EVALUATION KIT AVAILABLE
19-6172; Rev 4; 6/13
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
概要
利点および特長
MAX17058/MAX17059 ICは、ハンドへルドおよびポー
タブル機器のリチウムイオン(Li+)バッテリ用の小型残量
ゲ ー ジ です。MAX17058は、1つ のLi+セ ル で 動 作し、
MAX17059は、直列の2つのLi+セルで動作します。
♦♦MAX17058：1セル、MAX17059：2セル
これらのICは、高度なLi+バッテリモデリングアルゴリズム
であるModelGauge™を採用しており、広範な充電/放電
状態におけるバッテリの相対的な充電状態(SOC)を継続
的に追跡します。ModelGaugeアルゴリズムでは、他の残
量ゲージで必要とされた電流検出抵抗およびバッテリ学習
サイクルが不要です。温度補償はシステムのマイクロコント
ローラを使用して実現されます。
バッテリ装着時には、初期SOC予測を改善するためにこ
れらのICは最初の電圧測定値をデバウンスするため、シス
テム側に配置することが可能です。SOCおよび電圧の情報
には、I2Cインタフェースを使用してアクセスします。これ
らのICは、小型8ピンのウェハレベルパッケージ(WLP)
(0.9mm x 1.7mm)、または8ピンのTDFNパッケージ
(2mm × 2mm)で提供されます。
♦♦高精度±7.5mV/セルの電圧測定
♦♦ModelGaugeアルゴリズム
高精度の充電状態(State-of-Charge)を提供
温度/負荷変動を補償
クーロンカウンタと異なり、誤差の蓄積なし
学習が不要
電流検出抵抗が不要
♦♦低自己消費電流：23µA
♦♦バッテリ装着デバウンス
16サンプル中のベスト値で初期SOCを推定
♦♦バッテリ交換のためのプログラム可能なリセット
範囲：2.28V〜3.48V
♦♦低SOCアラートインジケータ
♦♦I2Cインタフェース
アプリケーション
ワイヤレス端末
スマートフォン/PDA
タブレットおよびハンドヘルドコンピュータ
型番はデータシートの最後に記載されています。
簡略動作回路
携帯ゲーム機
電子書籍リーダー
MAX17058
デジタルスチルおよびビデオカメラ
ポータブル医療機器
ONLY ONE
EXTERNAL
COMPONENT
VDD
ALRT
CELL
SDA
CTG
SCL
GND
QSTRT
SYSTEM
µP
ModelGaugeはMaxim Integrated Products, Inc.の商標です。
本データシートは日本語翻訳であり、相違及び誤りのある可能性があります。設計の際は英語版データシートを参照してください。
価格、納期、発注情報についてはMaxim Direct (0120-551056)にお問い合わせいただくか、Maximのウェブサイト
(japan.maximintegrated.com)をご覧ください。
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
Absolute Maximum Ratings
Storage Temperature Range............................. -55NC to +125NC
Lead Temperature (TDFN only) (soldering, 10s) ............+300NC
Soldering Temperature (reflow).......................................+260NC
CELL to GND..........................................................-0.3V to +12V
All Pins (excluding CELL) to GND...........................-0.3V to +6V
Continuous Sink Current, SDA, ALRT.................................20mA
Operating Temperature Range........................... -40NC to +85NC
Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute
maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.
Electrical Characteristics
(2.5V < VDD < 4.5V, -20NC < TA < +70NC, unless otherwise noted. Typical values are at TA = +25NC.) (Note 1)
PARAMETER
SYMBOL
Supply Voltage
VDD
Fuel-Gauge SOC Reset
(VRESET Register)
VRST
Data I/O Pins
Supply Current
Time Base Accuracy
SCL, SDA,
ALRT
IDD0
IDD1
tERR
ADC Sample Period
Voltage Error
CONDITIONS
MIN
(Note 2)
2.5
Configuration range, in 40mV steps
2.28
Trimmed at 3V
2.85
(Note 2)
-0.3
Sleep mode, TA < +50NC
Active mode
Active mode (Note 3)
-3.5
Active mode
VERR
3.0
MAX
UNITS
4.5
V
3.48
V
3.15
V
+5.5
V
0.5
2
23
40
Q1
+3.5
250
-7.5
+7.5
-20NC < TA < +70NC
-20
+20
1.25
Voltage-Measurement Range
2.5
5
MAX17059: CELL pin
5
10
SDA, SCL, QSTRT Input Logic-High
VIH
VIL
SDA, ALRT Output Logic-Low
VOL
IOL = 4mA
SDA, SCL Bus Low-Detection
Current
IPD
VSDA = VSCL = 0.4V (Note 5)
tSLEEP
1.4
(Note 6)
%
mV/cell
mV/cell
MAX17058: VDD pin
SDA, SCL, QSTRT Input Logic-Low
FA
ms
VCELL = 3.6V, TA = +25NC (Note 4)
Voltage-Measurement Resolution
Bus Low-Detection Timeout
TYP
V
V
0.2
1.75
0.5
V
0.4
V
0.4
FA
2.5
s
MAX
UNITS
400
kHz
Electrical Characteristics (I2C Interface)
(2.5V < VDD < 4.5V, -20NC < TA < +70NC, unless otherwise noted.) (Note 1)
PARAMETER
SYMBOL
SCL Clock Frequency
fSCL
Bus Free Time Between a STOP and
START Condition
tBUF
START Condition (Repeated) Hold
Time
Low Period of SCL Clock
Maxim Integrated
tHD:STA
tLOW
CONDITIONS
(Note 7)
(Note 8)
MIN
0
TYP
1.3
Fs
0.6
Fs
1.3
Fs
2
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (I2C INTERFACE) (continued)
(2.5V < VDD < 4.5V, -20NC < TA < +70NC, unless otherwise noted.) (Note 1)
PARAMETER
SYMBOL
CONDITIONS
MIN
TYP
MAX
UNITS
tHIGH
0.6
Fs
Setup Time for a Repeated START
Condition
tSU:STA
0.6
Fs
Data Hold Time
tHD:DAT
(Notes 9, 10)
Data Setup Time
tSU:DAT
(Note 9)
High Period of SCL Clock
0
0.9
100
Fs
ns
Rise Time of Both SDA and SCL
Signals
tR
20 + 0.1CB
300
ns
Fall Time of Both SDA and SCL
Signals
tF
20 + 0.1CB
300
ns
Setup Time for STOP Condition
tSU:STO
0.6
Spike Pulse Widths Suppressed by
Input Filter
tSP
(Note 11)
Capacitive Load for Each Bus Line
CB
(Note 12)
Fs
0.6
50
ns
400
pF
SCL, SDA Input Capacitance
CB,IN
60
pF
Note 1: Specifications are tested 100% at TA = +25NC. Limits over the operating range are guaranteed by design and
characterization.
Note 2: All voltages are referenced to GND.
Note 3: Test is performed on unmounted/unsoldered ports.
Note 4: The voltage is trimmed and verified with 16x averaging.
Note 5: This current is always present.
Note 6: The IC enters sleep mode after SCL < VIL and SDA < VIL for longer than 2.5s.
Note 7: Timing must be fast enough to prevent the IC from entering sleep mode due to bus low for period > tSLEEP.
Note 8:fSCL must meet the minimum clock low time plus the rise/fall times.
Note 9: The maximum tHD:DAT has to be met only if the device does not stretch the low period (tLOW) of the SCL signal.
Note 10: This device internally provides a hold time of at least 100ns for the SDA signal (referred to the VIH,MIN of the SCL signal)
to bridge the undefined region of the falling edge of SCL.
Note 11: Filters on SDA and SCL suppress noise spikes at the input buffers and delay the sampling instance.
Note 12:CB is total capacitance of one bus line in pF.
SDA
tF
tLOW
tSU:DAT
tR
tSP
tF
tR
tBUF
tHD:STA
SCL
tHD:STA
S
tHD:DAT
tSU:STA
tSU:STO
Sr
P
S
図 1. I2C バスのタイミング図
Maxim Integrated
3
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
標準動作特性
(TA = +25NC, battery is Sanyo UF504553F, unless otherwise noted.)
QUIESCENT CURRENT vs. SUPPLY
VOLTAGE (ACTIVE MODE)
VOLTAGE ADC ERROR vs. TEMPERATURE
25
20
TA = +25°C
15
TA = -20°C
10
MAX17058 toc02
TA = +70°C
VOLTAGE ADC ERROR (mV/CELL)
15
10
VCELL = 4.5V
5
0
-5
VCELL = 3.6V
-10
VCELL = 2.5V
-15
5
-20
0
2.5
3.0
3.5
-5
-20
4.5
4.0
VCELL (V)
SOC ACCURACY TA = 0°C
REFERENCE SOC
MODELGAUGE SOC
REFERENCE SOC
40
55
70
MODELGAUGE
ERROR
MAX17058 toc04
10
100
75
5
75
5
50
0
50
0
25
-5
25
-5
-10
0
0
0
2
4
6
8
SOC (%)
ERROR (%)
SOC (%)
25
SOC ACCURACY TA = +20°C
ERROR
MAX17058 toc03
100
10
TEMPERATURE (°C)
10
10
ERROR (%)
QUIESCENT CURRENT (µA)
35
30
20
MAX17058 toc01
40
-10
0
-2
TIME (Hr)
2
4
6
8
10
TIME (Hr)
MODELGAUGE SOC
SOC (%)
ERROR
MAX17058 toc05
100
10
75
5
50
0
25
-5
0
ERROR (%)
SOC ACCURACY TA = +40°C
REFERENCE SOC
-10
0
2
4
6
8
10
TIME (Hr)
Maxim Integrated
4
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
標準動作特性(続き)
(TA = +25NC, battery is Sanyo UF504553F, unless otherwise noted.)
MODELGAUGE SOC
MAX17058 toc06
REFERENCE SOC
MODELGAUGE SOC
75
5
75
5
50
0
50
0
25
-5
25
-5
-10
0
0
20
40
60
80
SOC (%)
100
0
2
4
NO ERROR ACCUMULATED AFTER
100 HOURS
10
MAX17058 toc09
VCELL
75
5
50
0
25
-5
0
-10
97
99
101
TIME (Hr)
Maxim Integrated
103
105
OCV
0V
0V
0V
0A
95
10
8
BATTERY-INSERTION DEBOUNCE/
OCV ACQUISITION
ERROR
ERROR (%)
MODELGAUGE SOC
MAX17058 toc08
100
6
TIME (Hr)
ZIGZAG PATTERN SOC ACCURACY (3/3)
REFERENCE SOC
10
-10
0
100
TIME (Hr)
SOC (%)
ERROR
MAX17058 toc07
10
ERROR (%)
SOC (%)
100
ZIGZAG PATTERN SOC ACCURACY (2/3)
ERROR
ERROR (%)
ZIGZAG PATTERN SOC ACCURACY (1/3)
REFERENCE SOC
DEBOUNCE
BEGINS
DEBOUNCE
COMPLETED
4ms/div
5
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
ピン配置
TOP VIEW
(PAD SIDE DOWN)
TOP VIEW
(BUMP SIDE DOWN)
SCL
QSTRT
ALRT
8
7
6
5
MAX17058
MAX17059
+
SDA
MAX17058
MAX17059
EP
+
1
2
3
4
CTG
CELL
VDD
GND
CTG
CELL
VDD
GND
A1
A2
A3
A4
SDA
SCL
QSTRT
ALRT
B1
B2
B3
B4
WLP
TDFN
端子説明
端子
名称
機能
TDFN
WLP
1
A1
CTG
GNDに接続してください。
1
A2
CELL
バッテリの正の端子に接続してください。
MAX17058：内部で接続されていません。
MAX17059：電圧検出入力。
3
A3
VDD
電源入力。0.1µFでGNDにバイパスしてください。
MAX17058：電圧検出入力。バッテリの正の端子に接続してください。
MAX17059：レギュレートされた電源電圧に接続してください。
4
A4
GND
グランド。バッテリの負の端子に接続してください。
5
B4
ALRT
オープンドレイン、アクティブローのアラート出力。必要に応じて、システムのマイクロ
コントローラの割込み入力に接続してください。
6
B3
QSTRT
クイックスタート入力。充電状態の計算をリセットします。使用しない場合はGNDに
接続してください。
7
B2
SCL
I2Cクロック入力。SCLは、切断を検出するための内蔵プルダウン(IPD)を備えています。
8
B1
SDA
オープンドレインのI2Cデータ入出力。SDAは、切断を検出するための内蔵プルダウン
(IPD)を備えています。
—
—
EP
Maxim Integrated
エクスポーズドパッド(TDFNのみ)。GNDに接続してください。
6
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
ModelGaugeの動作の理論
MAX17058/MAX17059 ICは、Li+バッテリの内部の、
非直線的なダイナミクスをシミュレートして、その充電状態
(SOC)を判定します。高度なバッテリモデルは、バッテリ
内のインピーダンスおよび低速な化学反応を考慮してい
ます(図2)。
ModelGaugeアルゴリズムは、複数の放電電流および温
度におけるバッテリの特性を正確にモデル化することに
よって得られるカスタムモデルを使用した場合に、最高の
性能を示します。カスタムモデルが必要な場合はMaximま
でお問い合わせください。パワーオンリセット(POR)時、
ICはプリロードされたROMモデルで動作し、一部のバッテ
リではこれによって十分な性能が得られます。
残量ゲージの性能
クーロンカウンタベースの残量ゲージでは、電流検出ADC
の測定のオフセット誤差が時間とともに蓄積するため、
SOCのドリフトが発生します。瞬間的な誤差はごくわずか
ですが、正確にゼロになることはありません。それらのシ
ステムでは時間とともに誤差が蓄積するため(通常は1日当
り0.5%〜2%)、周期的な補正が必要になります。一部の
アルゴリズムは、たまに発生するイベントを使用してドリフ
トを補正しており、次のようなイベントが発生するまでアル
ゴリズムの誤差は無限に増え続けます。
• フルまたはエンプティに近いあらかじめ定義された
SOCレベルへの到達時
• 長期間にわたり動作がなかったあとのリラックス状態
のバッテリ電圧の測定時
• 完全な充放電サイクルの完了時
ModelGaugeアルゴリズムは、時間の経過に対して安定し
ている電圧のみを使用するため、補正イベントを必要とし
ません。フル/エンプティ/緩和なしでのSOC精度が示すよ
うに、このアルゴリズムは上記のイベントがいずれも発生
しない状態において精度を維持し、時間の経過にともなう
ドリフトも誤差の蓄積もありません。
エンドユーザーが経験する残量ゲージの性能を正しく評価
するために、バッテリを動的に動作させてください。単純
なサイクルのみによって精度を完全に判断することは不可
能です。
バッテリ電圧と充電状態
Li+バッテリのオープン回路電圧(OCV)から そのSOCが
一意に決定されます。1つのSOCに対して、OCVの1つの
値のみが存在します。これと対照的に、VCELLは、時間、
OCV、負荷、温度、経年、インピーダンスなどの関数で
あるため、特定のVCELLがさまざまなOCVの値で発生する
場合があります。OCVの1つの値に対して、多数のVCELL
の 値 が 存 在します。した がって、1つ のSOCは 多 数 の
VCELLの値を持つため、VCELLからSOCを一意に決定する
ことはできません。
図3は、VCELL = 3.81Vが2%、50%、 お よ び72%の
SOCで発生することを示しています。
高度なテーブルを使用して電圧および負荷の両方を考慮する
場合でさえ、システムで一般的に発生する負荷トランジェン
トが原因で大幅な誤差が発生します。充電中または放電中、
およびその後約30分間は、VCELLとOCVの間に大きな差
が発生し、VCELLはそれまでの数時間にわたるバッテリの
動作の影響を受けます。長時間にわたって測定された電圧
を使用することによって、ModelGaugeは電圧を包括的に
使用します。
VDD
CELL
GND
IC
GROUND
QSTRT
ALRT
3.6V
3.4V
3.81V = 50%
80%
SOC
ADC (VCELL)
3.8V
3.81V = 72%
3.81V = 2%
100%
VOLTAGE
REFERENCE
STATE
MACHINE
(SOC)
4.0V
3.81V
TIME BASE
(32kHz)
BIAS
4.2V
VCELL
MAX17058
MAX17059
60%
VCELL
詳細
3.2V
SOC
40%
20%
I2C
INTERFACE
SDA
SCL
0%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
TIME (Hr)
図 2. ブロック図
Maxim Integrated
図 3. 瞬間的な電圧と SOC との相違
7
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
温度補償
最高の性能を実現するために、ホストマイクロコントロー
ラはバッテリの温度を定期的に測定し、それに応じて
ModelGaugeのパラメータのRCOMPを少なくとも1分間
に1回補正する必要があります。個々のカスタムモデルで、
定数RCOMP0 (デフォルトは0x97)、TempCoUp (デフォ
ルトは-0.5)、およびTempCoDown (デフォルトは-5.0)
を定義します。新しいCONFIG.RCOMPの値は、次のよう
に計算します。
// T is battery temperature (degrees Celsius)
if (T > 20) {
RCOMP = RCOMP0 + (T - 20) x TempCoUp;
}
else {
RCOMP = RCMOP0 + (T - 20) x TempCoDown;
}
バッテリが最初にシステムに装着される時点では、残量
ゲージICにはバッテリのSOCに関する事前の情報がありま
せん。バッテリがリラックスしていると仮定して、ICはそ
の最初のVCELL測定値をSOCの最良の初期推定値に変換
します。バッテリがリラックス状態でないことによる初期
誤差は、この最初の変換のあとの負荷に関係なく時間とと
もに減少します。クーロンカウンタによって推定される
SOCが拡散するのに対して、図5に示すように誤差が自動
的に補正されるため、ModelGaugeのSOCは収束します。
初期誤差は、長期にわたる影響を及ぼしません。
C/3 LOAD
CAPACITY LOST (%)
50
40
30
20
バッテリ装着デバウンス
ICのパワーオンまたはリセットが行われるたびに(｢VRESET
レジスタ(0x18)｣の項を参照)、ICはOCVが16のVCELLサン
プル(各1ms、フル12ビット分解能)の中で最大のものであ
ると推定します。OCVはバッテリ装着の17ms後に利用可
能になり、SOCはその175ms後に利用可能になります。
10
C/10 LOAD
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
シャットダウン管理を確実にするには、たとえば3%また
は5%でシャットダウンするなどのように、SOCの何らか
の下限スレッショルドに基づく動作マージンを残量ゲージ
に含めることを検討してください。これによって、エンプ
ティ電圧に誤差マージンを付加するよりも効率的にバッテ
リが利用されます。
バッテリ装着
60
0
エンプティ電圧の選択による影響
ほとんどのアプリケーションには、それ以下ではシステムが
直ちにパワーオフする最低動作電圧が存在します(エンプ
ティ電圧)。バッテリの特性を指定してカスタムモデルを作成
するときには、エンプティ電圧を注意深く選択してください。
図4に示すように、エンプティ電圧の増大にともなってシス
テムで利用することができない容量が急速に増大します。
3.5
TARGET EMPTY VOLTAGE (V)
図 4. エンプティ電圧の増大によるバッテリ容量の減少
LONGER BATTERY RELAXATION
IMPROVES INITIAL ACCURACY
MODELGAUGE HEALS ERROR
AUTOMATICALLY OVER TIME
45%
UNRELAXED ERROR
-10mV
-5%
VOLTAGE ERROR
-20mV
0.1
1
0%
10
100
-10%
1000
RELAXATION TIME BEFORE INSERTION (MINUTES)
30%
SOC
0%
0mV
SOC
SOC ERROR
SOC ERROR (%)
INITIAL VOLTAGE ERROR (mV)
RELAXED ERROR
REFERENCE SOC
RELAXED SOC
-5%
15%
UNRELAXED SOC
-10%
0
20
0%
40
60
80
TIME AFTER INSERTION (MINUTES)
図 5. ModelGauge による自動的な誤差の修正
Maxim Integrated
8
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
バッテリ交換の検出
VCELLがVRSTを下回ったあとVRST以上に戻った場合、IC
はクイックスタートを行います。これはバッテリ交換に対
応するためで、それまでのバッテリのSOCは新しいバッテ
リのSOCに影響を与えません。｢クイックスタート｣および
｢VRESETレジスタ(0x18)｣の項を参照してください。
クイックスタート
ICが誤った初期SOCを生成した場合、バッテリ交換および
システムパワーアップの波形を調べて、クイックスタートが
必要かどうか、およびそのコマンドを実行するのに最適な
タイミングを判断する必要があります。ICは最初の17ms
間における最大のVCELLをサンプリングします(｢バッテリ
装着｣の項を参照)。VCELLが完全にリラックスしていない
かぎり、サンプリングされた最良の電圧でさえOCVより高
いか低い可能性があります。そのため、クイックスタート
は注意深く使用する必要があります。
装着時におけるバッテリ端子の断続的な接続などのスター
トアップ時の問題の大部分はICがユーザーが意識すること
なく処理するため、ほとんどのシステムではクイックスター
トを使用しないでください。図6に示すようにバッテリ電
圧が17msより早く安定化した場合は、クイックスタートを
使用しないでください。
クイックスタートのコマンドによって、ICの初期パワーアップ
時と同様に残量ゲージの計算が再スタートします。システム
のパワーアップシーケンスでのノイスが非常に多いために、
SOCの初期推定に許容限度を超える誤差が含まれる場合は、
システムのマイクロコントローラでクイックスタートを使用す
ることによって誤差を減少させることができる可能性があり
ます。クイックスタートは、QSTRT端子の立上りエッジによっ
て、またはMODEレジスタのクイックスタートビットに1を書
き込むことによって開始されます。
図7は、初期SOCを誤らせる可能性のある波形を示します。
乱れが激しい場合は、突入電流が終わって電圧が安定したあ
と、しかしシステムが完全に給電される前にクイックスター
トを行ってください。タイミングが早すぎたり遅すぎたりした
場合、クイックスタートによってSOCの誤差が発生します。
突入電流が大きい場合、最初のサンプリング期間より長い
間VCELLが減少する可能性があります。コマンドのあとの
17msの間VCELLが最もOCVに近付くようにクイックスター
トを行ってください。
セルが除去されたときICがチャージャによって給電されたま
まになる場合は、セルが存在しないにも関わらず充電電圧の
測定が継続されます。セルの再装着時には、チャージャが
VCELLに影響を与える前にクイックスタートを行ってください。
パワーオンリセット(POR)
PORにはクイックスタートが含まれるため、クイックスター
トが安全な場合にのみ使用してください(｢クイックスター
ト｣の項を参照)。このコマンドによって、すべてのレジスタ
がデフォルト値に復元されます。このコマンドのあとで、カ
スタムモデルを再ロードしてください。｢CMDレジスタ
(0xFE)｣の項を参照してください。
アラート割込み
これらのICは、SOCがローになったときにシステムのマイク
ロコントローラに割込みを行うことができます。｢CONFIG
レジスタ(0x0C)｣およ び｢STATUSレジスタ(0x1A)｣の
項を参照してください。アラートがトリガされた場合、IC
はALRT端 子 を ロ ジック ロ ー にア サ ートし、CONFIG.
ALRT = 1に設定します。システムがCONFIG.ALRT = 0
を書き込んでアラートをクリアするまで、ALRT端子はロ
ジックローのままです。アラート機能はデフォルトでイネー
ブルされるため、パワーアップ時に直ちに発生する可能性
があります。スリープモードへの移行によって、ALRTビッ
トまたはALRT端子はクリアされません。
VCELL
STEADY SYSTEM
LOAD BEGINS
VCELL
STEADY SYSTEM
LOAD BEGINS
VCELL HAS FULLY RELAXED
17ms
TIME
INITIAL SAMPLE DEBOUNCE WINDOW
図 6. クイックスタートのコマンドが不要な装着波形
Maxim Integrated
BEST TIME TO
QUICK-START
VCELL HAS
FULLY RELAXED
17ms
INITIAL SAMPLE
DEBOUNCE WINDOW
TIME
QUICK-START DURING
THIS TIME SPAN
図 7. クイックスタートのコマンドが必要な装着波形
9
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
スリープモード
スリープモード時、ICはすべての動作を停止して、電流消
費を低減します(1µA以下)。スリープモードの終了後、IC
は通常動作を継続します。スリープモード中は、ICは自己
放電を検出しません。ICのスリープ中にバッテリの状態が
変化した場合、ICはそれを検出することができず、SOCの
誤差が発生します。充電または放電の前に、ICをウェイ
クアップしてください。
以下のいずれかでスリープモードに移行します。
16ビットワードに、表1に示すレジスタのLSb値を乗算す
ることによって、レジスタの値を計算してください。
VCELLレジスタ(0x02)
MAX17058は、VDD 端子とGND端子の間でVCELLを測
定します。MAX17059は、CELL端子とGND端子の間で
VCELLを測定します。このレジスタの値は、4回のADC変
換の平均値です。値は、アクティブモードでは250ms単位
で更新されます。
SOCレジスタ(0x04)
• SDAおよびSCLをtSLEEPの間ロジックローに保持して
ください。SDAまたはSCLの立上りエッジでICはウェ
イクアップします。
ModelGaugeアルゴリズムは相対SOCを計算するため、
バッテリサイズの違いに自動的に適応します。上位バイト
の最下位ビットの単位は1%です。最初の更新は、PORの
約1秒後に利用可能になります。以後の更新は、
アプリケー
ションの条件に応じた可変の間隔で発生します。
• CONFIG.SLEEP = 1を書き込んでください。ICを
ウェイクアップするには、CONFIG.SLEEP = 0を書き
込んでください。その他の通信では、ICはウェイクアッ
プされません。PORはICをウェイクアップします。
MODEレジスタ(0x06)
MODEレジスタは、システムのプロセッサが特別なコマン
ドをICに送信することを可能にします(図8を参照)。
レジスタの概要
すべてのレジスタは、16ビットワードとして読み書きを行
う必要があります。8ビットの書込みは無効です。X (任意)
と書かれたビットまたは読取り専用のビットは、レジスタ
の残りのビットとともに書き込む必要がありますが、書き
込んだ値はICによって無視されます。任意ビットから読み
取られる値は未定義です。
• Quick-Startは、OCVと即時的なVCELLとが等しいもの
と仮定してSOCを推定します。注意深く使用してくだ
さい。｢クイックスタート｣の項を参照してください。
表1. レジスタの概要
説明
ADDRESS
REGISTER NAME
16-BIT LSb
0x02
VCELL
78.125 FV/cell
VCELLのADC測定値。
バッテリの充電状態。
READ/WRITE
DEFAULT
R
—
0x04
SOC
1%/256
R
—
0x06
MODE
—
クイックスタートの開始。
W
0x0000
0x08
VERSION
—
ICの製造バージョン。
R
0x0011
R/W
0x971C
0x0C
CONFIG
—
性能を最適化するための補正、スリープモード、
アラートインジケータ、および設定。
0x18
VRESET
—
下回った場合ICが自分自身をリセットする
VCELLのスレッショルドを設定します。
R/W
0x96__
0x1A
STATUS
—
ローSOCアラートおよびリセットインジケータ。
R/W
0x01__
0x40 to 0x7F
TABLE
—
バッテリのパラメータを設定します。
0xFE
CMD
—
PORコマンドを送信します。
MSB—ADDRESS 0x06
X
QuickStart
X
MSb
X
X
X
W
—
R/W
0xFFFF
LSB—ADDRESS 0x07
X
X
X
LSb
MSb
X
X
X
X
X
X
X
LSb
図 8. MODE レジスタの形式
Maxim Integrated
10
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
VERSIONレジスタ(0x08)
この読取り専用レジスタの値は、ICの製造バージョンを示
します(0x0011)。
CONFIGレジスタ(0x0C)
→ 31%、00010b → 30%、11111b → 1%)。
ATHDのPOR値は0x1C、すなわち4%です。アラート
はこのスレッショルドを超えた立下りエッジでのみ発
生します。
VRESETレジスタ(0x18)
図9を参照してください。
• RCOMPは、さまざまなリチウムの化学的特性に応じて
モデルを補正します。システムは定期的にRCOMPを調整
する必要があります(｢温度補償｣の項を参照)。RCOMP
のPOR値は0x97です。
• SLEEPは、ICを強制的にスリープモードへ移行または
終了させます。1の書込みによってICは強制的にスリープ
モードに移行し、0の書込みによってICは強制的にスリー
プモードを終了します。SLEEPのPOR値は0です。注意
深く使用してください(｢スリープモード｣の項を参照)。
• ALRT (アラートステータスビット)は、SOCがローになっ
た場合にICによってセットされます。このビットがセッ
トされるとき、ALRT端子がローにアサートされます。
ALRT端子をデアサートするには、クリアしてください。
POR値は0です(｢アラート割込み｣の項を参照)。
• ATHD (エンプティアラートスレッショルド)は、ALRT
端子で割込みが生成されるSOCスレッショルドを設定
し、1%〜32%の 範 囲 で 設 定 可 能 で す。 値 は(32 ATHD)%です(たとえば、00000b → 32%、00001b
図10を参照してください。
• VRESET[7:1]は、バッテリの除去と再装着を検出する
ための高速アナログコンパレータおよびより低速な
デジタルADCのスレッショルドを調整します。アプリ
ケーションの目的のリセットスレッショルドに応じて、
2.28V〜3.48Vの範囲で、アプリケーションのエンプ
ティ電圧より40mV〜80mV低く設定してください。
コンパレータがイネーブルされている場合、ICはVCELL
がスレッショルドを上回ってから1ms後にリセットし
ます。そうでない場合、ICはVCELLレジスタがスレッ
ショルドを上回ってから250ms後にリセットします。
STATUSレジスタ(0x1A)
図11を参照してください。
• RI (リセットインジケータ)は、デバイスのパワーアッ
プ時にセットされます。このビットがセットされてい
る場合は、ICの設定が行われていないため、カスタム
モデルおよびその他の設定を直ちに再ロードしてこの
ビットをクリアする必要があります。
MSB (RCOMP)—ADDRESS 0x0C
LSB—ADDRESS 0x0D
RCOMP RCOMP RCOMP RCOMP RCOMP RCOMP RCOMP RCOMP
7
6
5
4
3
2
1
0
SLEEP
MSb
MSb
LSb
X
ALRT
ATHD
LSb
図 9. CONFIG レジスタの形式
MSB (VRESET)—ADDRESS 0x18
26
25
24
23
22
21
20
MSb
LSB (ID)—ADDRESS 0x19
Dis
ID7
LSb
MSb
ID6
ID5
ID4
ID3
ID2
ID1
ID0
LSb
VRESET 20 Units: 40mV
図 10. VRESET レジスタの形式
MSB—ADDRESS 0x1A
X
X
X
HD
MSb
X
X
LSB—ADDRESS 0x1B
X
RI
X
LSb
MSb
X
X
X
X
X
X
X
LSb
図 11. STATUS レジスタの形式
Maxim Integrated
11
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
アプリケーション例
TABLEレジスタ(0x40〜0x7F)
これらのレジスタを設定する方法の詳細については、お問
い合わせください。デフォルト値は一部のLi+バッテリに
とって適切です。
TABLEレジスタをアンロックするには、0x57をアドレス
0x3Fに書き込み、0x4Aをアドレス0x3Eに書き込んでく
だ さ い。TABLE が ア ン ロ ッ ク さ れ て い る 間 は、
ModelGaugeレジスタの更新は行われないため、0x00を
アドレス0x3Fに書き込み、0x00をアドレス0x3Eに書き
込むことによって、できる限り早く再ロックしてください。
CMDレジスタ(0xFE)
このレジスタに0x5400という値を書き込むことによって、
デバイスは電源を除去した場合と同様に完全にリセットさ
れます。注意深く使用してください(｢パワーオンリセット
(POR)｣の項を参照)。リセットは最後のビットがクロック
インされた時点で行われます。このコマンドシーケンスの
あとに、ICはI2CのACKによる応答を行いません。
これらのICは、アプリケーションに応じてさまざまな構成
が可能です。表2に、最も一般的なシステム構成およびそ
れぞれの適切な端子接続を示します。
すべての場合において、システムはALRT (使用する場合)、
SDA、およびSCLに対するプルアップ回路を提供する必要
があります。
図12は、1Sセルパック用のアプリケーション例を示します。
この例では、バッテリがローになったことをMAX17058
が通知するために、ALRT端子はマイクロコントローラの
割込み入力に接続されています。QSTRT端子はこのアプ
リケーションでは未使用で、GNDに接続されています。
図13は、2Sセルパックを使用するMAX17059のアプリケー
ション例を示します。MAX17059はシステム側に実装され、
システムによって生成される3.3V電源から給電されます。
その場合も、CELL端子はPACK+に直接接続されます。
表2. 可能なアプリケーション構成
SYSTEM CONFIGURATION
IC
VDD
ALRT
QSTRT
1S pack-side location
MAX17058
Power directly from battery
Leave unconnected
Connect to GND
1S host-side location
MAX17058
Power directly from battery
Leave unconnected
Connect to GND
Connect to GND
1S host-side location,
low-cell interrupt
MAX17058
Power directly from battery
Connect to system
interrupt
1S host-side location,
hardware quick-start
MAX17058
Power directly from battery
Leave unconnected
Connect to rising-edge
reset signal
2S pack-side location
MAX17059
Power from +2.5V to +4.5V
LDO in pack
Leave unconnected
Connect to GND
2S host-side location
MAX17059
Power from +2.5V to +4.5V
LDO or PMIC
Leave unconnected
Connect to GND
2S host-side location,
low-cell interrupt
MAX17059
Power from +2.5V to +4.5V
LDO or PMIC
Connect to system
interrupt
Connect to GND
2S host-side location,
hardware quick-start
MAX17059
Power from +2.5V to +4.5V
LDO or PMIC
Leave unconnected
Connect to rising-edge
reset signal
2.5V TO 4.5V OUTPUT FROM SYSTEM
BATTERY PACK
MAX17058
0.1µF
PROTECTION
VDD
ALRT
CELL
SDA
CTG
GND
SCL
SYSTEM µP
BATTERY PACK
INTERRUPT
I2C BUS
MASTER
0.1µF
QSTRT
PROTECTION
NOTE: SYSTEM REQUIRED TO PROVIDE PULLUP CIRCUITS FOR ALRT, SDA, AND SCL.
図 12. MAX17058 のアプリケーション回路 (1S セルパック )
Maxim Integrated
MAX17059
VDD
ALRT
CELL
SDA
CTG
SCL
GND
QSTRT
SYSTEM µP
INTERRUPT
I2C BUS
MASTER
NOTE: SYSTEM REQUIRED TO PROVIDE PULLUP CIRCUITS FOR ALRT, SDA, AND SCL.
図 13. MAX17059 のアプリケーション回路 (2S セルパック )
12
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
I2Cバスシステム
I2Cバスシステムは、単一または複数スレーブ、および単
一または複数マスターのシステムにおけるスレーブ専用デ
バイスとしての動作をサポートします。7ビットのスレーブ
アドレスを独自に設定することによって、スレーブデバイ
スはバスを共有することができます。I2Cインタフェースは、
シリアルデータライン(SDA)とシリアルクロックライン(SCL)
で構成されます。SDAとSCLによって、スレーブデバイス
であるICとマスターデバイスの間で最高400kHzの速度の
双方向通信が実現します。ICのSDA端子は双方向で動作し
ます。すなわち、ICがデータを受信するときはSDAが入力
として動作し、ICがデータを返すときはSDAがオープンド
レイン出力として動作して、ホストシステムが抵抗性プル
アップを提供します。ICは常にスレーブデバイスとして動
作し、マスターデバイスの制御下でデータの受信と送信を
行います。マスターはバス上のすべてのトランザクションを開始
して、SCL信号を生成するとともに、各トランザクションの開
始と終了を行うSTARTビットとSTOPビットも生成します。
ビット転送
各SCLクロックサイクルの間に1個のデータビットが転送
され、このサイクルはSCLがローからハイに遷移したあと
ハイからローに遷移することで規定されます。SDAのロジック
レベルは、SCLのクロックパルスがハイの期間にわたって安
定している必要があります。SCLがハイのときにSDAが変
化すると、STARTまたはSTOP制御信号と認識されます。
バスアイドル
どのマスターデバイスも制御権を持っていない場合、バス
がアイドル(非ビジー)であると定義されます。バスがアイド
ルのときは、SDAとSCLの両方がハイのままになります。
STOP条件は、バスをアイドル状態に戻すための適切な手
段です。
STARTおよびSTOP条件
マスターはSTART条件(S)を使用して、すなわちSCLがハ
イの間にSDA上でハイからローへの遷移を強制することに
よってトランザクションを開始します。マスターはSTOP条
件(P)、すなわちSCLがハイの間にSDAをローからハイに
遷移させることによってトランザクションを終了させます。
STOP に 続 くSTARTと い う シ ー ケ ン ス の 代 わ り に
Repeated START条件(Sr)を使用することによって、バス
をアイドル状態に戻さずに1つのトランザクションを終了し
て別のトランザクションを開始することができます。複数
マスターのシステムでは、Repeated STARTによって
マスターがバスの制御を維持することができます。START
およびSTOP条件は、SCLがハイのときにSDAが遷移する
唯一のバス動作です。
Maxim Integrated
アクノリッジビット
データ転送の各バイトは、アクノリッジビット(A)または非
アクノリッジビット(N)を使用したアクノリッジが行われます。
マスターおよびスレーブであるMAX17058/MAX17059
の両方がアクノリッジビットを生成します。アクノリッジを生
成する に は、 受 信 側 デバイス がアクノリッジ 関 連 の ク
ロックパルス(9番目のパルス)の立上りエッジより前にSDA
をローに駆動して、SCLがローに戻るまでロー状態を維
持する必要があります。非アクノリッジ(またはNAKとも呼ぶ)
を生成するには、受信側がアクノリッジ関連のクロックパル
スの立上りエッジより前にSDAを解放して、SCLがローに
戻るまでSDAをハイにしておきます。アクノリッジビットを
監視することによって、データ転送の失敗を検出すること
ができます。データ転送の失敗は、
受信側デバイスがビジー
の場合またはシステム障害が発生した場合に起きる可能性
があります。データ転送に失敗した場合は、バスマスター
が通信を再試行することになります。
データの並び順
1バイトのデータは最上位ビット(MSb)を先頭とする8ビット
で構成されます。各バイトの最下位ビット(LSb)の後にアク
ノリッジビットが続きます。マルチバイト値で構成されるIC
のレジスタはMSbから順に並びます。マルチバイトのレジ
スタのMSbは、偶数データメモリアドレスに格納されます。
スレーブアドレス
START条件を発行したあとにスレーブアドレス(SAddr)と
読取り/書込み(R/W)ビットを送信することによって、バス
マスターはスレーブデバイスとの通信を開始します。バス
がアイドルのとき、ICはSTART条件に続くスレーブアドレ
スを連続的に監視します。ICが自分のSlave Addressレジ
スタ内の値と一致するスレーブアドレスを受信した場合、
R/Wビットの次のクロック期間にアクノリッジビットで応答
します。7ビットのスレーブアドレスは、6Ch (書込み)/6Dh
(読取り)に固定されています。
MAX17058 /MAX17059
SLAVE ADDRESS
0110110
読取り/書込みビット
スレーブアドレスに続くR/Wビットは、転送における後続の
バイトの方向を決定します。R/W = 0で書込みトランザク
ションが選択され、後続のバイトはマスターによってスレー
ブに書き込まれます。R/W = 1で読取りトランザクションが選
択され、後続のバイトはマスターによってスレーブから読
み取られます(表3)。
13
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
表3. I2Cプロトコルの記号一覧
KEY
DESCRIPTION
S
KEY
DESCRIPTION
START bit
Sr
Repeated START
SAddr
Slave address (7 bit)
W
R/W bit = 0
MAddr
Memory address byte
P
STOP bit
Data
Data byte written by master
Data
Data byte returned by slave
A
Acknowledge bit—master
A
Acknowledge bit—slave
N
No acknowledge—master
N
No acknowledge bit—slave
バスタイミング
これらのICは、最高400kHzまでの任意のバスタイミング
に対応しています。どの速度で動作させる場合も、特別な
設定は必要ありません。
I2Cのコマンドプロトコル
コマンドプロトコルには、数種類のトランザクション形式
が使用されます。最も単純な形式は、マスターによる
STARTビット、スレーブアドレス、R/Wビット書込み、
およびICの存在を示すアクノリッジビットの監視で構成され
ます。より複雑なWrite DataやRead Dataなどの形式
では、データの読取りおよびデバイス固有の動作が実行さ
れます。各コマンド形式のすべてのバイトに対して、次のバ
イトに進む前にスレーブまたはホストがアクノリッジビット
を返す必要があります。表3に、トランザクション形式に
適用される記号一覧を示します。
基本的なトランザクション形式
書込み: S. SAddr W. A. MAddr. A. Data0. A. Data1. A. P
書込みトランザクションは、2バイト以上のデータをICに
転送します。データ転送はMAddrバイトで与えられたメモ
リアドレスから開始されます。アクノリッジサイクル以外は、
トランザクション全体を通してマスターがSDA信号の制御
権を保持します。
読取り: S. SAddr W. A. MAddr. A. Sr. SAddr R. A. Data0. A. Data1. N. P
書込み部分
読取り部分
読取りトランザクションは、2バイト以上をICから転送します。
読取りトランザクションは、書込み部分の後に読取り部分
が続く形の2つの部分で構成されるため、本質的に書込み
トランザクションより長くなります。書込み部分によって読
取り操作の開始位置が指示されます。その直後に読取り部
分が続き、これはRepeated STARTで始まってスレーブアド
Maxim Integrated
レスのR/Wに1がセットされています。スレーブアドレスの
アクノリッジサイクルからあとは、ICがSDAの制御を担当し
ます。アクノリッジサイクル以外は、トランザクション全体
を通してICがSDA信号の制御権を保持します。マスターは、
必要な最後のバイトに対して非アクノリッジで応答すること
によって、読取りトランザクションの終了を通知します。こ
れによって、アクノリッジクロック以後はSDAの制御がマス
ター側に残ることがICに伝えられます。
Write Dataプロトコル
Write Dataプロトコルは、レジスタへの書込みをICのメモ
リアドレスMAddr以降に対して行うために使用します。
Data0はMAddrに書き込むデータを、Data1はMAddr +
1に書き込むデータを、DataNはMAddr + Nに書き込む
最後のデータバイトを表します。マスターは、最後のアクノ
リッジビットを受 信した あとにSTOPまた はRepeated
STARTを送信することによって、書込みトランザクション
の終了を通知します。
S. SAddr W. A. MAddr. A. Data0. A. Data1. A... DataN. A. P
MAddrバ イト がアクノリッジ さ れ た 直 後 に、アドレ ス
MAddrに格納するデータのMSBを書き込むことができ
ます。各バイトのLSBがICによって受信されたあとにアド
レスが自動的にインクリメントされるため、アドレスMAddr
のデータがアクノリッジされた直後にアドレスMAddr + 1
のデータのMSBを書き込むことができます。バスマスター
がアドレス4Fhを超えて自動インクリメント書込みトランザク
ションを継続した場合、ICはそのデータを無視します。有効
な書込みには、両方のレジスタバイトが含まれる必要があ
ります。読取り専用アドレスへの書込みも無視されます。
不完全なバイトおよびICによってアクノリッジされなかった
バイトは、メモリに書き込まれません。
14
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
Read Dataプロトコル
Read Dataプロトコルは、レジスタの読取りをICのMAddr
で指定されたメモリアドレス以降から行うために使用され
ます。レジスタデータが有効であるためには、両方のレジ
スタバイトを同じトランザクションで読み取る必要があり
ま す。Data0はメ モ リ 位 置MAddrの デ ー タ バ イト を、
Data1はMAddr + 1のデータを、DataNはマスターによっ
て読み取られる最後のバイトを表します。
S. SAddr W. A. MAddr. A. Sr. SAddr R. A.
Data0. A. Data1. A... DataN. N. P
データはMAddrのデータのMSBから順に返されます。各
バイトのLSBが返されたあとでアドレスが自動的にインク
リメントされるため、アドレスMAddrのデータに対するアク
ノリッジの直後に、アドレスMAddr + 1のデータのMSBを
ホストが読取り可能になります。バスマスターがアドレス
FFhを超えて読取りを継続すると、ICはデータ値として
FFhを出力します。メモリマップでRESERVEDと記載され
ているアドレスの読取りを行うと、未定義のデータが返さ
れます。バスマスターは、非アクノリッジに続けてSTOPまた
はRepeated STARTを発行することによって、任意のバイト
境界で読取りトランザクションを終了することができます。
型番
PART
TEMP RANGE
PIN-PACKAGE
DESCRIPTION
MAX17058G+
-40NC to +85NC
8 TDFN-EP*
1-Cell ModelGauge IC
MAX17058G+T10
-40NC to +85NC
8 TDFN-EP*
1-Cell ModelGauge IC
MAX17058X+
-40NC to +85NC
8 WLP
1-Cell ModelGauge IC
MAX17058X+T10
-40NC to +85NC
8 WLP
1-Cell ModelGauge IC
MAX17059G+
-40NC to +85NC
8 TDFN-EP*
2-Cell ModelGauge IC
MAX17059G+T10
-40NC to +85NC
8 TDFN-EP*
2-Cell ModelGauge IC
MAX17059X+
-40NC to +85NC
8 WLP
2-Cell ModelGauge IC
MAX17059X+T10
-40NC to +85NC
8 WLP
2-Cell ModelGauge IC
+は鉛(Pb)フリー/RoHS準拠パッケージを表します。
*EP = エクスポーズドパッド
T = テープ＆リール
パッケージ
最新のパッケージ図面情報およびランドパターン(フットプリント)はjapan.maximintegrated.com/packagesを参照してください。なお、
パッケージコードに含まれる｢+｣、｢#｣、または｢-｣はRoHS対応状況を表したものでしかありません。パッケージ図面はパッケージその
ものに関するものでRoHS対応状況とは関係がなく、図面によってパッケージコードが異なることがある点を注意してください。
パッケージタイプ
パッケージコード
外形図No.
ランドパターンNo.
8 WLP
W80B1+1
21-0555
アプリケーションノート1891
を参照
8 TDFN-EP
T822+3
21-0168
90-0065
Maxim Integrated
15
MAX17058/MAX17059
1セル/2セルLi+ (リチウムイオン) ModelGauge IC
改訂履歴
版数
0
改訂日
2/12
1
4/12
説明
初版
バイト順の誤りを訂正
「Absolute Maximum Ratings (絶対最大定格)」の項を更新、CMDのメモリアドレスを
修正
2
6/12
3
8/12
RCOMPとTempCoの式を修正
6/13
スリープモードに移行する条件、絶対最大電圧定格を修正、EnSleepに関するすべての
言及を削除
4
改訂ページ
—
10, 11
2, 9, 12
8
2, 10
マキシム･ジャパン株式会社 〒141-0032 東京都品川区大崎1-6-4 大崎ニューシティ 4号館 20F TEL: 03-6893-6600
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16
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