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CMOS シリーズレギュレーターの種類と特性

1.まえがき
0.96インチ OLEDのインターフェイス基板を調べてみると、3.3Vのシリーズレギュレーターが搭載されていて、電源電圧は 5V から 3.3V まで使えるようになっていました。こういう使い方をするためには、入力電圧が 3.3V を下回ってもそのまま使えるレギュレーターが必要です。

また、このOLED モジュールをスリープさせた時の消費電流を実測してみたところ、7.66μAでしたが、そのうちシリーズレギュレーターの消費電流はたった 1μA程度で済んでいるようです。

この OLED に使われているシリーズレギュレーターには662K とマーキングされているので、TOREX社の XC6206 ではないかと思われますが、知らない間にシリーズレギュレーターの性能はすごく良くなっているみたいです。

そんなことで、CMOS のシリーズレギュレ-ターについて調べてみました。

ちなみに、ストックしているシリーズレギュレーターを引っ張り出してみたらこんなにありました。
シリーズレギュレーター
3 端子レギュレーターと呼ばれていた頃の古い仕様の物、LDO な物、CMOS などいろいろあります。

2.CMOS シリーズレギュレーターの解説資料
ネットを調べるといろいろ出てきますが、
TOREX社のアプリケーションノート:電圧レギュレータの基礎知識という資料がとても判り易く解説されていました。

この資料は CMOS のレギュレーターについて解説されていますが、私なりにポイントを整理すると以下のようになります。

1) デバイスの性能向上で、制御素子の Pch MOS FET の ON抵抗が下がり、飽和電圧も小さくなっている。
2) 耐圧を求めると飽和電圧が上がり、無負荷時消費電流(Iq)も増える。つまり無駄に高い耐圧のデバイスを使うのは良くない。
3) リップルが問題になる時は高リップル除去率の物を選ぶ。
4) CMOS回路では、バイポーラのバンドギャップリファレンスのような正確な基準電圧を作るのが難しい。そこでトリミングで希望の電圧に調整している。

なるほど、1) 2)項はパワーFET の選定の話と同じです。消費電流を下げることを追求した副作用で、応答速度が悪化したので、3)項の高リップル除去率の製品が必要になっている、という感じではないかと思いました。

あと、話はちょっと別の方向にそれますが、ATmega328 の CPU の内部Vref 電圧の精度が±10%と、嘘みたいに悪いのは4) 項のような事情が背景にあったんですね。

この記事の最初で話題にした、OLED に入っているシリーズレギュレーターの XC6206 は、TOREX の資料にも出て来て、耐圧6Vなので、入力電圧5V用の製品みたいです。どおりで消費電流(Iq)がすごく小さい訳です。

ちなみに、この資料にも出て来る XC6202 の手持ちがあったので、特性をちょっと測ってみました。

3.XC6202の静止時消費電流の測定 (XC6202のデーターシート
XC6206の測定
静止時(無負荷時)消費電流を測っている様子です。出力が発振などしていないか確認するためにオシロを接続しています。入力電圧を変化させると、5V以上で出力電圧がクランプされて安定化されている様子が良く判ります。なおこれは5V出力の物 (XC6202P502) です。

静止時消費電流 Iss (Iq)
XC6206のIq
データーシートによると、Iq はTyp. 10μA、Max. 24μA となっていますが、実測では 5.6μAでした(当然ですが、オシロの10MΩプローブを接続すると0.5μA増えます)。

4.XC6206 XC6206のデーターシート
次にOLEDに使われている XC6206 を調べます。これは6V耐圧の品種です。ただ、この素子の手持ちは無いのでデーターシートで特性を見て行きます。なお、3.3V のグラフは無いので、近い値の 3.0V のグラフを TOREXのデーターシートから抜粋しました。
入出力電圧特性 消費電流特性
左が入力電圧に対する出力電圧で、指定の電圧で安定化され、それ以下ではドロップアウト電圧分だけシフトして入力電圧に追従しています。
右は入力電圧に対する素子の消費電流で、電圧の安定領域では消費電流は1μAと極めて小さな値です。安定領域の下側(左側)では消費電流が急増しているので注意が必要ですが、それでも最大で14μA程度です。

5.まとめ
電池で動かしていて消費電流を出来るだけ小さく抑えたい場合、CMOSシリーズレギュレーターを使わない手は無いでしょう。その場合、用途別に最適な物を選択すると、より効果的です。

例えば 3.3V に降圧する場合、入力電圧が 3.3V を下回ってもそのままスルー状態で使えるので、電池の容量を限界まで使うことが出来るはずです(この場合、消費電流が若干増えることに注意)。なお、バイポーラのレギュレーターでもこういう特性の物はありそうですが、消費電流が1桁以上大きくなると思います。

ちなみに、電池で動かすアナログ表示の気圧計(LPS25H)では電池3本の4.5Vを3.3Vに降圧するためにXC6202を使っています。しかし、ここにもしXC6206を使っていれば、もっと省電力することが出来ていたことが、今になって判りました。

XC6206 は SMDパッケージの物しか手に入らないようです。でも効果を考えると実装が面倒などと言ってはいられないです。それに、もっと新しい素子も出ているようです。また、SMDパッケージならピン数の制約が緩くなるので、スタンバイ機能なども使い易くなると思います。
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レギュレータ

Panda43です。
自分の場合は入手性が良いHT7333を使用していますが
特性などは測定していません
通常、ソーラーパワーで動作させるものに使用していますが
それほど、消費電力が多いようには感じていません
一度、使用してみてはどうでしょう

re:レギュレータ

Panda43さん、おはようございます。
HT7333てのがあるんですね、最初はHT7733と見間違えました。

調べたら aitendo で30円で売ってました。
静的消費電流は4μAとXC6206とXC6201の中間で、耐圧も12Vなので両者の中間と、納得できる仕様でした。

TO-92なので使い易いですね、今度買ってみます。情報ありがとうございます。
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