バックアップ用バッテリ管理
概要LTC®4010は、完全な、費用効果の高い、ニッケル・バッテリの高速充電ソリューションを、外付け部品をほとんど使用せずに、小型パッケージで提供します。550kHzのPWM電流源コントローラと、充電の開始、モニタおよび終了に必要なすべての制御回路が備わっています。
このデバイスはDCアダプタの存在とバッテリの挿入/取り外しを自動的に検知します。外部DCソースが与えられていないと、LTC4010はシャットダウンし、装着されているバッテリから引き出される電源電流は最低レベルに下がります。深く放電したバッテリはトリクル電流を使って予備充電します。LTC4010は-∆Vと∆T/∆tの両方の高速充電終了方式を同時に使うことができ、バッテリの様々なフォールトを検出することができます。必要なら、高速充電が完了した後、NiMHバッテリには自動的にトップオフ充電をおこないます。また、充電サイクル完了後バッテリが自己放電すると、デバイスは充電を再度開始します。
LTC4010のすべての充電動作は、実際の充電時間と最大平均セル電圧によって条件確認されます。充電は温度の下限と上限によっても禁止することができます。NiMHまたはNiCdの高速充電終了パラメータはピンで選択可能です。
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。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。
LTC4010
24010fb
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
VCC SupplyVCC Input Voltage Range l 4.5 34 V
ISHDN Shutdown Quiescent Current (Note 8) VCC = BAT = 4.8V 5 10 µA
IQ Quiescent Current Waiting to Charge (Pause) l 3 5 mA
ICC Operating Current Fast Charge State, No Gate Load l 5 9 mA
VUVLO Undervoltage Threshold Voltage VCC Increasing l 3.85 4.2 4.45 V
VUV(HYST) Undervoltage Hysteresis Voltage 170 mV
VSHDNI Shutdown Threshold Voltage VCC – BAT, VCC Increasing l 45 65 90 mV
VSHDND Shutdown Threshold Voltage VCC – BAT, VCC Decreasing l 15 35 60 mV
VCE Charge Enable Threshold Voltage VCC – BAT, VCC Increasing l 400 510 600 mV
INTVDD Regulator
VDD Output Voltage No Load l 4.5 5 5.5 V
IDD Short-Circuit Current (Note 5) INTVDD = 0V l –100 –50 –10 mA
INTVDD(MIN) Output Voltage VCC = 4.5V, IDD = –10mA l 3.85 V
ピン配置
FE PACKAGE16-LEAD PLASTIC TSSOP
1
2
3
4
5
6
7
8
TOP VIEW
16
15
14
13
12
11
10
9
FAULT
CHRG
CHEM
GND
VTEMP
VCELL
VCDIV
TIMER
READY
VCC
TGATE
PGND
BGATE
INTVDD
BAT
SENSE
17
TJMAX = 125°C, θJA = 38°C/W
EXPOSED PAD (PIN 17) IS GND. MUST BE SOLDERED TO PCB TO OBTAIN SPECIFIED THERMAL RESISTANCE
発注情報
鉛フリー仕様 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LTC4010CFE#PBF LTC4010CFE#TRPBF 4010CFE 16-Lead Plastic TSSOP 0°C to 85°C
鉛ベース仕様 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LTC4010CFE LTC4010CFE#TR 4010CFE 16-Lead Plastic TSSOP 0°C to 85°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。鉛フリー仕様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。
絶対最大定格 （Note 1、2）VCC（入力電源）からGND .......................................−0.3V～36V FAULT、CHRG、VCELL、VCDIV、SENSE、 BATまたはREADYからGND .......................−0.3V～(VCC＋0.3V) SENSEからBAT .................................................................±0.3V CHEM、VTEMPまたはTIMERからGND .....................−0.3V～3.5V PGNDからGND .................................................................±0.3V 動作周囲温度範囲
（Note 2） ................................................................... 0～85動作接合部温度（Note 3） ............................................... 125 保存温度範囲................................................... −65～150 リード温度（半田付け、10秒） .......................................... 300
電気的特性 （Note 4） lは全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25での値。注記がない限り、VCC = 12V、BAT = 4.8V、GND = PGND = 0V。
LTC4010
34010fb
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
PWM Current Source
VFS BAT – SENSE Full-Scale Regulation Voltage (Fast Charge)
0.3V < BAT < VCC – 0.3V (Note 8) BAT = 4.8V
l
95 95
100 100
105 105
mV mV
VPC BAT – SENSE Precharge Regulation Voltage
0.3V < BAT < VCC – 0.3V (Note 8) BAT = 4.8V
l
16 16
20 20
24 24
mV mV
VTC BAT – SENSE Top-Off Charge Regulation Voltage
0.3V < BAT < VCC – 0.3V (Note 8) BAT = 4.8V
l
6.5 6.5
10 10
13.5 13.5
mV mV
∆VLI BAT – SENSE Line Regulation 5.5V < VCC < 25V, Fast Charge ±0.3 mV
IBAT BAT Input Bias Current 0.3V < BAT < VCC – 0.1V –2 2 mA
ISENSE SENSE Input Bias Current SENSE = BAT 50 150 µA
IOFF Input Bias Current, (VCELL = 0V) SENSE BAT
l
l
–1 0
0 2
1 6
µA µA
fTYP Typical Switching Frequency l 460 550 640 kHz
fMIN Minimum Switching Frequency l 20 30 kHz
DCMAX Maximum Duty Cycle 98 99 %
VOL(TG) TGATE Output Voltage Low (VCC – TGATE) (Note 6)
VCC > 9V, No Load VCC < 7V, No Load
l
l
5 VCC – 0.5
5.6 VCC
8.75 V V
VOH(TG) TGATE Output Voltage High VCC – TGATE, No Load l 0 50 mV
tR(TG) TGATE Rise Time CLOAD = 3nF, 10% to 90% 35 100 ns
tF(TG) TGATE Fall Time CLOAD = 3nF, 10% to 90% 45 100 ns
VOL(BG) BGATE Output Voltage Low No Load l 0 50 mV
VOH(BG) BGATE Output Voltage High No Load l INTVDD – 0.075
INTVDD V
tR(BG) BGATE Rise Time CLOAD = 1.6nF, 10% to 90% 30 80 ns
tF(BG) BGATE Fall Time CLOAD = 1.6nF, 10% to 90% 15 80 ns
ADC Inputs
ILEAK Analog Channel Leakage 0V < VCELL < 2V ±100 nA
Charger Thresholds
VBP Battery Present Threshold Voltage l 320 350 370 mV
VBOV Battery Overvoltage l 1.815 1.95 2.085 V
VMFC Minimum Fast Charge Voltage l 850 900 950 mV
VFCBF Fast Charge Battery Fault Voltage l 1.17 1.22 1.27 V
∆VTERM –∆V Termination CHEM OPEN (NiCd) CHEM = 0V (NiMH)
l
l
16 6
20 10
25 14
mV mV
VAR Automatic Recharge Voltage VCELL Decreasing l 1.260 1.325 1.390 V
∆TTERM ∆T Termination (Note 7) CHEM = 3.3V (NiCd) CHEM = 0V (NiMH)
l
l
1.3 0.5
2 1
2.7 1.5
°C/min °C/min
TMIN Minimum Charging Temperature (Note 7)
VTEMP Increasing l 0 5 9 °C
TMAXI Maximum Charge Initiation Temperature (Note 7)
VTEMP Decreasing, Not Charging l 41.5 45 47 °C
TMAXC Maximum Charging Temperature (Note 7)
VTEMP Decreasing, Charging l 57 60 63 °C
VTEMP(D) VTEMP Disable Threshold Voltage l 2.8 3.3 V
VTEMP(P) Pause Threshold Voltage l 130 280 mV
電気的特性 lは全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25での値。注記がない限り、VCC = 12V、BAT = 4.8V、GND = PGND = 0V。
LTC4010
44010fb
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永続的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可能性がある。
Note 2：LTC4010Eは0～70の温度範囲で性能仕様に適合することが保証されている。0～85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 3：動作接合部温度TJ（）は周囲温度TAおよびパッケージの全連続消費電力PD（ワット）から次式に従って計算される。
TJ = TA＋θJA • PD
詳細については「アプリケーション情報」のセクションを参照。このデバイスには短時間の過負荷状態のあいだ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。過熱保護機能がアクティブなとき接合部温度は125を超える。規定された最高動作接合部温度を超えた動作が継続するとデバイスの劣化または故障が生じるおそれがある。
SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS
Charger Timing
∆tTIMER Internal Time Base Error l –10 10 %
∆tMAX Programmable Timer Error RTIMER = 49.9k l –20 20 %
Status and Chemistry Select
VOL Output Voltage Low (ILOAD = 10mA) VCDIV All Other Status Outputs
l
l
435 300
700 600
mV mV
ILKG Output Leakage Current All Status Outputs Inactive, VOUT = VCC l –10 10 µA
IIH(VCDIV) Input Current High VCDIV = VBAT (Shutdown) l –1 1 µA
VIL Input Voltage Low CHEM (NiMH) l 900 mV
VIH Input Voltage High CHEM (NiCd) l 2.85 V
IIL Input Current Low CHEM = GND l –20 –5 µA
IIH Input Current High CHEM = 3.3V l –20 20 µA
Note 4：デバイスのピンに流れ込む電流はすべて正。デバイスのピンから流れ出る電流はすべて負。注記のないかぎり、すべての電圧はGNDを基準にしている。
Note 5：出力電流は内部の電力消費により制限されることがある。詳細については「アプリケーション情報」のセクションを参照。
Note 6：7.5V < VCC < 9Vでは、どちらのTGATE VOHも適用可。
Note 7：これらのリミットは「アプリケーション情報」のセクションの図5に示されているβが3750のサーミスタ・ネットワークに特に適用され、テスト時のVTEMP電圧の特定の測定値によって保証される。
Note 8：これらのリミットはウェハ・レベルの測定との相関よって保証されている。
TIME (MINUTES)0
SING
LE C
ELL
VOLT
AGE
(V)
BATTERY TEMPERATURE (°C)
1.50
1.55
1.60
60
4010 G01
1.45
1.40
20 40 80
1.35
1.30
1.65
30
32
34
28
26
24
22
36
CHARGE CURRENT
BATTERYTEMPERATURE
SINGLE CELLVOLTAGE
1A
TIME (MINUTES)0
SIN
GLE
CELL
VOL
TAGE
(V)
BATTERY TEMPERATURE (°C)
1.60
1.65
1.70
30
4010 G02
1.55
1.50
10 20 40
1.45
1.35
1.40
1.75
40
45
50
35
30
25
15
20
55
CHARGE CURRENT
BATTERYTEMPERATURE
SINGLE CELLVOLTAGE
1A
2A
3A
4 SERIES NiCd 1300mAhrSC CELLS CHARGED AT 2C
1CでのNiCdの充電サイクル 2CでのNiCdの充電サイクル
標準的性能特性
電気的特性 lは全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA = 25での値。注記がない限り、VCC = 12V、BAT = 4.8V、GND = PGND = 0V。
LTC4010
54010fb
標準的性能特性
TIME (MINUTES)
1.30
SING
LE C
ELL
VOLT
AGE
(V)
BATTERY TEMPEATURE (°C)
1.40
1.50
1.60
1.45
1.45
1.55
15
25
35
45
20
30
40
120
4010 G03
0 20 40 80 100 140 16060 180 200
CHARGE CURRENT
TOP OFF
BATTERYTEMPERATURE
SINGLE CELLVOLTAGE
1A
0.5A
4 SERIES NiMH 2100mAhrAA CELLS CHARGED AT 0.5C
TEMPERATURE (°C)–50 –30
320
VOLT
AGE
(mV)
340
370
–10 30 50
4010 G04
330
360
350
10 70 90TEMPERATURE (°C)
–50850
VOLT
AGE
(mV)
860
880
890
900
950
920
–10 30 50
4010 G05
870
930
940
910
–30 10 70 90
TEMPERATURE (°C)–50 –30
1.275
VOLT
AGE
(V)
1.315
1.375
–10 30 50
4010 G06
1.295
1.355
1.335
10 70 90TEMPERATURE (°C)
–501.85
VOLT
AGE
(V)
1.87
1.91
1.93
1.95
2.05
1.99
–10 30 50
4010 G07
1.89
2.01
2.03
1.97
–30 10 70 90TEMPERATURE (°C)
–50 –30–25
VOLT
AGE
(mV)
–15
0
–10 30 50
4010 G08
–20
–5
–10
10 70 90
NiMH
NiCd
TEMPERATURE (°C)–50
TIM
ING
ERRO
R (%
, ±30
s)
15
10
4010 G09
0
–10
–30 –10 30
–15
–20
20
10
5
–5
50 70 90
RTIMER = 49.9k
TEMPERATURE (°C)
–5
CURR
ENT
ERRO
R(%
)
–1
5
4010 G10
–3
3
1
TOP-OFF CHARGE
FAST CHARGE
PRECHARGE
–50 10–30 –10 30 50 70 90TEMPERATURE (°C)
–3010
100
1000
10
4010 G11
FREQ
UENC
Y (k
Hz)
–50 90–10 30 50 70
BAT = 4.8V
VCC = 12V
MINIMUM (LOW DROPOUT)
自動再充電スレッショルド電圧 （1セルあたり）
バッテリ過電圧スレッショルド電圧 （1セルあたり） -∆V終了電圧（1セルあたり）
プログラム可能なタイマの精度 充電電流の精度 PWMスイッチング周波数
0.5CでのNiMHの充電サイクルバッテリの存在検知スレッショルド 電圧（1セルあたり）
最小高速充電スレッショルド電圧 （1セルあたり）
LTC4010
64010fb
標準的性能特性
BATTERY VOLTAGE (V)1 1.5
65
EFFI
CIEN
CY (%
)
75
90
2 3 3.5
4010 G12
70
85
80
2.5 4 4.5
DCIN = 5.5VIOUT = 2A
BATTERY VOLTAGE (V)0
EFFI
CIEN
CY (%
)
100
90
80
70
6016
4010 G13
4 8 12 20142 6 10 18
DCIN = 20VIOUT = 2A
200µs/DIV
VOLT
AGE
(V)
AMPS (A)
10
5
5
0
2
1
0
4010 G14
TGATE
BGATE
FAST CHARGE CURRENT
PRECHARGECURRENT
SWITCHING
VCC (V)6
–3
CURR
ENT
ERRO
R (%
)
–2
–1
0
1
3
10 14 18 22
4010 G15
26 30
2
50°C
25°C
0°C
BAT = 4.8V
BATTERY VOLTAGE (V)0
–3
CURR
ENT
ERRO
R (%
)
–2
0
1
2
4 8
4010 G16
–1
12 16
3
50°C
25°C
0°C
VCC = 20V
TEMPERATURE (°C)–50 –30
0
CURR
ENT
(µA)
4
10
–10 30 50
4010 G17
2
8
6
10 70 90
TEMPERATURE (°C)–50
–1
CURR
ENT
(µA)
0
2
4
6
1
3
5
–30 –10 10 30
BAT
4010 G18
50 70 90
SENSE
TEMPERATURE (°C)–50 –30
3.95
VOLT
AGE
(V)
4.15
4.45
–10 30 50
4010 G19
4.05
4.35
4.25
10 70 90TEMPERATURE (°C)
–50 –300
VOLT
AGE
(mV)
40
100
–10 30 50
4010 G20
20
80
60
10 70 90
VCC INCREASING
VCC DECREASING
高速充電電流のライン・ レギュレーション
高速充電電流の出力・ レギュレーション シャットダウン時の消費電流
PWM入力バイアス電流（OFF）低電圧ロックアウト・ スレッショルド電圧
シャットダウン・スレッショルド 電圧（VCC - BAT）
チャージャの効率 チャージャの効率 チャージャのソフトスタート
LTC4010
74010fb
標準的性能特性
TEMPERATURE (°C)–50
400
VOLT
AGE
(mV)
450
500
550
600
–30 –10 10 30
4010 G21
50 70 90TEMPERATURE (°C)
–50 –302.8
VOLT
AGE
(V)
3.0
3.3
–10 30 50
4010 G22
2.9
3.2
3.1
10 70 90
TEMPERATURE (°C)–50
210
230
270
10 50
4010 G23
190
170
–30 –10 30 70 90
150
130
250
VOLT
AGE
(mV)
TEMPERATURE (°C)–50 –30
4.5
VOLT
AGE
(V)
4.9
5.5
–10 30 50
4010 G24
4.7
5.3
5.1
10 70 90
NO LOAD
TEMPERATURE (°C)–50
CURR
ENT
(mA) –40
–35
–30
10 50
4010 G25
–45
–50
–30 –10 30 70 90
–55
–60
INTVDD電圧 INTVDD短絡電流
充電イネーブル・スレッショルド 電圧（VCC - BAT）
サーミスタ・ディスエーブル・ スレッショルド電圧 休止スレッショルド電圧
ピン機能FAULT（ピン1）：アクティブ“L”のフォールト・インジケータ出力。LTC4010は、このピンをGNDに接続することにより、多様なバッテリと内部のフォールト状態を表示します。詳細については「動作」と「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。この出力はLEDをドライブする能力があり、使用しない場合はフロートさせたままにします。FAULTはGNDへのオープン・ドレイン出力で、動作電圧範囲はGND～VCCです。
CHRG（ピン2）：アクティブ“L”の充電インジケータ出力。LTC4010はこのピンをGNDに接続して、バッテリを充電中であることを示します。詳細については「動作」と「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。この出力はLEDをドライブする能力があり、使用しない場合はフロートさせたままにします。CHRGはGNDへのオープン・ドレイン出力で、動作電圧範囲はGND～VCCです。
CHEM（ピン3）：バッテリの種類の選択入力。NiMHの高速充電終了パラメータを選択するには、このピンをGNDに配線します。2.85Vより大きな電圧をこのピンに与えると、またはフロートさせたままにすると、NiCdのパラメータが使われます。詳細については「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。動作電圧範囲はGND～3.3Vです。
LTC4010
84010fb
ピン機能GND（ピン4）：グランド。このピンは内部リファレンスと他の重要なアナログ回路の一点グランドを与えます。
VTEMP（ピン5）：バッテリ温度入力。外付け10k NTCサーミスタをVTEMPとGNDのあいだに接続して、温度に基づく充電条件確認と追加の高速充電終了制御をすることができます。VTEMPピンをGNDに接続することにより、充電を休止することもできます。外部サーミスタ・ネットワークと充電制御の詳細については「動作」と「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。このピンを使用しない場合、10kを介してGNDに配線します。動作電圧範囲はGND～3.3Vです。
VCELL（ピン6）：平均1セル電圧入力。BATとVCDIVのあいだの外部分圧器をこのピンに接続して、バッテリ・パックの平均1セル電圧をモニタします。LTC4010はこの情報を使って、致命的なバッテリ過電圧に対して保護し、充電状態を制御します。外部分割器ネットワークの詳細については「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。動作電圧範囲はGND～BATです。
VCDIV（ピン7）：平均セル電圧抵抗分割器の終端。LTC4010は、チャージャがシャットダウン状態でなければ、このピンをGNDに接続します。VCDIVはGNDへのオープン・ドレイン出力で、動作電圧範囲はGND～BATです。
TIMER（ピン8）：充電タイマ入力。TIMERとGNDのあいだに接続した抵抗により充電サイクルの時間制限がプログラムされます。詳細については「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。動作電圧範囲はGND～1Vです。
SENSE（ピン9）：充電電流検出入力。この入力とBATのあいだの外付け抵抗を使って、充電電流をプログラムします。充電電流のプログラミングの詳細については「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。動作電圧範囲は(BAT-50mV)～(BAT＋200mV)です。
BAT（ピン10）：バッテリ・パックの接続。LTC4010はこのピンの電圧を使って、充電時にVCCからバッテリにソースされる電流を制御します。許容動作電圧範囲はGND～VCCです。
INTVDD（ピン11）：内部5Vレギュレータの出力。このピンを使って、BGATE出力ドライバに電力を供給するのに使われる内部5Vレギュレータをバイパスすることができます。一般に、アプリケーション回路がこのピンから電力を引き出さないようにします。詳細については「アプリケーション情報」のセクションを参照。
BGATE（ピン12）：外部の同期NチャネルMOSFETのゲート制御出力。この出力は、降圧DC/DCコンバータの効率を上げるための同期整流に使われる、オプションの外部NMOSパワー・トランジスタ・スイッチのゲートをドライブします。動作電圧はGND～INTVDDです。BGATEを使用しない場合、フロートさせたままにします。
PGND（ピン13）：パワー・グランド。このピンはLTC4010の内部回路によって生じるスイッチング電流のリターンを与えます。外部では、PGNDとGNDを、インピーダンスが非常に低い接続を使って一緒に結線します。接地の詳細については、「アプリケーション情報」のセクションの「PCBレイアウトの検討事項」を参照してください。
TGATE（ピン14）：外部PチャネルMOSFETのゲート制御出力。この出力は、DC/DCコンバータに使われる、外部PMOSパワー・トランジスタ・スイッチのゲートをドライブします。動作電圧範囲はVCCの関数として変化します。具体的電圧については、「電気的特性」の表を参照してください。
VCC（ピン15）：電源入力。一般に外付けダイオードがDC入力電源またはバッテリのどちらかをこのピンに接続します。詳細については「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。推奨電圧範囲はGND～34Vです。
READY（ピン16）：アクティブ“L”の充電可出力。LTC4010は、充電に適切な動作電圧が与えられていれば、このピンをGNDに接続します。充電条件確認の詳細については「動作」のセクションを参照してください。この出力はLEDをドライブする能力があり、使用しない場合はフロートさせたままにします。READYはGNDへのオープン・ドレイン出力で、動作電圧範囲はGND～VCCです。
露出パッド（ピン17）：このピンはTSSOPパッケージの熱特性を改善します。最適熱性能を得るため、PCBの銅グランドに半田付けする必要があります。
LTC4010
94010fb
ブロック図
5
6
11
CHARGERSTATE
CONTROLLOGIC
THERMISTORINTERFACE
A/DCONVERTER
BATTERYDETECTOR
VOLTAGEREGULATOR
UVLO ANDSHUTDOWN
PWM
CHARGETIMER
VOLTAGEREFERENCE
INTERNALVOLTAGE
REGULATOR
VTEMP
4
CHEM
2CHRG
1FAULT
9
10
13
12
14
3
GND
VCELL
8TIMER
7VCDIV
INTVDD
4010 BD
BAT
SENSE
BGATE
16READY
VCC
PGND
TGATE
15
動作 （図1を参照。）
NiCd ORNiMH – ∆V
VCELL < 1.325V
4010 F01
VCELL < 900mV
VCELL > 900mV VCELL > 900mV
VCELL < 900mV
VCELL < 1.22V AT tMAX*/12OR TIME = tMAX
VCELL > 1.95VOR PWM FAULTS
NiMH∆T/∆t
tMAX/3
充電条件の確認
シャットダウン
DCアダプタあり
* tMAXはプログラムされた最大高速充電時間 ** オプションの温度制限を適用
VCELL > 350mV、適切なVCC、チャージャがイネーブルされており、温度がOK（オプション）
バッテリをチェック
予備充電** (tMAX/12のあいだC/5)
高速充電** (1C) フォールト
トップオフ充電** (C/10)
DCアダプタなし
バッテリなし、または
VCC < 4.25V
自動再充電
図1．LTC4010の状態図
LTC4010
104010fb
シャットダウン状態LTC4010はVCC（ピン15）がBAT（ピン10）より上にドライブされるまではマイクロパワーのシャットダウン状態に留まります。シャットダウン状態では、すべての状態出力とPWM出力および内部で発生する電源電圧は非アクティブになります。VCCとBATからの電流消費は非常に低いレベルに減少します。
充電条件確認状態VCCがBATより大きくなると、LTC4010はマイクロパワー・シャットダウンから出て、自己の内部電源をイネーブルし、VCDIVをGNDに切り替えて平均1セル電圧の測定ができるようにします。また、デバイスはVCCが4.2V以上あり、VCCがBATより510mV高く、VCELLが350mV～1.95Vであることを検証します。VCELLが350mVより低いと充電は行われません。そしてVCELLが1.95Vを超えているとフォールト状態に入ります。この状態については以下で詳しく述べます。充電に適した電圧条件が揃えば、READYが有効になります。
VTEMPとGNDのあいだの電圧が200mVより低いと、LTC4010は休止します。VTEMPが200mV～2.85Vだと、LTC4010は検出された温度が5～45であることを検証します。これらの温度リミットが満たされないか、または自己のダイ温度が高過ぎると、LTC4010はフォールトを表示し、充電の開始を許可しません。VTEMPが2.85Vより大きいと、バッテリ温度に関係した充電条件確認、モニタ、および終了がディスエーブルされます。
充電条件が十分確認されたら、（LTC4010が休止しない限り）予備充電が開始されます。その場合、引き続き制御するため、VTEMPピンがモニタされます。充電状態インジケータとPWM出力は、充電が開始されるまで非アクティブ状態に留まります。
充電モニタLTC4010はすべての充電状態を通して重要な電圧と温度のパラメータのモニタを続けます。VCCがBAT電圧以下に下がると、充電が停止し、シャットダウン状態に入ります。VCCが4.25Vより下に下がるか、またはVCELLが350mVより下に下
がると、充電が停止し、LTC4010は充電条件確認状態に戻ります。VCELLが1.95Vを超えると、充電が停止し、デバイスはフォールト状態に入ります。外付けのサーミスタが、検出温度が5～60の範囲を外れたか、または内部のダイ温度が妥当な値を超えたことを示すと、充電は中断し、充電タイマは休止し、LTC4010はフォールト状態を示します。検出温度が正常な範囲に戻ると、前の状態から通常の充電が再開されます。さらに、以下に説明するように、特定の充電状態のあいだ他のバッテリ・フォールトが検出されます。
予備充電状態VCELLの初期電圧が900mVより低いと、LTC4010は予備充電状態に入り、PWM電流源がプログラムされた充電電流の1/5でトリクル充電をおこなうようにPWM電流源をイネーブルします。CHRG状態出力は予備充電のあいだアクティブになります。予備充電状態の継続時間はtMAX/12（分）に制限されます。ここで、tMAXはTIMERピンを使ってプログラムされた最大高速充電時間です。この時間のあいだに十分なVCELL電圧に達することができないと、フォールト状態に入ります。そうでなければ、高速充電が開始されます。
高速充電状態平均1セル電圧が適切だと、LTC4010は高速充電状態に入り、SENSEピンとBATピンのあいだに接続された外付け電流センス抵抗によって設定された電流で充電が開始されます。CHRG状態出力は高速充電のあいだアクティブになります。VCELLが最初から1.325Vより高いと、電圧に基づく終了プロセスが直ちに始まります。そうでなければ、-∆Vによる終了機能はtMAX/12の安定化時間のあいだディスエーブルされます。その場合、tMAX/12の時点でもう一度フォールト・チェックがおこなわれますが、平均セル電圧が1.22Vを超えている必要があります。これにより、バッテリ・パックが高速充電を受け入れていることを確認します。VCELLがこの電圧スレッショルドを超えていないと、フォールト状態に入ります。高速充電状態の継続時間はtMAXに制限されており、このリミットを超すとフォールト状態に入ります。
動作 （図1を参照。）
LTC4010
114010fb
動作 （図1を参照）
充電終了高速充電終了のパラメータはCHEMピンで選択したバッテリの種類に依存します。電圧に基づく終了（-∆V）は、最初の電圧安定化時間が経過した後、常にアクティブです。外部サーミスタ・ネットワークが存在すると、種類に固有の∆T/∆t（温度上昇速度）のリミットも終了アルゴリズムに使われます。温度に基づく終了は（もしイネーブルされていると）高速充電状態に入ると直ちにアクティブになります。
充電終了の成功には、C/2と2Cの間の充電レートが必要です。充電レートが低い場合は、充電終了に必要な電源電圧と温度プロファイルが実現されない場合があります。
トップオフ充電状態 tMAX/12の初期時間が経過した後、∆T/∆tのリミットを超えたため、NiMHの高速充電が終了すると、LTC4010はトップオフ充電状態に入ります。トップオフ充電は、バッテリが100%充電されるように、プログラムされた充電電流の1/10をtMAX/3（分）のあいだソースすることにより実現されます。CHRG状態出力はトップオフ充電状態のあいだアクティブになります。CHEMピンによりNiCdセルが選択されていると、LTC4010はトップオフ状態に入りません。
自動再充電状態充電が完了すると自動再充電状態に入り、ニッケルを使ったセルの自己放電特性の問題を解決します。充電状態出力は自動再充電のあいだ非アクティブですが、VCDIVはGNDに切り替えられたままで、平均セル電圧をモニタします。VCELL電圧が（350mVより下に下がることなく）1.325Vより下に下がると、充電タイマがリセットし、新しい高速充電サイクルが開始されます。
高速充電サイクルが自動再充電から開始されるとき、バッテリは満充電に近いので、LTC4010の内部終了アルゴリズムが調節されます。電圧に基づく終了が直ちにイネーブルされ、NiMHの∆T/∆tのリミットは1/分のバッテリ温度上昇速度に固定されます。
フォールト状態前述のように、LTC4010は多様な充電フェーズで無効なバッテリ電圧を検出するとフォールト状態に入ります。デバイスはPWM制御ループの安定化もモニタし、これが許容リミット内にないとフォールト状態に入ります。フォールト状態になると、バッテリを取り外すか、または新たに充電を開始するためDC入力電源を入れなおす必要があります。フォールト状態では、FAULT出力がアクティブになり、READY出力が非アクティブになり、充電が停止し、充電インジケータ出力が非アクティブになります。VCDIV出力はGNDに接続されたままなので、バッテリの取り外しを検知することができます。
LTC4010は、無効バッテリまたは内部ダイ温度のために充電が中断していることを示すのにもFAULT出力を使うことに注意してください。ただし、デバイスはこれらの場合フォールト状態には入らず、すべての温度が許容レベルに戻ると通常動作を再開します。詳細については「状態出力」のセクションを参照してください。
バッテリの挿入と取り外しLTC4010はVCELLピンの電圧をモニタして、バッテリの挿入や取り外しを自動的に検知します。この電圧が350mVより下に下がると、デバイスはバッテリが存在しないと判断します。バッテリを取り外してから再度挿入すると、LTC4010は完全に新しい充電サイクルを（充電条件確認から）始めます。
外部休止制御充電が開始された後、VTEMPピンを使っていつでも動作を休止することができます。VTEMPとGNDのあいだの電圧が200mVより下に下がると、充電タイマが休止し、高速充電終了アルゴリズムが禁止され、PWM出力がディスエーブルされます。状態出力とVCDIV出力はすべてアクティブのままです。休止が終わると前の状態から通常機能が完全に回復します。
LTC4010
124010fb
図2．LTC4010のPWM制御ループ
10
–
+
CC
EAITH
IPROG
R3
QPWM CLOCKS
R
R4
R1
BAT
9SENSE
RSENSE
12BGATE
14TGATE
LTC4010VCC
R2
4010 F02
動作 （図1を参照）
状態出力LTC4010のオープン・ドレインの状態出力は、デバイスの動作状態に関する貴重な情報を与え、アプリケーションの様々な目的に利用することができます。LTC4010の動作の関数としての3つの状態とVCDIVピンの状態を表1にまとめてあります。状態出力は、DC入力に終端され、電流制限されたLEDを直接ドライブすることができます。表1のVCDIVの列は厳密に情報を与えるためのものです。VCDIVは、前に説明したとおり、VCELL
の抵抗分割器を終端するのにだけ使います。
表1．LTC4010の状態ピンREADY FAULT CHRG VCDIV チャージャの状態
Off Off Off Off オフOn Off Off On 充電可
（VTEMPは“L”に保たれている） または自動再充電
On Off On On 予備充電、高速または トップオフ充電（休止の可能性あり）
On On On or Off On 温度リミットを超えているOff On Off On フォールト状態（ラッチされる）
PWM電流源コントローラ LTC4010の不可分の一部をなすのは、PWM電流源コントローラです。チャージャは同期式降圧アーキテクチャを使って、高効率と制限された熱放散を実現します。公称動作周波数が550kHzなので、小型の外付けインダクタを使用することができます。TGATE出力とBGATE出力の電圧振幅は内部でクランプされています。これらは、3A以下の平均充電電流を供給するアプリケーションで使われる可能性の高い小型の表面実装パワーFETに合わせたピーク電流をソースします。様々な充電状態で、LTC4010はPWMコントローラを使って、SENSEとBATのあいだの10mV～100mVの範囲の平均電圧を安定化します。
LTC4010のPWM制御ループの概念図を図2に示します。
外付けの電流プログラミング抵抗RSENSE両端の電圧は、誤差アンプEAを積分して平均化されます。内部プログラミング電流は入力抵抗R1からも流れます。IPROG • R1の積によりRSENSE両端の望みの平均電圧降下が定まり、したがって、RSENSEを流れる平均電流が定まります。
LTC4010
134010fb
誤差アンプのITH出力は、PWMコンパレータCCの入力のためのスケーリングされた制御電流です。ITH • R3の積により、RSENSEを流れる望みの平均電流を維持するように、CCのピーク電流スレッショルドが設定されます。電流コンパレータの出力は適切な時間にSRラッチの状態を切り替えてこれをおこないます。
各発振器サイクルの開始点で、PWMクロックがSRラッチをセットし、外部PチャネルMOSFETがオンし（NチャネルMOSFETはオフし）、外部インダクタを流れる電流をリフレッシュします。インダクタ電流とRSENSE両端の電圧降下は直線的に増加し始めます。通常動作では、そのサイクルのあいだにRSENSE両端の電圧差がEAの出力によって設定されるピーク値に達すると、PFETはCCによってオフします（NFETはオンします）。すると、インダクタ電流はPWMクロックの次の立上りエッジまで直線的にランプダウンします。このようにしてループが閉じられ、外部インダクタを流れる望みの平均充電電流が維持されます。
低ドロップアウト充電充電開始後、低ドロップアウト充電が起きるかもしれない状況が存在するので、LTC4010はVCCがBATより少なくとも500mV上に留まることを必要とはしません。一例では、100%の充電に達すると、寄生直列抵抗がPWMの空き高（VCCとBATのあいだ）を制限する可能性があります。2番目の事例は、エンドユーザーが選択したDCアダプタがRSENSEによってプログラムされた電流を供給する能力を持たないため、アダプタの出力電圧が崩壊するとき生じる可能性があります。低ドロップアウトでは、LTC4010のPWMは100%に近いデューティ・サイクルで動作し、周波数は一定でなくなり、550kHzより下に下がるおそれがあります。充電電流は可聴ノイズの発生を避けるためプログラムされた値より下に下がりますので、バッテリに供給される実際の電荷はLTC4010の充電タイマに主に依存する可能性があります。
内部のダイ温度LTC4010は内部過熱検出機能を備えており、主にFETドライバの出力の電気的オーバーストレスに対して保護します。ダイ温度がこの熱リミットを超えて上昇すると、前述のとおり、LTC4010はスイッチングを停止してフォールトを示します。
動作 （図1を参照）
LTC4010
144010fb
外部DCソース外部DC電源を、入力整流器として機能するパワー・ダイオードを介して、充電システムとVCCピンに接続します。これにより、グランドへの入力の短絡や、DC入力の逆電圧が発生したとき、システムへの致命的な損傷が防がれます。この入力がVCC
ピンをBATより上にドライブすると、LTC4010は自動的に検出します。DCソースの開放回路電圧は、充電されるセルの個数に依存して、5.5V～34Vにします。低ドロップアウト動作を避け、充電終了時に100%の容量を保証し、バッテリの挿入、取り外し、過電圧を確実に検知するため、外部DC電源が接続されたときVCCに現れる最大負荷電圧の最小値を、次式を使って求めることができます。
VCC（MIN） = （n • 2V）＋0.3V
ここで、nはバッテリ・パック内の直列セルの個数です。
LTC4010はVCCとBATの電圧の広範囲な組合せで適切に充電をおこないます。LTC4010を低ドロップアウトで動作させると、またはVCCがBATよりはるかに高いと、PWMの周波数が550kHzよりずっと低くなります。VCCからBATへの大きな電圧差によって可聴ノイズが発生すると、LTC4010は充電をディスエーブルし、フォールトをセットします。
負荷制御負荷電流の適切な制御はニッケル・セルの高速充電では重要な検討事項です。この制御により、システムの負荷は常に電力供給を受けますが、通常のシステム動作と、それに関連した負荷トランジェントが充電終了に悪影響を与えないように保証されます。前のパラグラフで詳しく説明されている入力保護は、必要な負荷制御の不可分の一部です。
外部DCソースが存在しない場合だけバッテリをシステム電源に選択するスイッチを何らかの整流手段によって形成し、バッテリを本来のシステム電源にも接続します。
アプリケーション情報
バッテリの種類の選択望みのバッテリの種類はCHEMピンを適切な電圧にプログラムすることによって選択されます。GNDに配線すると、NiMHセルの充電に固有の一揃いのパラメータが選択されます。CHEMをフロートさせたままにすると、NiCdセル用に充電が最適化されます。多様な充電パラメータの詳細を表2に示します。
充電電流のプログラミング充電電流は次式を使ってプログラムします。
RmV
ISENSEPROG
=100
RSENSEはSENSEピンとBATピンのあいだに接続した抵抗です。自己発熱効果を防ぐため、温度係数が小さく、電力放散能力が十分な1%抵抗を推奨します。充電レートは、約C/2と2Cの間でなければなりません。
インダクタ値の選択PWMが充電電流を生成するのに使用するインダクタの最適値は、通常10µHです。15V以下の外部DC電源で動作するIPROGが1.5A以上のアプリケーションでは、しばしば5µH～7.5µHの値を選択できます。動作条件がこれより広い場合は、次式を基に最小インダクタ値を選択することができます。
L > 6.5 • 10−6 • VDCIN • RSENSE, L ≥ 4.7µH
実際に部品を選択する際は、この最小値を保証するために製造誤差と温度係数の両方を考慮する必要があります。算出した最小値に1.4を掛けて、最も近い標準インダクタンス値に丸めることにより、出発点として適当な値を選択することができます。
最終的には、ターゲット・アプリケーションにおける選択されたインダクタのベンチ評価に勝る方法はありません。このベンチ評価は、周囲動作温度などの環境要因にも影響されます。上記の式で推奨される値よりも小さいインダクタ値を使用すると、予備充電またはトップオフ充電の開始時にフォールト状態になる可能性があります。
LTC4010
154010fb
最大充電時間のプログラミングTIMERピンとGNDのあいだに適切な抵抗を接続して、様々な充電状態の最大継続時間をプログラムします。その値は、プログラムされた充電電流が目標のバッテリ・パックの1Cレートにどのくらい合致するかをある程度反映します。最大高速充電時間は次式で求まります。
Rt Hours
TIMERMAX= Ω( )( )
• –30 10 6
いくつかのタイミングの標準値の詳細を表3に示します。RTIMERは15kより小さくしないようにします。LTC4010で実際に使用されるタイムリミットの分解能は、「電気的特性」の表に与えられている許容誤差に加えて約±30秒です。-∆Vと∆T/∆tのいずれによっても有効に充電が終了せずにタイマが終了すると、チャージャはフォールト状態になります。最大時間は約4.3時間です。
アプリケーション情報
セル電圧ネットワークの設計外部抵抗ネットワークは平均1セル電圧をLTC4010のVCELL
ピンに与えるために必要です。複数セルのパックに適した回路を図3に示します。R2のR1に対する比は（n-1）の因数にします。ただし、nはバッテリ・パック内の直列セルの個数です。R1の値は1k～100kにします。この範囲ではVCELLのリーク電流に起因する検出誤差が制限され、VCDIVとGNDのあいだの内部NFETのオン抵抗がVCELL電圧に大きな誤差を生じるのを防ぎます。外部抵抗ネットワークはバッテリの挿入と取り外し
図3．複数セル用分圧器
10
7
BAT
LTC4010 R2+
FOR TWO ORMORE SERIES CELLS
R1 C1
R2 = R1(n – 1)
4010 F03
VCDIV
GND
6
4
VCELL
表2．LTC4010の充電パラメータ
STATECHEM PIN
BAT CHEMISTRY TIMER TMIN TMAX ICHRG 終了条件
PC Both tMAX/12 5°C 45°C IPROG/5 タイマの時間が経過FC Open NiCd tMAX 5°C 60°C IPROG 1セルあたり−20mVまたは2/分
GND NiMH tMAX 5°C 60°C IPROG 最初にVCELL<1.325Vならば、 最初のtMAX/12（分）のあいだ1.5/分tMAX/12（分）経過後、または最初にVCELL>1.325V ならば、1セルあたり−10mVまたは1/分
TOC GND NiMH tMAX/3 5°C 60°C IPROG/10 タイマの時間が経過AR Both 5°C 45°C 0 VCELL < 1.325V
PC： 予備充電FC： 高速充電（最初にtMAX/12（分）の−∆V終了のホールドオフが適用されることがある） TOC： トップオフ充電（最初tMAX/12が経過後のNiMHの∆T/∆t FC終了の場合のみ） AR： 自動再充電（温度リミットは状態終了にのみ適用される）
表3．LTC4010の時間制限プログラミングの例
RTIMER
TYPICAL FAST CHARGE RATE
PRECHARGE LIMIT (MINUTES)
FAST CHARGE VOLTAGE STABILIZATION
(MINUTES)FAST CHARGE LIMIT
(HOURS)
TOP-OFF CHARGE
(MINUTES)
24.9k 2C 3.8 3.8 0.75 15
33.2k 1.5C 5 5 1 20
49.9k 1C 7.5 7.5 1.5 30
66.5k 0.75C 10 10 2 40
100k C/2 15 15 3 60
LTC4010
164010fb
の検知にも使います。R1とR2の並列結合とC1で形成されるフィルタを、PWMスイッチング・ノイズの除去に推奨します。C1の値は1次ローパス周波数が500Hzより低くなるように選択します。1セルの場合、図4に示されている外部アプリケーション回路を、必要なノイズ除去とバッテリの有無の検知機能を与えるために推奨します。
外付けサーミスタ負温度係数（NTC）のサーミスタを使った適切な温度検出回路を図5に示します。LTC4010はβが3750の1% 10k NTCサーミスタで最適動作するように設計されています。ただし、LTC4010は、公称指数温度係数がわずかに異なる他の10k NTCサーミスタでも問題なく動作します。これらのサーミスタの場合、「電気的特性」の表に与えられている温度関連のリミット値は厳密には適用されないことがあります。図5のC1によって形成されるフィルタはオプションですが、PWMスイッチング・ノイズの除去に推奨します。
アプリケーション情報
INTVDDレギュレータの出力BGATEをオープンのままにしておく場合、LTC4010のINTVDD
を、READYがアクティブなときはいつでもホストシステムの追加の安定化電圧源として利用することができます。INTVDD
の負荷を切り替えると、高速充電のモニタと終了に使われる内部アナログ回路の精度が低下することがあります。さらに、INTVDDピンから引き出されるDC電流により、高いVCC電圧では内部電力消費が大きく増加することがあります。最小0.1μFのセラミック・バイパス・コンデンサを推奨します。
平均電力消費の計算ユーザーは、すべての動作条件でデバイスの最大定格接合部温度を超えないように保証する必要があります。LTC4010のパッケージの熱抵抗（θJA）は、露出メタルパッドが適切にPCBに半田付けされている場合38/Wです。アプリケーションの実際の熱抵抗は、パッケージが半田付けされるPCBの銅の量に依存します。内部銅層に接続されるパッケージ直下のフィードスルー・ビアは熱抵抗を下げるのに有効です。次式を使って、通常動作条件でのLTC4010の最大平均電力消費PD（ワット）を推算することができます。
P V mA I k Q Q
I
D CC DD TGATE BGATE
DD
= + + +( )9 615
3 85
( )
– . +++
⎛⎜⎝
⎞⎟⎠
6030
2
nV VRCC LED
LED
–
ここで
IDD = INTVDDの平均外部負荷電流（存在すれば）
QTGATE = クーロンで表した外部PチャネルMOSFETの ゲート電荷
QBGATE = クーロンで表した外部NチャネルMOSFETの ゲート電荷（もし使われていれば）
VLED = 外付けLEDの最大順方向電圧
RLED = アプリケーションで使われている外付けLEDの 電流制限抵抗
n = LTC4010によってドライブされるLEDの個数
図4．1セル用モニタ回路
10
7
BAT
10k 10k
33nF
1 CELL
4010 F04
VCDIV
6VCELL
図5．外部NTCサーミスタ・ネットワーク
5VTEMP
RT10k NTC
C168nF
4010 F05
サーミスタ機能を無効にするLTC4010のアプリケーションで温度検出はオプションです。温度検出を要しない低価格システムでは、VTEMPピンを単に10kを通してGNDに配線して、すべての充電動作で温度条件確認をディスエーブルすることができます。ただし、このやり方は、1Cレートより大きく上または下で充電されるNiMHセルには推奨しません。なぜなら、電圧の変化だけに基づく高速充電終了は、バッテリの過度の過充電を防ぐのに適切ではないからです。
LTC4010
174010fb
サンプル・アプリケーション複雑さの程度が様々な充電アプリケーションの例の詳細を図6～図8に示します。このデータシートの表紙の「標準的応用例」とともに、これらの図はLTC4010の適切な構成法のいくつかを例示しています。これらの図に示されているMOSFETボディ・ダイオードは、厳密に参考のためだけのものです。
図6は最小構成のアプリケーションを示しており、低価格のNiCd高速充電アプリケーションで見かけることがあります。LTC4010は、外部温度情報を利用できないので、-∆Vを使って高速充電状態を終了します。外付け部品のコストを下げるため、非同期PWMスイッチングが採用されています。1個のLEDが充電状態を表示します。
機能の完備した2AのLTC4010アプリケーションを図7に示します。VCELL、VCDIV、SENSEおよびBATの各ピンの本質的電圧定格により、このアプリケーションでは1個～16個の直列ニッケル・セルを充電することができ、前に述べたVCCの空き高のリミットによってだけ支配を受けます。アプリケーションには、LTC4010が充電条件確認、安全性モニタおよび高速充電終了の機能の全範囲を利用するのに必要な、平均セル電圧とバッテリ温度の検出回路がすべて含まれています。VTEMP
サーミスタ・ネットワークにより、LTC4010は適用される様々な充電レートのもとで高速充電を精確に終了することができま
アプリケーション情報す。同期PWMトポロジーの使用により、効率が改善され、過剰な発熱が抑えられます。LED D1が有効なDC入力電圧と装着されたバッテリを表示し、LED D2が充電を表示します。フォールト状態はLED D3によって表示されます。CHEMピンを接地すると、NiMHの一組の充電終了パラメータが選択されます。
PチャネルMOSFET（Q1）は、DC入力アダプタが取り去られたときバッテリをシステム負荷に接続するスイッチとして機能します。最大バッテリ電圧がQ1の最大定格VGSより小さいと、ダイオードD4と抵抗R1は不要です。それ以外は、ツェナー・ダイオードD4の電圧がQ1の最大定格VGSより小さくなるように選択します。R1は入力アダプタが取り去られたときのD4のバイアス電流（VBAT-VZENER）/（R1＋20k）を与えます。この（バッテリから引き出される）電流が、D4の両端に望みのVGSを生じさせるのにちょうど十分な大きさになるようにR1を選択します。
LTC4010は完全なスタンドアロン・ソリューションですが、ホストのマイクロプロセッサとインタフェースさせることもできることを図8は示しています。ホストのMCUはVTEMPピンに接続されたオープン・ドレインのI/Oポート接続を使って（もし、そのポートが低リークで、少なくとも2Vを許容できれば）直接チャージャを制御することができます。チャージャの状態はLTC4010の3つの状態出力によってモニタされます。この例では、NiMHバッテリの充電が選択されています。ただし、NiCdのパラメータも選択することができます。
図6．最小1アンペアのLTC4010のアプリケーション
FAULTCHRGREADY
VCCTGATE
VCDIVVCELLCHEMVTEMP
LTC4010
TIMER
INTVDD
GNDSENSE
BAT
FROMADAPTER
12V
10µH
TOSYSTEMLOAD
0.1Ω
NiCdPACK(1AHr)
4010 F06
3k
49.9k
10k
8.66k0.1µF
10µFR2
33nF
10µF
BGATE
PGND
LTC4010
184010fb
アプリケーション情報
図7．全機能付き2アンペアのLTC4010のアプリケーション
FAULTCHRGREADY
VCCTGATE
VCDIVVCELL
VTEMP
LTC4010
TIMER
INTVDD
GNDCHEM
SENSE
BAT
FROMADAPTER
12V
6.8µH
D46V
Q1
TOSYSTEMLOAD
0.05Ω
NiMH PACKWITH 10k NTC(2AHr)
4010 F07
D3
49.9k
D2D120k
10k
R1 10k
0.1µF 68nF
20µFR2
33nF
20µF
BGATE
PGND
図8．MCUインタフェース付きLTC4010
FAULTCHRGREADY
VCCTGATE
VCDIVVCELL
VTEMP
LTC4010
TIMER
INTVDD
GNDCHEM
SENSE
BAT
FROMADAPTER
28V
15µH
TOSYSTEMLOAD
0.1Ω
NiMH PACKWITH 10k NTC(2AHr)
4010 F08
49.9k
10k
0.1µF
PAUSEFROM MCU
68nF
10µFR2
33nF
10µFV+
BGATE
PGND
LTC4010
194010fb
これまで説明してきた他のすべてのアプリケーションとは異なり、バッテリは充電中も引き続きシステムに給電します。MCUは、バッテリから、またはバッテリで動作している任意のタイプのポスト・レギュレータから直接給電することができます。この構成法では、いつ負荷トランジェントが生じるかを知るホストMCUの能力に、LTC4010は明らかに依存しています。次に、時期尚早の高速充電の終了を避けるため、MCUはこれらのイベントのあいだ充電を休止（したがって-∆V処理）する必要があります。MPUが高い信頼性でこの機能を実行できない場合、充電中に整流器またはスイッチを使ってバッテリを負荷から切断します。ほとんどのアプリケーションでは、充電中にバッテリに外部負荷がかかるべきではありません。ポスト・レギュレーションPWMのように、バッテリの負荷電流が過度に変動すると、LTC4010による充電サイクルの時期尚早な終了や、高速充電の時期尚早な再開を引き起こすのに十分な電圧ノイズを生じるおそれがあります。この場合、充電完了後、再充電が必要であることを外部ガス・ゲージ回路が表示するまで、LTC4010の動作を禁止する必要があるかもしれません。このアプリケーションでは、シャットダウン電力はPチャネルMOSFETのボディ・ダイオードを通してLTC4010に与えられます。
アプリケーション情報
波形スタンドアロン・アプリケーションの標準的充電サイクルのサンプル波形を図9に示します。これらの波形は実際の比率ではなく、可能な動作の全範囲を表してはいないことに注意してください。この図は概念的理解を助け、標準的なサイクルでLTC4010が発生する特定の信号の相対的振る舞いを強調して示すことを単に意図しています。
最初、LTC4010はシステムが深く放電したバッテリから動作するとき低電力シャットダウン状態にいます。次に、DCアダプタが接続されたので、VCCが4.25Vより上で、なおかつBATより500mV上に上昇します。LTC4010が充電条件確認を完了するとREADY出力が有効になります。
LTC4010が充電を開始すべきだと判断したときVCELLが900mVより小さいので、予備充電サイクルが開始されます。温度が予め設定されたリミット内に留まる限り、LTC4010は充電をおこない（TGATEスイッチング）、平均セル電圧を900mVにするため、制限された電流をPWMによってバッテリに与えます。
図9．充電波形の例
SHDN
VCC ≥ BAT + 500mV VCC < BAT + 25mVVCC
READY
VCDIV
TGATE
VCELL
CHRG
VTEMP(PAUSE)
SHDNTOP-OFF AUTORECHARGE
FAST CHARGEPRECHARGE
0.9V
EXTERNALPAUSE
200mV
4010 F09
LTC4010
204010fb
予備充電状態タイマの時間が経過したときV C E L Lが900mVより大きいと、LTC4010は高速充電を開始します。休止が有効になると（VTEMP < 200mV）、PWM、充電タイマおよび内部終了制御が中断しますが、すべての状態出力は引き続き充電が進行中であることを表示します。選択された電圧または温度による終了基準が満たされるまで、高速充電状態が続きます。図9に示されているのは ∆T/∆tに基づく終了で、NiMHの場合は1分あたり1を超える上昇率です。
NiMH充電が∆T/∆ tによって終了し、高速充電サイクルがtMAX/12（分）以上継続したので、LTC4010はIPROG/10の電流でトップオフ充電を開始します。トップオフは内部でtMAX/3（分）に時間設定した充電で、CHRG出力は引き続き有効に保たれます。
最後に、LTC4010は自動再充電状態に入り、CHRG出力は無効になります。PWMはディスエーブルされますが、VCDIVは有効なまま保たれ、VCELLをモニタします。VCELLが1.325Vより下に下がると、充電タイマはリセットされ、高速充電が再度開始されます。DCアダプタが取り去られるとLTC4010はシャットダウン・モードに入り、入力電源が無いあいだバッテリからの電流の流出を最小限に抑えます。
図9のサンプル波形の一部ではありませんが、LTC4010によって外部サーミスタ・ネットワークが検知されると、充電プロセスの一部として温度条件確認が常時おこなわれます。特定の充電状態のどれであっても、予め設定された温度リミットを外れると、検出された温度が許容範囲に戻るまで充電は中断されます。
バッテリ制御の充電LTC4010のプログラミング機能により、バッテリ制御の充電用にLTC4010を構成できることがあります。この場合、LTC4010をベースにしたチャージャに固有の情報を与えるようにバッテリ・パックを設計し、単一の設計で広範囲のアプリケーションのバッテリに使えるようにします。800mAの最大充電電流を供給するようにチャージャが設計されていると仮定します（RSENSE = 125mΩ）。図10は4セルのNiCdバッテリ・パックを示しており、この場合800mAは0.75Cのレートを表します。このパックをチャージャに接続すると、バッテリ温度の情報を提供し、内部NiCdセルの高速充電終了パラメータと時間制限の両方を正しく設定します。
アプリケーション情報2番目の可能性は、セルの個数が可変のバッテリ・パックを受け入れるように、LTC4010をベースにしたチャージャを構成することです。図3に示されている平均セル電圧分割器ネットワークのR2を含めることにより、LTC4010によるバッテリの挿入や取り外しの検知機能を無効にすることなく、直列に積み重ねたセルの個数に応じたバッテリ・ベースのプログラミングを実現することができます。2セルのNiMHバッテリ・パックを図11に示します。これは、チャージャに接続されると、種類の表示および温度情報の提供とともに、直列セルの正しい個数をプログラムします。
これらのバッテリ・パックによるチャージャ制御のどの考え方も、カスタム・アプリケーションのニーズに役立たせるため、多様な仕方で組み合わせることができます。並列セルの充電は推奨されません。
PCBのレイアウトの検討事項電磁放射と高周波共振の問題を防ぐには、LTC4010に接続される部品の適切なレイアウトが不可欠です。図12を参照してください。効率を最大にするため、スイッチ・ノードの立上り時間と立下り時間を最小にします。以下のPCBデザインの優先順位リストは適切なトポロジーを保証するのに役立ちます。ここに示されている順序にしたがってPCBをレイアウトしてください。
図10．時間制限制御付きNiCdバッテリ・パック
5
1200mAhrNiCd CELLS
BATTERYPACK
VTEMP
3
CHEM
8
TIMER
NC66.5k
4010 F10
+
–
10kNTC
図11．セルの個数を知らせるNiMHバッテリ・パック
5
1500mAhrNiMH CELLS
BATTERYPACK
VTEMP
6
VCELL
R2
3
CHEM
4010 F11
+
–
10kNTC
LTC4010
214010fb
1. 入力コンデンサは、できるだけ短い銅トレースを使って、スイッチングFETの電源接続とグランド接続のできるだけ近くに配置します。スイッチングFETは入力コンデンサと同じ銅レイヤに配置する必要があります。これらの接続にビアは使いません。
2. LTC4010はスイッチングFETのゲート端子の近くに配置し、接続トレースを短くして、クリーンなドライブ信号を発生します。このルールは、スイッチングFETのソース・ピンに接続される、デバイスの電源ピンとグランドピンにも適用されます。デバイスは、スイッチングFETに対して、PCBの反対側に配置することができます。
3. インダクタ入力はスイッチングFETのドレインにできるだけ近づけて配置します。このスイッチ・ノードの表面積を最小にします。トレース幅はプログラムされた充電電流を支えるのに必要な最小幅にします。銅を敷き詰めないようにします。複数の銅レイヤに並列に接続するのは避けてください。スイッチ・ノードと他のトレースやプレーンとのあいだに生じる容量を最小にします。
4. 充電電流センス抵抗はインダクタ出力に隣接させて配置し、LTC4010への電流センスのトレースが長くならないような向きにします。これらのフィードバック・トレースは、配線されるどのレイヤ上でもまとめて一対にし、できるだけ小さな間隔で配線する必要があります。これらのトレース上のどのフィルタ部品も、センス抵抗のところではなく、LTC4010に隣接させて配置します。
5. 出力コンデンサはセンス抵抗の出力とグランドの隣に配置します。
アプリケーション情報6. 出力コンデンサのグランドは、システム・グランドに戻す前に、入力コンデンサのグランドが接続されているのと同じ銅に接続する必要があります。
7. システム・グランドまたはどの内部グランド・プレーンへのスイッチング・グランドの接続も一点接続にします。システムに内部システム・グランド・プレーンが備わっている場合、この一点接続を行う良い方法として、ビアを単一のスター・ポイントにまとめて接続します。
8. アナログ・グランドは、他のどのグランドに接続するよりも前に、LTC4010のGNDピンに戻すトレースとして配線します。システムのグランド・プレーンを使うことは避けてください。便利なCADの手法として、アナログ・グランドを別のグランド・ネットにし、0Ωの抵抗を使ってアナログ・グランドをシステム・グランドに接続します。
9. 与えられた高電流経路に必要なビアの概数は、ビア1個あたり0.5Aとして計算します。このルールは一貫して適用してください。
10.可能ならば、上記のすべての部品をPCBの同じレイヤに配置します。
11.上記のルール3以外は、すべての電力経路の接続箇所を銅で敷き詰めるのは良いことです。複数のレイヤの銅プレーンは並列に使うこともできます。これは熱管理に役立ち、トレースのインダクタンスを下げ、そのためEMI性能が改善されます。
12.電流のプログラミングに関して最高の精度を得るには、RSENSEからSENSEおよびBATへケルビン接続をおこないます。一例として図13を参照してください。
13. TIMERピン、SENSEピンおよびBATピンの寄生容量を最小に抑えることが重要です。これらのピンをそれぞれの抵抗に接続するトレースはできるだけ短くします。
図12．高速スイッチング経路
4010 F12
VBAT
L1
VIN BATCIN COUTD1高周波数の循環経路
スイッチ・ノード
スイッチング・グランド
図13．充電電流のケルビン検出
SENSE
4010 F13
RSENSE
BAT
充電電流の方向
LTC4010
224010fb
パッケージ
FE16 (BC) TSSOP 0204
0.09 – 0.20(.0035 – .0079)
0° – 8°
0.25REF
0.50 – 0.75(.020 – .030)
4.30 – 4.50*(.169 – .177)
1 3 4 5 6 7 8
10 9
4.90 – 5.10*(.193 – .201)
16 1514 13 12 11
1.10(.0433)
MAX
0.05 – 0.15(.002 – .006)
0.65(.0256)
BSC
2.94(.116)
0.195 – 0.30(.0077 – .0118)
TYP
2推奨半田パッド・レイアウト
0.45 ± 0.05
0.65 BSC
4.50 ± 0.10
6.60 ± 0.10
1.05 ± 0.10
2.94(.116)
3.58(.141)
3.58(.141)
ミリメートル（インチ） *寸法にはモールドのバリを含まない
モールドのバリは各サイドで0.150mm（0.006"）を超えないこと
NOTE：1. 標準寸法：ミリメートル
2. 寸法は
3. 図は実寸とは異なる
SEE NOTE 4
4. 露出パッド接着のための推奨最小PCBメタルサイズ
6.40(.252)BSC
FEパッケージ16ピン・プラスチックTSSOP（4.4mm）（Reference LTC DWG # 05-08-1663）露出パッドのバリエーションBC
LTC4010
234010fb
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改訂履歴 （Rev Aよりスタート）
REV 日付 概要 ページ番号B 01/10 「標準的応用例」を変更
「発注情報」を変更「電気的特性」を変更「ピン機能（VTEMP、ピン5）」を変更「動作」セクションの文章変更「アプリケーション情報」セクションの文章変更
図6，7，8を変更
12
2、38
10、1114、15、16、17、
19、2017、18
LTC4010
244010fb
LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2005
LT 0110 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8FTEL 03-5226-7291l FAX 03-5226-0268 l www.linear-tech.co.jp
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