PSoC/SMP電流増強の考察

SMPの出力電流増強アプリケーションであるAN2349は外付け部品が多く、スイッチングコンバータ制御ICを追加するのと比較してメリットが少ない。
PSoCのSMPの機能を有効利用して部品点数を削減しながら、高出力電流を達成する回路構成を検討したが、芳しくなかった。


Switch Mode Pump(SMP)


バッテリー動作を想定した多くのマイコンでは、バッテリの本数を減らすための方法として低電圧動作を可能とするように設計されています。
例えば、PIC12F683では、動作周波数が8MHz以下の条件では、2.0Vから動作します。これは、1.5V電池2本を直列にしたときに1本あたり1.0Vまで使う場合の電圧に相当します。


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fig.1: PIC12F683の電源電圧-動作可能システムクロック領域


一方PSoCは、Switch Mode Pump(SMP/スイッチモードポンプ)と呼ばれる電源電圧の昇圧機能で、低電圧電源動作を実現します。数本の電池から安定化された3.3Vや5Vの電源電圧を生成することが出来るため、消費電力が低いながらも安定化された電源を要求するモジュールなどを使うときに便利です。


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fig.2: SMPの回路構成


AN2349


SMPの電流増強のアプリケーションとしてAN2349が挙げられます。AN2349では、外部に低ON抵抗のMOSFETと反転ゲートドライバを追加することにより出力電流の増加を実現しています。


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fig.3: AN2349の回路構成


しかしながら、最終的な外付け部品がIC、FET、インダクタ、SBDとなり、スイッチングコンバータ専用ICを使う場合と比較して実装面積的にはあまりメリットがありません。

PNPトランジスタ


SMP端子の有効利用を考える際に問題になるのが、「1.3MHz固定のスイッチング周波数」と「出力論理」の二つです。
出力論理に関しては、Nch-MOSFETを接続するためには論理反転を行わなければなりません。また、1.3MHzという比較的高いスイッチング周波数を考えると、ゲートドライブにはそれなりの回路が必要です。

そんなわけで、インバータもゲートドライバも必要ないPNPトランジスタをスイッチとして採用してみたらどうかと思い実験してみました。


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fig.3: PNPトランジスタを使ったSMP


結果は惨敗。
昇圧そのものはできましたが、無負荷状態でも入力電流が1Aと言うとんでもない事態に。

この回路は、SW1を切り替えることによって普通のSMPの実験もできるようにしました。
次回から普通のSMPの特性試験を行っていこうと思います。

関連エントリ




参考URL




参考文献




付録


このエントリで使用したBSch3V形式回路図ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。


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