電源オン時のシーケンスを設定できる回路

2005年2月号

電源オン時のシーケンスを設定できる回路

John Betten

米Texas Instruments社

　ASICやFPGA、DSPは、何種類もの電源電圧を必要とする上に、電源オンの順番に制約がある。I/O回路は通常最も高電圧であるが、多くの場合は、最初にオンにし、続いて他の電源を高電圧から低電圧の順にオンにして、最後に主電源をオンにする必要がある。この際、ある電源が別の電源よりもダイオード降下電圧以上に高くならないようにする必要がある。さもないと、I/O回路からの過剰な戻り電流が、ICを通って低電圧線側に流れ、高価なICを壊してしまう。

　この対策として一般的なのは、電源ライン間に電圧が低くなる順にダイオードを外付けし、高圧側を（低圧側電圧＋ダイオード降下電圧）以内にクランプする方法である。これによって、ICのラッチアップを防ぐのである。ダイオードは、電源オン時に低圧側が高圧側より高くなる瞬間だけ導通するが、高圧側が低圧側のどれよりも高くなったとしても、ダイオードは逆バイアスになって、導通しない。
　もっと適切な方法は、電源コントローラーICにより、電源オン時の電圧シーケンスを精密に制御することである。図1は、簡単なオペアンプ回路と組み合わせたデュアルスイッチング電源で、出力電圧のシーケンスを同時に制御することができる。
　この電源シーケンス回路では、オン時に3つの出力電圧を制御する。各電圧は、その次に高い電源ラインが一定値に達するまで、その電源ラインの電圧値に追随する。
　3.3Vの「マスター」I/O電源（図には示していない）がまず立ち上がるとしよう。3.3Vラインのコントローラーのソフトスタート機能によって、電源電圧はスムーズで直線的に立ち上がる。TPS5120デュアルスイッチング・レギュレーターは、2.5Vと1.8Vを生成する。通常のスイッチング・レギュレーター回路では、R₄およびR₁₀の下側をグラウンドにして、出力電圧を固定値に設定することが多いが、この回路では、両抵抗の下端電圧を、オペアンプの出力が制御している。アンプの出力がゼロの場合は、あらかじめ決めた固定値に電源出力を設定するが、アンプ出力がゼロを超えると、電源出力を設定点よりも低くする。
　2つのオペアンプは反転構成になっていて、その次に高い出力電圧をその入力、つまり「センス」電圧とする。したがって、電源オン時に、3.3V出力が0Vのときは、アンプIC₁の出力電圧はハイになり、TPS5120コントローラーを駆動してその出力を0Vに抑える。2.5V出力も0Vであるため、アンプIC₃の入力電圧を制御し、IC₃の出力もハイになる。3.3V出力が直線的に上昇するに従って、アンプの出力電圧は直線的に下がって0Vになる。
　この結果、2.5V出力は0Vからその最大設定点2.5Vまで上昇する。1.8V出力も同様に、2.5V出力に追随する。アンプ周りの抵抗値は、例えば3.3Vセンス電圧がトラッキング電圧レベル（ここでは2.5V）に達したときに、アンプの出力がちょうど0Vに達するように設定する。こうすれば、センス電圧が2.5Vより高くなっても、TPS5120の出力電圧がそれ以上高くなることはない。アンプの出力電圧はすでにグラウンドレベルで飽和しているからである。
　このような同時トラッキングには、重要な設計条件がいくつかある。アンプのフィードバック比R₅－R₆は、R₁とR₄で決まるフィードバック抵抗分割比に等しくなければならない。それに加えて、TPS5120コントローラーのリファレンス電圧（この例では0.85V）を、アンプの非反転入力に用いなければならない。リファレンス電圧値がこの値と違うと、トラッキング電圧出力はセンス電圧と異なってしまう。さらに、オペアンプは、入力オフセット電圧が低く、出力電圧が少なくともコントローラーのリファレンス電圧の大きさになるものを選ぶ必要がある。
　この例では、電源ラインにまたがったオペアンプがうまく動作している。各アンプの部品はまとめて配置し、配線がノイズ源のそばを通らないようにする。アンプのリファレンス電圧用非反転入力近くに、デカップリング容量を付加してある。TPS5120コントローラーのソフトスタート容量は小さい値にして、コントローラーの立ち上がりが3.3Vセンス電圧よりも原理的に速くなるようにしてある。ソフトスタート容量が大きいと、出力に高速で追随することができない。逆に小さ過ぎると、電源オン時に、出力電圧がオーバーシュートする恐れがある。
　図2は、3つの同期型降圧コンバーターのセンス電圧の変化である。3.3Vがマスターとして働き、2.5Vと1.8Vはそれぞれの高電圧側に追従している。1.8V出力に対するセンス電圧を、2.5Vではなく、3.3V出力に設定してもよく、やはり、立ち上がり時に良好な直線的特性が得られる。
　この回路は、リファレンス電圧と、ソフトスタート容量、出力電圧抵抗分割回路に外部から接続できる電源コントローラーならば、どれにでも付加することができる。

「design ideas」への寄稿のお願い

米国EDN誌の日本語版「EDN Japan」は、米EDN誌と同様に「電子技術者の仕事に役立つ」誌面作りをモットーに掲げ、米EDN誌で注目を集めた記事の翻訳のほか、日本国内で独自に取材し執筆した記事を掲載して行く予定です。弊誌「EDN Japan」では、「design ideas」と呼ぶ1ページ前後のコラムを毎号6ページ～8ページ掲載しています。これは、米EDN誌の「名物コラム」で、電子回路設計などの現場で働く電子技術者の皆様からのご寄稿により成り立っています。そこで半導体メーカーや電子機器メーカーの電子技術者のほか、大学などの研究者、一般の方（コンサルタント業務に携わる方など）の皆様からの「design ideas」へのご寄稿を募集します。

【記事内容】
・	電気/電子回路の新たな提案とその説明。
・	半導体製品に組み込まれた新たな回路の紹介。
・	半導体/電子部品の面白い使い方。
・	半導体/電子回路の性能を引き出す、あるいは部品の弱点を補う回路の提案。など。
上記以外のテーマについては、別途ご相談ください。

【原稿の長さ】
・	原則として1～2ページ。文字数は約1000～1500、図版は1～3点程度です。

【原稿料】
・	採用原稿に対して、400字当たり3000円（税込み）。

【注意点など】
・	未発表のものに限定します。
・	ご寄稿いただいた原稿は、EDN Japan誌で選考させていただき、採用/不採用を決めさせていただきます。
・	掲載した原稿の著作権はEDN Japan誌に帰属します。
・	ご寄稿いただいた原稿は、EDN Japan誌のほか、米国EDN誌やEDN Asia誌、EDN China誌、EDN Europe誌に掲載される可能性があります。

原稿のご寄稿ほか、ご質問・ご要望などはこちらまで。


雑誌無償購読申込み	ニュースレター登録	この記事に対する感想/ご意見


	Reed Electronics Group
	Electronic BUSINESS Japan　\|　Design Ｎews Japan　\|　Semiconductor INTERNATIONAL　\|　DETAIL JAPAN


	EDN Japanについて　\|　広告掲載について　\|　サイトマップ　\|　お問合せ

		Copyright (C) 2000-2007 Reed Business Information Japan K.K.

	個人情報に関する方針　\|　著作権・リンクについて　\|　会社情報