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9V 8ビット・プログラマブル電源 - Seiko Instruments

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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
ボリ
ューム
+
‑
PWM
制御回路
VREF
VIN
設定
CR発振回路
MSW
RESET
VSS
Mdc
8‑bit
シフトレジスタ
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
パネル
CL
−ニチコン/
F93/
100u
RESET
VSTRB
READ
8‑bit
HOLD
ラッチ
電子
VOUT
ボリューム
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:スミダ
CEE93 6375-002(ノンギャップ
)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
スミダ/CEE93
VOUT
VIN
S−8330B24
VDIN
+
Cin
−
VCLK
VSTRB
VIN
電子
ボリ
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
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