2 提案する回路の原理

提案するソリューションは、表 2-1 に示す EN のロジック・スレッショルド電圧の特別な性質を利用します 。

• V_IN > 1.8V または V_OUT > 2.2V のとき、EN ロジック High のスレッショルド V_{EN_H} は 1.2V です。
• デバイスが動作を開始した後、EN ロジック Low の標準スレッショルド V_{EN_L} は標準値 0.42V、最小値 0.35V、最大値 0.42V です。

提案するソリューションの概略回路図を、図 2-1 に示します。動作原理の詳細を以下に示します。

• 最初は、V_IN < 1.7V で、V_OUT = 0V です。デバイスはシャットダウンし、VIN と VOUT が切断されます。NMOS Q1 がオフになり、EN ピン V_EN の電圧は V_IN と同じになります。
• V_IN が標準値の 1.7V (最大値 1.8V) より高くなり、EN の電圧がロジック High のスレッショルドより高くなると、デバイスは動作を開始します。EN のロジック High のスレッショルドは標準値 0.95V で、最大値は 1.2V です。V_EN = V_IN > 1.7V なので、デバイスはソフト・スタート・プロセスを開始します。ソフト・スタート・プロセスのとき、デバイスは最初に V_OUT を V_IN に近づけた状態でプリチャージしてから、出力をより高い電圧に昇圧するように切り替えます。
• V_OUT が 2.2V より高くなると、VIN ピンの UVLO 値が標準値の 0.4V に変更され、EN のロジック Low スレッショルドが 0.42V に変更されます。R5、R6、C2 があるので、Q1 のゲート電圧はまだターンオンには低すぎるため、V_EN はまだ V_IN と同じ値です。
• V_OUT が設定値まで上昇し、Q1 がオンになると、EN ピンの電圧はEquation1 で定義されるようになります。
  Equation1.
• VIN が低下し、V_EN が標準値の 0.42V よりも低くなると、デバイスはシャットダウンします。V_OUT は負荷によって放電されます。Q1 がオフになった後で、V_EN は再度 VIN と同じ値に戻ります。ただし、V_IN < 1.7V の場合、デバイスはオフのままです。

図 2-1 提案する回路の回路図

前述の分析に基づき、この方法で設定される UVLO 値は 1.7V より低い必要があります。

R5、R6、C2 の機能は、VOUT の準備が整うまで Q1 をオフのままにすることです。ただし、設定電圧で出力電圧が安定した後は、Q1 をオンにする必要があります。安定状態でのゲートからソースへの電圧は、Equation2 で定義されます。この値は、設計マージンを確保するため、MOSFET のゲートからソースへのスレッショルド電圧より 10% 高くする必要があります。

Equation2.

ここで

• V_GS(th) は、MOSFET のゲートからソースへのスレッショルド電圧です
• V_OUT は出力電圧の設定値です

R5、R6、C2 の時定数は Equation3 によって定義されますが、デバイスのスタートアップ時間 - 700μs (標準値) とすることを推奨します。

Equation3.

外部制御ロジック・ピンを使用して昇圧コンバータをシャットダウンする方法を、図 2-2 に示します。CTRL が High のときデバイスはシャットダウンし、CTRL が Low のときは、提案する回路によってデバイスが制御されます。CTRL 信号がオープン・ドレイン出力をサポートできる場合は、EN ピンに直接接続できます。この場合、CTRL が Low ロジックのとき昇圧がオフになり、CTRL がオープン・ドレインのときは提案する回路によって制御されます。

図 2-2 提案する回路を I/O でシャットダウンする方法

出力電圧が 5V に設定され、新しい UVLO 電圧が 1.2V と想定すると、提案する回路のコンポーネントの詳細な設計は次に示すようになります。

• R3 を 1MΩ に設定すると、Equation1 から R4 は 538kΩ になります。表 2-1 のスレッショルドの変動を考慮すると、新しい UVLO の値は最小値 1V、最大値 1.29V になります。
• Q1 として CSD13381F4 を選択します。このデバイスは、ゲートからソースへのスレッショルド電圧 V_GS(th) の標準値が 0.85V、室温での最小値が 0.65V、最大値が 1.1V です。V_GS(th) の過熱による変動を考慮して、MOSFET を安全にオンにするには、ゲートからソースへの電圧を 1.2V より高くする必要があります。Equation2 に従って、R5 は 1MΩ、R6 は 359kΩ を選択します。
• R5、R6、C2 の時定数として 700μs (TPS61022 の起動時間) を選択すると、Equation3 から C2 は 2.6nF になります。

外付け部品の値を、図 2-3 に示します。

図 2-3 提案する回路の部品の値