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designideas
2005年2月号
負電圧電源をロジック信号でオン/オフする

Michael English 米Micrel Semiconductor社
　ロジック信号によって負電圧電源を素早くオン/オフする必要があるときに、図1の回路が役立つ。MIC4451は本来、大電流MOS FETのゲート駆動用であるが、ここでは別の使い方をする。
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　相補型出力の低オン抵抗MOS FETスイッチとして、ロジック信号駆動により、システムの電源ラインの接続を負入力電圧とグラウンドとに切り換えることができる。MIC4451は、わずかなヒステリシス特性を持つ入力バッファーと、最終的に大電流出力段を駆動するロジック・インバーター/バッファー数個で構成されている。
　図2は、MIC4451のブロックダイアグラムである。出力部のnおよびpチャネル素子のオン抵抗は約1Ω。それゆえ、出力は100mAの負荷を100mV以内の電圧降下で負電圧電源に接続することができる。ロジック信号を反転させる必要がある場合は、非反転タイプのMIC4452を用いる。
　図1は、MIC4451のTTLレベルへのインターフェースで、レベル変換にコモンベースpnpトランジスターを用いる。Q1のエミッタ電流の概略値は、IE＝（VTTLH−VBE）/R1≒（2.4−0.65）/R1（VTTLHはTTLのハイレベル2.4V）である。IEはTTLの仕様に従って≦400μAとなるので、IE＝（2.4−0.65）/R1≦400μAとなる。
　R1について解くと、R1≧1.8V/400μA＝4.5kΩが得られる。MIC4451のVIH（ハイ入力の最低許容値）ロジックレベル仕様は、2.4Vである。べース電流を無視してIC≒IEとすると、R2IC≧2.4Vとなる。ここで、MIC4451の入力電圧VIHは、グラウンド端子を基準に決められていることに注意されたい。R2は、R2＝2.4V/IE＝2.4V/0.4mA＝6kΩ（最小）となる。
　R1およびR2の実際の値は、上で計算したワーストケースの限界値よりも、若干高く選んでも問題ない。そこで、R1＝5.1kΩ、R2＝7.5kΩとする。誤差1％の抵抗器を用いれば、全温度範囲にわたってワーストケースのロジックレベルを保証することができる。
　図3（a）と図3（b）は、TTL駆動の場合のオン/オフ時の状況である。立ち上がり/降下時間は、出力バイパス容量とMIC4451のオン抵抗によって決まる。
　図4は、正電圧電源を検出する簡単な回路である。検出しきい値V＋はツェナーダイオードD1の降伏電圧、Q1のVBE、各抵抗の値、およびMIC4451の入力しきい値によって決まる。ベース電流誤差を無視すると、Q1のコレクタ電流の概略値は、IC＝IA−IBすなわちIC＝｛（V＋−VZ−VBE）/RA｝−VBE/RBとなる。
　V＋＝7Vとし、5.6Vのツェナーダイオードと図4の部品値を用いると、ICについて解くことができ、IC＝（7−5.6−0.65）V/1.8kΩ−（0.65V/3kΩ）＝（0.416−0.216）mA＝0.200mAが得られる。MIC4451の入力しきい値は標準で1.5Vであるので、この回路はRCIC＝1.5Vのときに作動し、RC＝1.5V/0.2mA＝7.5kΩとなる。
　図5は、正電圧電源検出による負電圧電源スイッチのオン/オフ動作の詳細である。
　以上のように、高速MOS FETゲート駆動用ICの新しい用途として、負電源のスイッチ回路に利用することができる。MIC445xファミリーを用いれば、ロジック信号と容易にインターフェースを取ることができる。簡単な回路を用いて、正電源電圧のレベルを検出し、正電圧があるしきい値を超えたときに、負電源をオンにすることができる。
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