96%以上の効率で2.5Aを出力するバッテリ充電器

要約

このデザインノートは、フィードバック経路を修正した回路によって、どのようにスイッチモード電源が高効率のバッテリ充電器に変更するのかについて説明します。バッテリ充電器は、ステップダウンコントローラのMAX797をベースにし、より高い出力電圧で最大6つのセルを96%以上の効率で充電します。

関連したアイデアが｢EDN｣の1995年10月12日号に掲載されました。

バッテリ充電器は普通、効率を考慮せずに設計されていますが、低効率の充電器の場合は熱を発生し、問題になる場合があります。そうしたアプリケーション向けに設計されたのが図1の充電器で、96%の高効率で2.5Aを出力します。この充電器は自動車のバッテリから電源を得て1～6セルのバッテリを充電することができます。

IC1は外部パワースイッチQ1と同期整流器Q2を制御するバックモードのスイッチングレギュレータです。これらのnチャネルMOSFETは、相当するpチャネルよりもオン抵抗が低く、同じ電流を通したときの電圧ドロップが小さいため、効率が高くなっています。IC1はQ1が必要とするプラスゲートドライブ電圧を生成するチャージポンプを内蔵しています。

バッテリ充電電流により、25mΩの抵抗R3の両端に電圧が発生し、オペアンプで増幅されてIC1への正電圧フィードバックになります。このフィードバックにより、チップは充電電流を2.5Aに維持します。この回路は充電中に別の負荷に電流を供給することもできます。供給できる電流の範囲は、電流検出トランスT1および検出抵抗R1によって設定されます。

T1はR1の電力消費を低減することで、効率が高まります。このトランスは巻数比が1:70のため、バッテリおよび負荷電流の全体の僅か1/70がR1を通ってフィードバック電圧を発生し、IC1が全電流を外付部品に適合したレベルに制限します。

効率は出力電圧が高い場合に96%を超えます(図2)。(低電圧では、総電力に占めるQ1、Q2およびIC1を駆動するために必要な固定電力の割合が大きくなるため、効率は出力電圧の低下とともに低下します)。この充電器はバックモードトポロジーで、最大出力電圧がV_INに制限されるため、間違って充電中にバッテリを外してもV_OUTが危険なレベルに達することはありません(ブーストモードトポロジーではその危険があります)。