バッテリの直列/並列切り替え回路の検討

1.5Vの電池1本でPICを動かす(2ちゃんねるPIC専用のスレPart32より)で紹介した最後のレスに

PICを1.5Vで動かす話で、どっかのHP (どこか忘れた)に起動時電池2本を使って、動き出したら電池1本に切り替えて動かす話があったのを思い出した


という話が出ていたので、起動時にはバッテリーを直列に、起動後は並列に切り替える回路を検討してみました。(が、どうしたものかという感じです。)


001_20110507051158.png

fig.1: 直列並列切り替え回路



低電圧・低消費電力という壁


原理的にはfig.1の回路で実現できます。
スイッチを閉じると電池が直列接続となり、スイッチを開くと電池が並列接続となります。

ただ、理想はともかく現実はそんなに簡単では無いでしょう。
今回の目標は、マイコン回路で、電源電圧を低くすることによる低消費電力化とそれを半自動的に実現するということです。
問題となるのは、以下の二点でしょう。

  • 並列時接続時のダイオードの順電圧
  • スイッチとしてどの素子を使うか


ダイオードの順電圧


並列接続時には1.5Vの電池からダイオードの順電圧分だけ低い電圧が、電源電圧として取り出されることになります。
通常のシリコンダイオードの順電圧が0.6Vとすると、電源電圧は0.9Vとなってしまいます。順電圧が0.3Vのショットキーバリアダイオードを使ったとしても1.2Vで、これでもまだ損失が大きいです。出来ればFETを使用したい。


002_20110507051158.png

fig.2: PICの出力FETを電源ラインにしてしまう


そこでfig.2のような方法を考えてみました。ダイオード(D1,D2)の代わりに、マイコンの出力端子をオンにし、VCCやGNDと接続してしまおうという考えです。

言うまでも無いですが、とんでもない邪法ですね。
もちろん、素直に、外部にFETを接続するという方法もあるでしょう。

スイッチ素子


ダイオードの順電圧よりも、さらに悩ましい問題が切り替えスイッチとしてどのような素子を選択するかということです。

条件としては

  • マイコンから制御できるスイッチである
  • 電源投入時に閉じている(Normally Close:NC)
  • 低消費電力
  • 低電圧動作
  • 正/負どちらもVCC/GNDから浮いている状態で使える


といったところでしょうか。


003_20110507051158.png

fig.3: 動作電圧が低く消費電力の低いリレーがあれば・・・


イメージとしてはfig.3ですが、リレーは通常は消費電力が高く、今回の用途では(並列接続動作の方が主要だと思われるので)リレーに電流を流している時間が長くなり、低消費電力という目的から考えると不満です。
低電圧動作させなければならないというのもネックでしょう。

余談:低消費電力≠低電圧


ふと思いついたので、メモ。
たまに、消費電力が小さいことと、動作電圧が低いことをごちゃまぜに考えている人がいるようです。

電圧は文字通り電圧で、電力は(電圧)×(電流)です。
したがって、電圧が低くても、電流が大きければ、トータルの電力が大きくなるということはありえます。

低電圧化と低消費電力化は、全く関係が無いとはいえないものの、別の概念であることは確かなので、自分が何を目標に設計をしているのかは、きちんと把握をしておかなければなりません。

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tag: PIC トランジスタ 

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ラッチングリレーなら動く…かな?

 切り替え時の時しか電力を必要としない、ラッチングリレーがあります。
 たとえばこの製品は、200mWを5msで切り替わるはず。
http://www.omron.co.jp/ecb/products/pry/111/g6a_2.html
 ただし、さすがに1.5Vでは動かないかも。3V定格品は、動作電圧70%以下なので、2V100mAなら動きそうですが、さすがに半分の1.5Vは、実験してみないとわかりませんし、個体差がでてきたりしそうです。

1.5VでONになるMOSFETも入手が難しいですよね…

Re: ラッチングリレーなら動く…かな?

UTiCdさん、こんにちは。
ウラン・チタン・カドミウムで「うちかど」さん、でしょうか。
素敵なハンドルネームですね。

ラッチングリレーって、名前は聞いたことありましたが、自己保持させてるだけだと思ってました。
電力を消費しないのは便利ですね。

ただ、まあ、マイコンが動作しなくなるギリギリ直前の電圧で動作するスイッチでは無いでしょうね。
というか、そう考えると今回のエントリの目的自体が、そもそもナンセンスだともいえますが。
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