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【Torex】LDOレギュレーターを使った小型リチウムイオン電池の充電方法（1/3）

著者:Torex
発行：:2021-01-12

LDO充電式小型リチウムイオンバッテリーソリューション

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バッテリーには多くの種類があり、通常は専用の充電ICと専用の保護装置が必要です。以下では、安価なリニアLDOレギュレーターを使用して簡単に充電できる新世代の充電式バッテリーについて説明します。メイントピックに移る前に、まずいくつかの異なるタイプのバッテリーを確認して比較しましょう。

以下の表（図1）に、市場で容易に入手できる広く使用されているバッテリーケミストリーのいくつかを示します。各バッテリーについて、その動作電圧を表示し、各バッテリータイプに関連する長所と短所の要約を提供します。この表は簡単な概要を示したものであり、他にも利用可能な化学物質があり、各バッテリーの仕様はメーカーごとに異なることを認識しています。

一次電池

バッテリー名	タイプ（正極）	Q	電圧範囲	特徴
リチウム電池	二酸化マンガン（Li-MnO2）	3.0V	1.8V〜3.2V	CRバッテリー。インピーダンスはLi-SOCl2よりも低くなっています。
リチウム電池	塩化チオニル（Li-SOCl2）	3.6V	2.4 V〜3.6 V	ERバッテリー。スマートメーター等に大容量を搭載高インピーダンスに注意してください。
アルカリ電池		1.5V	0.9 V〜1.6 V	大容量、大電流出力のドライバッテリー。
亜鉛カーボンバッテリー		1.5V	0.9 V〜1.6 V	ドライバッテリーは、低出力電流での長期使用に適しています

充電式バッテリー

バッテリー名	タイプ（正極）	Q	電圧範囲	特徴
リチウムイオン電池（リチウムポリマーを含む）	コバルト酸リチウム（LiCoO2）マンガン酸リチウム（LiMn2O4）	3.7V 3.8V	2.8 V〜4.2 V、 4.35 V、4.4 V	通常のリチウム充電式バッテリー。ソリッドタイプができました。大容量、低インピーダンス、さまざまなアプリケーションに適しています。安全のため、保護回路（PCM）が必要です。マンガンタイプは自動車に使用されています。
	リン酸鉄リチウム（LiFePO4）	3.2V	2.8V〜3.6V	容量は上記容量よりも低いですが、安全で長寿命です。
	【負極】チタン酸リチウム（Li4Ti5O12）	2.3ボルト	1.6V〜2.6V	LDO経由で充電できます。セミソリッドタイプができました。安全で長寿命、定電圧充電、高速充電に対応、IoTなどに適しています。
NiMHバッテリー	水酸化ニッケル（NiOOH）	1.2V	1.0 V〜1.3 V	ニッケルカドミウム電池と比較して、電流が大きく、容量が大きく、貯蔵効果が小さい
ニッケルカドミウム電池	水酸化ニッケル（NiOOH）	1.2V	1.0 V〜1.3 V	記憶効果に注意してください。

（（図1：代表的な一次電池と充電式電池）

一般に、従来のリチウムイオン電池の公称電圧は3.7Vであり、専用のCC / CV充電ICと専用の外部保護回路が必要です。通常、動作温度と充電温度の範囲が狭いため、特定の産業機器での使用が困難です。

新しい低電圧リチウムイオンバッテリー

公称電圧が2V〜3Vの新世代のリチウムイオン充電式バッテリーが登場しました。従来のリチウムイオン製品と比較して、多くの利点があります。これらの新しいバッテリーのいくつかは、2.5Vから3.0Vの定電圧で充電でき、以下に説明するように、これらは設計者に刺激的な機会を提供します。

利点は次のとおりです。

	準備ができましたLDO経由定圧充電する。専用の高価なCV / CC充電ICは必要ありません。
	過放電抵抗、簡単な低圧検出に使用できます
	バッテリーなのでできます2.2V〜2.3Vの定電圧を長時間維持してください。スーパーコンデンサー（電圧の線形減少）と比較して、エネルギーをより簡単かつ効率的に使用できます。
	できる製品がいくつかあります70°Cや105°Cなどの高温に耐えます。
	また提供しますリフロー/サーマルラミネーション互換製品。
	リフローはんだ付けをサポートセミソリッドバッテリータイプとボタンセル形状の種類入手は簡単です。

シンプルな充電ソリューション

以下の図2に、小型のLiバッテリーを充電するための一般的な回路を示し、さまざまな状態での操作手順を示します。

（（図2：充電式バッテリーの代表的な回路）

指示

バッテリーを充電するとき：

バッテリーは、XC6240 / 15LDOレギュレーターによって提供される定電圧によって充電されます。
充電開始後短時間で、バッテリー電圧はLDOレギュレーターの出力電圧まで上昇し、その後徐々に充電されます。
フル充電を検出する必要はなく、通常、フル充電後にレギュレーターをオフにする必要はありません。

バッテリーを使用する場合：

VINが遮断された後、XC6240 / 15のCEは「ロー」になり、LDOはオフになり、リチウム電池からLDOへの漏れ電流は0.24µAと非常に小さくなります。
SBDは、バッテリーからVINへの逆電流を防ぎます。

放電中のバッテリー電圧検出：

この種のバッテリーは通常、放電に耐性があり、過放電が繰り返されるアプリケーションでも、単純な放電検出によってバッテリーの動作を停止するだけで十分です。
この電圧はXC6140 / 36 RESET ICによって検出され、その静止電流は非常に低く、わずか110nAです。RESETB出力は次のレベルの回路を停止します。