微小電力で動作する電圧低下検出回路

2003年12月号

微小電力で動作する電圧低下検出回路

ヨンピン・シャー	米ナブコム・テクノロジー社
Yongping Xia	Navcom Technology, Inc.

　電池の電圧低下を検出する回路は、消費電力をなるべく小さく抑えたい。例えば、端子電圧が9Vでエネルギー容量が450mAhのアルカリ乾電池を考えてみよう。電圧低下検出回路で50μAの電流を消費すると仮定する。この消費電流だけで、1年強で電池のエネルギーをすべて使ってしまう計算になる。
　電池で駆動する機器は長期間の連続動作が必要だ。電圧低下検出回路の消費電力を最小限に抑えれば、機器の連続動作時間を延ばせる。図1は、微小電力で動作する電圧低下検出回路である。9Vの電池用に設計した。電圧低下を検出するしきい値電圧は6.5Vに設定してある。電池の端子電圧がしきい値電圧より低くなると、赤色 LED＊（D₂）が周期的に点滅する。
　この回路の消費電流は、電池の端子電圧が最大（9V）のときに1.4μA、検出しきい値電圧（6.5V）のときに1.0μAと小さい。平均消費電流を1.2μAと仮定すると、この回路が4年間連続で動作しても合計の消費電流は42mAhと小さい。これは電池のエネルギー容量の10％未満である。
　低電圧の検出には、低消費電力の比較器IC 「LTC1540」（IC₁）を使った。1.18Vの基準電圧源を内蔵している。電池の端子電圧を、R₁とR₂および正帰還抵抗R₃からなる回路で分圧する。分圧した端子電圧は、比較器ICの非反転入力端子に入力する。正帰還をかけることで、比較器ICにヒステリシス分を与えている。比較器ICの反転入力端子には、基準電圧源から遅延回路を介してバイアス電圧を印加する。遅延回路はR₄とC₁で構成した。
　比較器ICの非反転入力端子の電位は、電池の端子電圧が9Vのときに約1.62Vである。このとき、比較器ICの出力の論理値は高レベルになる。従って、D₁とD₂に電流は流れない。
　電池の端子電圧が6.5V以下になると、非反転入力端子の電位は反転入力端子の基準電圧を下回る。このため、比較器ICの出力の論理値は高レベルから低レベルに切り替わる。この結果D₂は導通し、点灯する。
　比較器ICの出力の論理値が高レベルから低レベルに切り替わると、非反転入力端子の電位は0.58Vに低下する。するとC₁は、蓄えていた電荷をD₁とR₆を通して放電する。反転入力端子の電位はC₁とR₆で決まる時定数にしたがって急速に低下する。R₆の抵抗値がR₄よりもはるかに小さいからだ。反転入力端子の電位が0.58V以下になると、比較器ICの出力の論理値は再び切り替わり、高レベルに戻る。すると、非反転入力端子の電位は1.18Vに高まる。この結果、D₂は消灯し、D₁は逆方向にバイアスされる。その後、基準電圧源はR₄を介してC₁を充電し始める。反転入力端子の電位が再度1.18Vまで高まると、D₂は再度点灯する。これを繰り返すことでD₂は点滅を続ける。
　D₂が点灯している時間はC₁とR₆によって決まり、消灯している時間はC₁とR₄によって決まる。今回の設計では、電池の端子電圧が6.5Vのときに点灯時間が20ms、消灯時間が10秒である。点灯時にD₂に流れる電流は、（6.5V－1.8V）/2.2kΩ=2.1mAである。この電流の平均値は、（20ms×2.1mA）/10秒=4.2μAになる。

用語解説 / 会社情報

【LED】
light emitting diode
発光ダイオード

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