【技術記事】HL7139：デュアルフェースチャージポンプチャージャIC
2022-05-16
大容量リチウムイオン電池の急速充電に最適な電荷ポンプIC、HL7139を、アナログIC専門メーカーのHalo Microelectronics Group Co.,Ltd が開発しました。HL7139は最大7Aの充電電流に対応し、2個を並列接続することで最大14A（7A×2）の充電電流を実現、大容量リチウムイオン電池の高速かつ効率的な充電ニーズに応えます。
1. HL7139の概要
HL7139は、高出力単セル電池の急速充電用途に最適な双方向高効率スイッチングコンデンサコンバータICです。電荷ポンプ方式の急速充電と低電圧直流充電に対応しており、電荷ポンプ方式では入力電圧が出力電圧の2倍、入力電流が出力電流の半分になります。低電圧直流充電では、入力電圧と出力電圧、入力電流と出力電流の比は共に1:1です。双方向アーキテクチャにより、入力コンデンサ容量を削減し、リップル電圧と電流を低減します。電荷ポンプ方式の急速充電時、出力電圧4.5V、充電電流5A、動作周波数500kHzで、最大97.4%の充電効率を実現します。
(図1. HL7139の代表的なアプリケーション図)
2. HL7139の電荷ポンプ動作モード
電荷ポンプ方式の急速充電では、入力電圧が出力電圧の2倍、入力電流が出力電流の半分になるため、入力側の電力損失を半減し、充電効率の向上と入力ケーブルへの要求軽減を実現します。電荷ポンプ動作モードでは、IC内部のスイッチング素子は2段階で動作します。段階1では、QCH1(2)とQCL1(2)がオン、QDH1(2)とQDL1(2)がオフとなり、等価回路は下図左のようになります。段階2では、QCH1(2)とQCL1(2)がオフ、QDH1(2)とQDL1(2)がオンとなり、等価回路は下図右のようになります。各段階のオンオフ時間は、スイッチング周期の50%です。
(図2. HL7139の代表的なアプリケーション図)
3. HL7139と競合製品の性能比較と優位性
1. 高効率
| 図3 HL7139と競合ICの効率比較図 | 図4 HL7139は独自のエネルギー回収技術を採用し、最大動作周波数は1.6MHzに達します。そのため、CLFY=1*22uF/Phaseでも優れた変換効率を実現できます。 | |||
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| (図3. HL7139と競合ICの効率比較図) | (図4. HL7139で22uFのCFLYコンデンサを使用した効率曲線図) 線図) | |||
2. 低発熱
図5は、HL7139と競合ICが7A負荷時の発熱状況を示しています。図より、HL7139の表面温度上昇は約28.9℃（53.9℃-25℃、周囲温度約25℃）、競合ICは約33.8℃（58.8℃-25℃、周囲温度約25℃）です。HL7139の高効率は、発熱面でも大きな優位性を示しています。
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| (a)HL7139、VBAT=4.0V、IBAT=7A | (b)競合IC、VBAT=4.0V、IBAT=7A |
図5 HL7139と競合ICの発熱比較図
4. まとめ
HL7139は、Halo Microelectronics（Halo Microelectronics）が開発した高効率大電流電荷ポンプ充電ICで、電荷ポンプ方式の急速充電と低電圧直流充電に対応しています。電荷ポンプ方式の急速充電では最大7Aの充電電流に対応し、優れた効率と包括的な保護機能により、スマートフォンなどの高出力充電ソリューションに最適です。
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