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designideas
2004年3月号
実装面積が小さい正負の電圧発生回路

レイモンド・チェン 米リニアテクノロジー社
Raymond Zheng Linear Technology Corp.
 負の電圧を発生させる電源は、携帯型電子機器でよく使われている。その需要は増大している。正の入力電圧から負の電圧を生成することは複雑で、高価になる場合が多い。特に、正負の電力出力が必要な場合がそうだ。
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 図1に示した回路は、1つのチャージ・ポンプ回路を使って、電圧インバーターと電圧ダブラーの両方の機能を実現したものだ。5〜6Vの電圧を入力し、これから安定化された −5Vの出力と、安定化されていない10Vの出力が得られる。必要な部品は、SOT-23封止のチャージ・ポンプIC(IC1)と、5個の表面実装型セラミック・コンデンサー、2個のダイオードだけである。インダクターは不要だ。
 6Vを入力した場合、この電圧インバーターは−5V±5%の電圧を出力する。供給電流は最大100mA。電圧ダブラーの出力は10.5Vで、出力電圧誤差は±7%。出力電流は最大50mAである。電圧インバーター出力の電圧安定度(レギュレーション)は、(VIN−5)>(IOUT×ROUT)の関係式で求まる。図2に示したグラフを使えば、VIN=5VにおけるROUTとIOUTを決定できる*1)。この不等式を満足しない値に設定すると、IC1はオープン・ループ・モードで動作するようになる。この結果、低出力インピーダンスの電圧インバーターとして機能する。出力電圧は、VOUT1=−(VIN−(IOUT×ROUT))である。電圧ダブラーの出力は、VOUT2=2VIN−2VDで決まる。ここでVDはダイオードの順方向電圧降下である。
 図3は回路全体の効率を表したグラフである。広い出力電流範囲で81%を超え、ピークは約85%である。図4は、電圧インバーター回路における、出力電圧の安定化度(レギュレーション)と出力電流の大きさとの関係を示したものだ。なおIC1は、短絡保護と過熱保護の機能を搭載している。

用語解説 / 会社情報
*1)
VINが5V以外における、ROUTとIOUTの関係は「LTC 1983」のデータ・シートを参照。リニアテクノロジー社のホームページは、http://www.linear.com/
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