増大する電力ニーズに対応する昇降圧バッテリ充電コントローラ

より強力なバッテリ駆動機器への依存が高まるにつれ、製品設計者は、希望するアプリケーションごとに異なるバッテリチャージャを作成せざるを得ない状況になっています。Texas Instruments（TI）は、広い電圧範囲で高電力密度のバッテリ充電を提供する昇降圧バッテリ充電コントローラで、より効率的な方法を提供します。この昇降圧バッテリ充電コントローラは、USB Power Delivery（USB PD）Extended Power Range（EPR）標準アプリケーションによる双方向充電用に構成することもできます。

設計者は、アプリケーションごとに個別のバッテリチャージャを開発する代わりに、広い電圧入力（V_IN）と電圧出力（V_OUT）を備えたTIのバッテリチャージャ集積回路（IC）BQ25756（図1）を利用することができます。これにより、さまざまな入力アダプタやバッテリ構成で使用できるユニバーサルチャージャソリューションを構築することが可能です。36Vの電動自転車用バッテリと48Vのバッテリ用にチャージャを1つずつ作成する代わりに、設計者は両方のモデルに共通のバッテリチャージャを開発することができます。これにより、設計の繰り返しとコストを削減できます。

図1：Texas Instruments BQ25756双方向昇降圧バッテリ充電コントローラ。（画像提供：Texas Instruments）

設計者は、セル数の多さ、動作電圧の高さ、複数のバッテリケミストリなど、各バッテリ固有のニーズに合わせてカスタマイズ可能なBQ25756オンボード充電プロファイルを活用できます。次世代の電動化製品の充電に簡単に移行でき、スマートフォン、電動ドリル、電動自転車、ポータブルチャージャ、ソーラーパネルなど多様なアプリケーションで最高の充電体験を提供できます。

スイッチモード昇降圧コントローラは、4.2V～70Vの入力電圧動作範囲を提供し、リチウムイオン、リチウムポリマー、またはLiFePO₄バッテリのマルチケミストリをサポートします。リチウムイオンおよびLiFePO₄ケミストリの場合、このデバイスはバッテリ電圧をチェックし、トリクル充電、事前充電、定電流（CC）充電、定電圧（CV）充電という異なるフェーズでバッテリを充電します。BQ25756は、1～14セルのリチウムイオン充電または1～16セルのLiFePO₄プロファイルをサポートします。

リバースモードでは、このデバイスはバッテリから電力を消費し、保護用の定電流ループを追加して入力端子電圧を調整し、USB-PD EPRパワープロファイルをサポートします。USB PD EPRは、可変充電プロファイルを使用して他のデバイス向けにバッテリパックをパワーバンクとして機能させるアプリケーションの開発を可能にします。これらのプロファイルには、電動芝刈り機や消費者向けコードレス掃除機用のバッテリ充電プロファイルが含まれます。

USB-C電源およびデータコネクタは、Appleが2023年にiPhone 15モデルに採用すると発表したことで、市場にかなり浸透しました。2024年末に欧州委員会が義務付ける、携帯電話やタブレット、さらにはキーボードやヘッドセットなどの新しいモバイル機器ではUSB-Cアダプタしか使用できないという指令に簡単に対応できるメーカーは限られています。

多くの機器や充電システムは、最大100Wの消費電力をサポートする以前のUSB PD仕様向けに設計されていました。これは現在、USBのStandard Power Range（SPR）と考えられており、EPRは240Wまでサポートしています。TI BQ25756はUSB-C PD以外のアプリケーションもサポートしていますが、この一般的になりつつある仕様の可能性について考えるのは興味深いです。

より普遍的なチャージャを構想している設計者は、異なるデバイスがセル数や電圧要件が大きく異なるバッテリに依存しているという現実に対処しなければなりません。そこで重要な役割を果たすのが、TIの昇降圧バッテリ充電コントローラです。

デバイスの充電中、昇降圧バッテリチャージャは、電源電圧がバッテリ電圧より高ければ降圧（ステップダウン）し、そうでなければ昇圧（ステップアップ）することができます。BQ25756は、±0.5%の充電電圧レギュレーション、±0.3%の充電電流レギュレーションという高精度で、広い電圧範囲にわたって高効率の充電を提供します。I²Cホスト制御充電モードで動作し、抵抗によりプログラム可能な制限を通じてスタンドアロン充電モードをサポートします。

TIコントローラはまた、ソーラー充電用の自動最大電力点追従（MPPT）機能を備えており、ソーラーパネルの最適な性能を保証します。MPPTアルゴリズムを搭載したバッテリチャージャは、さまざまな日照条件下でソーラーパネルの最大電力点（MPP）を自律的に見つけることができます。TIの昇降圧バッテリチャージャコントローラの広いV_INおよびV_OUT範囲は、ソーラーパネルの多様な出力電圧値をサポートすることができます。

まとめ

TIの双方向昇降圧バッテリ充電コントローラ「BQ25756」は、産業用アプリケーション向けの最高電力密度のユニバーサル充電ソリューションを実現する機会を提供します。業界初の昇降圧充電コントローラは、追加の補償機能が不要で、最大70Vの入力と最大14セルのバッテリ動作範囲を提供します。この昇降圧充電コントローラは、複数のアプリケーションやデバイスをサポートできる新世代のチャージャの開発に意欲的な製品設計者にとって、強力な新しい選択肢となります。