990514 Application Note No.103 S-8330一石 15/-9V 8ビット･プログラマブル電源 S‑8330シリーズ携帯機器に多く使われるLCDパネルの電源は、通常バッテリー電圧より高い正電圧を必要とするため、昇圧回路が必要になります。昇圧回路は、パネルのコントラスト調整を行なうために昇圧した正電圧の値を外部で調整できることや、パワーオフによる残像を防止するために正電圧を0Vに放電する機能が要求されます。またSA方式(smart addressing)やMLA方式(multili ne addressing)などの駆動方式では、外部で調整された正電圧の値に連動する負電圧電源も必要となります。ここでは、LCDパネル電源の構築に適したICである S‑8330を用い、以上の機能を実現した電源回路を紹介します。 ●S‑8330の基本動作 S‑8330は、出力電圧調整用電子ボリュームおよびスイッチングトランジスタを内蔵したPWM制御昇圧型スイッチングレギュレータICです。図1にS‑8330の基本動作回路を示します。内蔵スイッチングトランジスタ(Msw)をオンオフすることで、インダクタ(L)にエネルギーを蓄え出力に放出し、高い正電圧を発生させ、S‑8330のVOUT端子が電子ボリュームで設定した電圧値になるように、内蔵スイッチングトランジスタのオン時間をコントロールします。スイッチングの周波数は固定で、50kHz(S‑83 30B)と180kHz(S‑8330A)の2種類があり、おおむね負荷電流が1mA未満で50kHz,1mA以上で180kHzを選びます。出力正電圧値は、電子ボリュームにより8bitの分解能で12Vの範囲を可変でき、最大出力電圧が20〜3 0Vから2Vステップで製品を選べます。電子ボリュームは、図2に示しますように8bitのシフトレジスタと8bitのラッチを備えており、VCLKの立ち上がりエッジでVDINのデータをシフトレジスタに記録させていき、VSTRBを一度HiにすることでデータをラッチしVSTRBをLoに戻すことでデータを保持します。またVCLK=VSTRB=Hiにてリセットされ最小出力電圧に設定されます。パワーオフ機能は、S‑8330のON/OFF端子をLoにすることで行なえ、内蔵スイッチングトランジスタ(M sw)を常時オフおよび内部回路をオフし消費電流をほとんどカットします。またS‑8330内蔵のNchトランジスタ(Mdc)がオンしますので、外にてダイオード(D)と正電圧出力間の外付けトランジスタ(M1)をオフさせることで、出力コンデンサ(CL)の電荷をディスチャージし正電圧出力を0Vにできます。この回路例では、小信号用トランジスタ(M2)を用い、ON/O FF端子のLo信号に連動して、外付けトランジスタ(M 1)をオフさせます。ツェナーダイオードZDは、外付けトランジスタ(M1)のゲート・ソース間に耐圧以上の電圧が加わらないように電圧をクランプするためのものです。 ●15V/‑9V電源への応用 S‑8330の外付けにトランスを使用することで、SA, MLA方式で必要な正電圧、負電圧を得られます。図3にフライバック構成にて正負電圧を出力する15 V/‑9V電源回路を示します。基本動作は、S‑8330内蔵スイッチングトランジスタ(Msw)がオンにてトランス(T1)の1次側に電流を流しエネルギーを蓄積し、オフにてトランスの2側と3次側からエネルギーをそれぞれの巻線比に比例して出力に放出し、正電圧や負電圧を発生させます。出力正電圧値はS‑8330のVOUT端子を正電圧出力＋V OUTに接続することで安定化しており、出力負電圧値はトランスの2次側と3次側の巻線比によって決まり安定化します。トランスの2次側の巻線数をn2、3 次側の巻線数をn3とすると、出力負電圧値‑Voutは − Vout = − D M1 松下/MA720 CONT Ｓ−８３３０Ｂ３０ VIN ZD 02CZ15 VOUT +VOUT 正電圧 NEC/ 2SJ356 VDIN VCLK VCLK Cin − VSTRB 電子ﾎﾞﾘｭｰﾑ + ‑ ＰＷＭ制御回路ＶＲＥＦ VIN 設定ＣＲ発振回路 MSW RESET VSS Mdc 8‑bit ｼﾌﾄﾚｼﾞｽﾀ VDIN ＋･･･(1) で決まりますので、出力負電圧値‑Voutは出力正電圧値＋Voutと連動することになります。この電源回路は、トランス(T1)により特性が大き L 村田/LQH4N/100uH n3 × +V o u t n2 RA: RB: 500k Ω 1M Ω ON/OFF M2 ＋ LCD ﾊﾟﾈﾙ CL −ﾆﾁｺﾝ/ F93/ 100u RESET VSTRB READ 8‑bit HOLD ﾗｯﾁ電子 VOUT ﾎﾞﾘｭｰﾑ図１ S-8330 基本動作回路 Seiko Instruments Inc. 図２電子ボリューム回路 1 S-8330一石 15/-9V 8ビット･プログラマブル電源く変わりますので、選定のポイントを説明します。まずトランスの1次側のインダクタンス値がS‑8330A 使用の場合は22〜100µH,S‑8330B使用の場合は47〜2 20µHになるようトランスの1次側の巻線数n1を決めます。図3の例ではS‑8330Bを使用し1次側のインダクタンス値を100µH程度に設定しました。内蔵スイッチングトランジスタがオンしトランスの1次側に電流が流れる状態にて、トランスの2次側および3次側には下式(2),(3)であらわされるV1,V2 電圧が発生します。 V1= n2 × + VIN n1 ･･･(2) V2 = n3 × + VIN n1 ･･･(3) より0Vにすることが可能になります。この回路では、出力正電圧値と出力負電圧値の比の精度はトランスに依存しますので、精度には限界があります。一般に精度を要求される場合には、この回路の正電圧出力と負電圧出力の間に0Vを基準とした反転増幅器を追加して負電圧を作り出したり、負電圧出力に負電圧3端子レギュレータを追加するなどの対応が施されます。図3回路は、15V/‑9V出力,負荷0.5mAでの高効率をターゲットとした設定です。このときの効率特性を図4に示します。 S-8330B ﾄﾗﾝｽ：ｽﾐﾀﾞ CEE93 6375-002(ﾉﾝｷﾞｬｯﾌﾟ )使用 80% このV1,V2がダイオードD1,D2にかかりますので、ダイオードの逆耐圧特性に注意して選定します。内蔵スイッチングトランジスタがオフしトランスの2次側と3次側に電流が流れる状態では、トランスの1次側に電圧が発生し、S‑8330のCONT端子には下式(4)であらわされるVCONT電圧がかかります。 VCONT = n1 × + Vout + VIN n2 VIN=2.8V VIN=3.8V VIN=5V 効率 η(%) 70% 60% 50% 40% 0.01 ･･･(4) 0.1 1. 出力電流 I OUT(mA) 図４このVCONTがS‑8330のCONT端子の耐圧33Vをこえないよう、トランスの1次側の巻線数n1とトランスの2 次側の巻線数n2の比を決める必要があります。またトランスの特に2次側と3次側の巻線比ずれが出力負電圧値ずれに大きく効いてきますので注意が必要です。一般にトランスのコアにはギャップを設けますが、ギャップが大きいと巻き方によるずれが大きく影響してくるようなので、できればギャップがないものをおすすめします。パワーオフは、S‑8330のON/OFF端子をLoにすることで行なえます。パワーオフにてS‑8330内蔵のNch トランジスタ(Mdc)がオンし、正電圧出力を0Vにします。負電圧出力側は、外付けの小信号用トランジスタM1,M2,M3および抵抗R1の回路を付加することにトランスｽﾐﾀﾞ/CEE93 VOUT VIN Ｓ−８３３０Ｂ２４ VDIN ＋ Cin − VCLK VSTRB VIN 電子ﾎﾞﾘｭｰﾑ + ‑ ＶＲＥＦ 15V に設定 ON/OFF T1 M1 +VOUT 正電圧 D1 松下/MA720 CL1 ＋ 2 次側ﾆﾁｺﾝ/ 20 F93/10u − RESET ＰＷＭ制御回路 Mdc ＣＲ発振回路 Msw CONT 1 次側 10 VSS 10. R1 100k 3 次側 12 D2 松下/ MA720 M2 M3 LCD パネル CL2 ＋ﾆﾁｺﾝ/ F93/ − 10u 負電圧 ‑VOUT 図３ 15V/-9V 電源回路 Seiko Instruments Inc. 2