ステップアップコンバータ HT77xxA を規格外で使うお話 (6)

コメントにカレントミラーを使う提案がありましたので，実験してみました．

この記事は，メーカが想定している使用例に従わない方法で半導体を使用した，私の個人的な実験メモです．このようにメーカが推奨しない使い方をした場合，結果について誰も保証することはできません．そのため，ご自身の責任の範囲で実験する以外の用途には使用なさらないでください．また，この記事で述べた使い方について，メーカに質問することもご遠慮ください．

動機：電流センス抵抗での損失を減らしたい

この図は，電流制限抵抗での電圧降下をそのまま電流センスに使用した回路です．簡単なのですが，電流センス抵抗での電流が大きいために，損失が大きくなります．ただ，この位置に挿入する限り，電流値を減らすことも，電圧降下を減らすことも出来ず，結果として損失を減らせません．

カレントミラーでセンス電流を減少させる

カレントミラーは，二つの端子に流入（または流出）する電流値を等しくする回路です．単純に電流値を等しくするだけではなく，トランジスタの比率を変えることによって，もとの電流に比例した電流値を作ることができます．

早速回路図です．HT7733A が生成する高電圧で5個のLEDを点灯させるところまでは同じですが，この回路では，電流センス抵抗の代わりにNPNトランジスタ（2SC1815）が入っています．回路図では，トランジスタ1個として書いてありますが，実際には，トランジスタ5個のそれぞれの端子を並列に接続しています．

2SC1815の右には，もう一つ2SC1815がありますが，このトランジスタは，並列接続していません．このカレントミラーでは，左のトランジスタに流入した電流の5分の1の電流を右のトランジスタから引き込みます．実測では，12mAと2.6mA（4.6分の1）でした．

2.6mAの電流は，PNPトランジスタ（2SA1015）から引き出されます．左側の2SA1015も3個のトランジスタを並列接続しています．右側の2SA1015からは，左側の2SA1015から流出する電流の3分の1の電流が流出します．実測では，2.6mAと1.35mA（1.9分の1）でした．

このように，LEDに流れる電流は，理論上15分の1の電流となって，2.2kΩの抵抗に流入し， HT7733A に電流値情報としてフィードバックされます．

この回路の利点は，カレントミラーでの電圧降下が0.6Vと低いために，HT7733Aが必要最低限の電圧を生成することです．電圧が低く抑えられれば，損失も減らすことが出来ます．欠点は，トランジスタを並列にすることで，実装面積が広くなることです．また，ディスクリートなトランジスタで組んだ場合，トランジスタ間のバラツキがあるため，正確な電流倍率が得られません．もちろん，正確な倍率を提供するための回路にすることは出来ますが，素子数が増えて煩雑になります．

さて，この回路では，LEDに20mAの電流を流すつもりでいたのですが，あいかわらず，制御電圧が3.3Vまで達しないままで，思い通りの電流値にはなってくれません．何とかならないものでしょうか．

参考文献

スイッチング電源設計入門

• 作者: 佐藤 守男
• 出版社/メーカー: 日刊工業新聞社
• 発売日: 1998/11
• メディア: 単行本

定本 トランジスタ回路の設計―増幅回路技術を実験を通してやさしく解析

• 作者: 鈴木 雅臣
• 出版社/メーカー: CQ出版
• 発売日: 1991/12
• メディア: 単行本

コメント 3

カレントミラーはPNP１組でいいです。
PNPのエミッタ側に抵抗を入れることで電流比を設定します
（できれば２つのTRは熱結合)
ベース・コレクタ接続側にLEDを入れれば大体１V降下くらいで
20mA行けるはずです。

by ぱど (2010-08-03 00:41) 

ぱどさん、コメントありがとうございます。

半導体内部で使用するカレントミラーのイメージでトランジスタを並べる方法で組んでしまいました。エミッタ抵抗で比率を変えれば良かったのですね。

さっそく、次のネタに使わせてもらいます。
by noritan (2010-08-03 11:19) 

アナログではなくてマイコン制御はどうなんでしょうか？ADCとPWMで実用的ですし、精度を上げたいのであればコンパレータを使用する手もあります。あと、シャント抵抗を下げるにも検出電流が数十ミリアンペアだと苦しいですね。。
by twitter.com/kam_ma_lay (2010-08-15 18:21)