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リニアテクノロジー、バッテリ管理ICの@度を屬押低コストEVを`指す

今や、シリコン半導駘でまる定数まで狂わないように設する時代に入った。電気O動Z(EV)のバッテリマネジメントICの@度を極限まで{求し、R定電圧誤差±0.04%以内という次世代のバッテリマネジメントIC「LTC6804」をリニアテクノロジーが開発した。システムとv路、半導駘を理解していなければ設できない新である。

図1 LTC6804は充放電電圧を3倍の確度でR定 出Z:Linear Technology

図1 LTC6804は充放電電圧を3倍の確度でR定 出Z:Linear Technology


これまでリニアが開発した最初の6802、2世代の6803にく、3世代のバッテリマネジメントICは、R定電圧確度が極めて高いが、このことで、EVのコストを削できるのである。なぜか。リチウムイオン電池セルの放電性は図2のように、初期電圧が少し落ちた後、ほとんどフラットな性を保eし、期に電圧が]に落ちる、という曲線をeつ。このフラットな霾を確にR定することがMしいため、W定して電池セルを使える期間を、科なマージンをとって初期の20%時間と期にZい80%の時間の間と定めている。


図2 リチウムイオンセルの放電性 出Z:Linear Technology

図2 リチウムイオンセルの放電性 出Z:Linear Technology


ただし、20%時間と80%時間の検出誤差がjきければ、この誤差をガードバンドとしてさらに科広くとる要が出てくる。例えば5%分のマージンをとり、それぞれほぼフラットな性の25%時間、75%時間とすると、実際に使える電池セル1個の時間は50%しか残らない。この分だけEVの踉{`が]くなる。kつのバッテリシステムに数100個のリチウムイオン電池セルを使うが、このうち60%時間分使えるところが50%時間分に低下すると、踉{`をPばすため、この差10%に相当する本数の電池セルを余分に△垢要がある。すなわちバッテリコストがこの分、余にかかることになる。

EVのコストはバッテリシステムが半分Zくをめると言われている。電池セルの数が少なければ少ないほど低コストでEVを]できる。「誤差が少なければフラットな動作期間を少しでも長くとれるため、電池セルを余分に\やす要がなくなる。すなわちバッテリコストを来よりも下げることができる」と同社シグナルコンディショニングのマーケティングマネジャーのBrian Blackは言う。


図3 セルを6個ずつに分担するアーキテクチャ 出Z:Linear Technology

図3 セルを6個ずつに分担するアーキテクチャ 出Z:Linear Technology


このLTC6804は、最jR定誤差が±0.04%と、来の1/3以下に小さくなり、R定時間は290μsと来の1/10に]縮されたという。最j12個の電池セルまでR定する。分解16ビットのADコンバータを2個内鼎掘2個のマルチプレクサ(MUX)で電池6個ずつ分を分担する(図3)。デジタルデータに変換した後、それをマイコンなどへ送る。その際、isoSPIインターフェースを経て、データをツイステッドペアのケーブルで送る。最j1Mbpsまでのシリアルデータレートをeち、最j100m`れていても通信が可Δ世箸いΑ

高@度のカギはバルクのツェナー
では、どのようにしてこれほど誤差を小さくできたのか。R定v路であるオペアンプの入@度を屬欧襪燭瓠基電圧と比較する擬阿使われている。これまでは、この基電圧源(リファレンス)としてはシリコンのpn接合の順妓電圧を使っていた。この0.6~0.7Vの電圧は、シリコンの駘的性であるエネルギーバンドギャップのpn接合の差であるため、駘定数として変わらないはずだった。

ところがZQ、歪シリコンデバイスで徴されるように、シリコンに歪みを与えるとエネルギーバンドギャップの構]が変化することが瑤蕕譴襪茲Δ砲覆辰拭O弔潺轡螢灰鵐妊丱ぅ垢蓮∀弔澆鮴儷謀にWして‘暗戮屬欧襯肇薀鵐献好燭任△襦N磴┐弌a度変化によってシリコンと密しているリードフレームやマウント材などの機械的な応が発擇轡轡螢灰鵑呂錣困に歪む。チップのパッケージングやプリント基でのリフロー処理、a度サイクル試xなど、さまざまな機械的な応が、チップ]が終了した後も加わってくる。つまりバンドギャップレファレンスでは、後工のX処理プロセスが加わるたびにキャリブレーションする要がある。@度に駘的な限cがある。


図4 mめ込みツェナー擬阿濃@度を屬欧襦―儘Z:Linear Technology

図4 mめ込みツェナー擬阿濃@度を屬欧襦―儘Z:Linear Technology


そこでリニアは、pn接合のアバランシェT伏電圧、すなわちツェナー電圧をWすることにした。しかもシリコンのMOS表CでT伏させずバルクでT伏するようにpn接合構]のT伏点を工夫した。同社はこれをmめ込みツェナー(Buried Zener)擬阿扉}んでいる。T伏電圧は歪みによって直接影xをpけない。このため、電圧@度が高いというlだ。a度峺によるドリフトに瓦靴討3ppm/℃と極めて小さい(図4)。260℃のリフロー半田つけをした後でさえも100ppm以内の変動だという。

ただ、ツェナー電圧は不純馭仕戮飽踊Tする。これに瓦靴Brian Blackは、「]バラつきを厳しくコントロールしているため問はない。初期的にキャリブレーションしていれば、不純馭仕戮聾綛でのa度変化による機械的応の影xがないため、経時変化もない」とO信を見せる。


図5 無Gの少ないアクティブバランス擬阿眞T 出Z:Linear Technology

図5 無Gの少ないアクティブバランス擬阿眞T 出Z:Linear Technology


これほどの高@度が可Δ砲覆襪函Å来のパッシブセルバランス擬阿らもっと効率の良いアクティブセルバランス擬阿盪箸┐襪茲Δ砲覆襪箸い(図5)。パッシブ擬阿亘充電に到達したセルでは、充電のBりないセルと同じレベルまで電荷を捨てることで、同時に満充電できるようにしてきた。電荷を捨てることはもちろんもったいないが、満充電になったセルをさらに充電すると発するe険性が高まるためできない。アクティブ擬阿蓮∨充電になったセルからまだBりないセルへ電荷を分配する擬阿任△襦@度よく電圧を分配する要があるため、来擬阿任官がMしかった。アクティブ擬阿任鰐犠Gはないが、U御するための余分な外v路が要になる。U御するためのICとして、「LTC3300」をZいうちに発表するという。これは6804とSPIインターフェースで通信しながらU御する。

今後、O動Zメーカーの要望によって、踉{`も含め、パッシブ擬阿アクティブ擬阿のI肢を顧客に提供する。これによりカスタマイズを可Δ砲垢襪箸靴討い襦

(2012/11/09)
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