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バックアップ電源切換回路が面倒くさいんです。

backup画像

今回はリアルタイムクロックICのバックアップ電源を切り換える回路のお話です

ある日、ベテラン社員の先輩Aさんのところに、入社3年目の新人B君が、困った顔してやってきました……

 

教えて先輩!シリーズ 第3回

  バックアップ電源切換回路が面倒くさいんです。

 

kohai_man_cry新人B
先輩! 電源切換回路を作るのが面倒くさいです。

senpai_man_egao先輩A
いや、面倒くさいって……仕事だから。

kouhai_man_nayami新人B
リアルタイムクロック※(RTC)って止められないので、きちんと電源を切り換えないとまずいんですよね。それを作るのが面倒なんです。

※リアルタイムクロック:時計機能を搭載したICであり、文字通り、システム電源が切れてもバックアップ電源で現在の時間を刻み続けることが特徴。RTCと略される。

 

senpai_man_egao先輩A
具体的には?

kouhai_man_nayami新人B
リチウムイオン2次電池が主電源です。USBで充電するのですが、主電源が無くなった時に最終手段としてコイン電池でRTCをバックアップする必要があって、切り換えないといけないんです。

senpai_man_egao先輩A
基本的な回路じゃないの?「ダイオードOR回路」を使えば良いじゃない。

backup1-1図1:ダイオードORを用いたバックアップ切換回路

kohai_man_cry新人B
そうなんですけど。ダイオードって電圧がドロップするし、結構リーク電流があるし、気になるんです。

senpai_man_egao先輩A
確かにリアルタイムクロックICを使うってことは消費電流を気にしているわけだよね。それなのにバックアップ電源に切り換えるための回路でリーク電流を出しちゃまずいわなあ。ダイオードって高温になるとリーク電流がどんどん増えちゃうからバックアップ電池には厳しいか……。

kohai_man_cry新人B
ね。面倒くさいでしょ。実際には電池切れで長時間放置されたりしないと思うので簡単な切換回路でも良いかもしれないですけど……。放置したため時計を再設定するってことはよくあるので、そんなに長時間バックアップする必要もないっていうか……

senpai_man_egao先輩A
おいおい、俺の前でそういうことを言うなよ(苦笑)。そういう後ろ向きの妥協は良くないぞ。
そうそう、バッテリーバックアップ切換回路を内蔵したリアルタイムクロックがあるぞ。

 

バックアップ切換回路搭載のリアルタイムクロック?

kouhai_man_odoroki新人B
ほらぁ!やっぱり、あるじゃないですか。もっと早く教えてくださいよ!

senpai_man_egao先輩A
あのなあ。。。まぁいいやw。これは主電源、バックアップ電源の2つを切り換える回路が内蔵されているんだ。ダイオードを使ってバックアップ切換回路を作ると電圧ドロップを考慮しないといけないし、リーク電流も結構あるし面倒だから内蔵してくれているというわけさ。

kouhai_man_nayami新人B
言ってたとおりじゃないですか!どうやって切り換えてくれるんですか?

senpai_man_egao先輩A
リアルタイムクロックの中に電圧検出回路が入っていて電圧が下がったことを検知して切り換えるんだ。下図はその概念図なんだけど、3系統*の電源端子を持っているんだよ。*(2系統の製品もある)

主な使い方はこのうちの2つの電源系を切り換えて使うんだ。例えば、AC電源(ACアダプタ)やUSB給電などの主電源はVCC端子に接続するんだ。一方、バックアップ電源としては、コイン電池のような1次電池はVSB端子に充電できる2次電池や大容量コンデンサはVDD端子に繋げたりするんだよ。

backup_circuit

図2:バッテリーバックアップ切換回路のブロック図

kouhai_man_gimon新人B
バッテリーパックは2次電池ですよ。VDD端子につなぐのではないのですか?

senpai_man_egao先輩A
ここに接続する2次電池はコイン型などのバックアップ用の小容量のものだよ。バッテリーパックは主電源だろ?だからVCC端子に接続するんだ。

kouhai_man_odoroki新人B
電源端子が3つあっても実際には状況に合わせて2つを使うということですね。

senpai_man_egao先輩A
そうだね。バックアップ電池が充電できるか、できないかで選ぶんだ。充電できないコイン電池などの場合はVSB端子に接続して使うんだよ。主電源がVCC端子に接続された状態ではVD(ボルテージディテクタ=電圧検出器)がそれを検知してSW1をオンするんだ。同時にSW2はインバータによってオフになるからVSB端子に接続されたコイン電池は消耗しないんだ。

バックアップに充電できる小容量の2次電池や大容量コンデンサを使う場合にはVDD端子に接続するんだ。主電源が生きていれば充電できるからね。

backup_circuit - sw1

図3:主電源からの電源供給時(SW1: オン)

kouhai_man_egao新人B
なるほどですね。

senpai_man_egao先輩A
逆に、主電源がVCC端子から外されるとVD(ボルテージディテクタ=電圧検出器)がそれを検知してSW1をオフするんだ。同時にSW2はインバータによってオンになるからVSB端子に接続されたコイン電池から電源が供給されるんだよ。あるいは、VDD端子に接続された2次電池や大容量コンデンサから電源が供給されるんだよ。このように、VCC端子電圧を検知して自動的に電源を切り換えてくれるんだ。

ちなみに、VSB端子を持っていない2系統製品の場合(例:R2062x)、VCC端子とVDD端子の2つを切り換えて使うことになるんだけど、この図でわかるとおりコイン電池ではなく2次電池や大容量コンデンサでバックアップする用途向けなんだよね。

backup_circuit - sw2

図4:バックアップ電源からの電源供給時(SW2: オン) 

kouhai_man_yorokobi新人B
なるほど。完全にお任せで良いんですね。楽です。

senpai_man_egao先輩A
まあ、そうだけどw。ダイオードとかの外付け部品も不要だし基板スペースもいらないし、いいことづくしだよ。

kouhai_man_egao新人B
使い方は普通のリアルタイムクロックと同じなんですね。

senpai_man_egao先輩A
そうだね。だから簡単だよ。

kouhai_man_yorokobi新人B
ありがとうございます。サンプルを取寄せて試してみます。

senpai_man_egao先輩A
ちなみに、リコー電子デバイスは古くからずっとリアルタイムクロックを供給し続けている老舗なんだ。

 

リアルタイムクロックの老舗メーカー?

kouhai_man_ase新人B
はあ。

senpai_man_egao先輩A
まあ、たまには昔話をさせてくれよ。

kouhai_man_ase新人B
面倒くさいですねえw。

senpai_man_egao先輩A
そもそもRTCって電話用だったんだよね。それも電話交換機とかに使われていたんだ。
市内通話は3分10円とか通話時間に応じて課金しないといけないからね。

kouhai_man_ase新人B
固定電話の時代はよくわからないですね。
でも、リコーって電話交換機を作っていましたっけ?

senpai_man_egao先輩A
電話交換機は作っていないんだがファクシミリを作っているんだよ。ファックスも電話回線を使って通信時間で課金されるからね。

kouhai_man_odoroki新人B
なるほど。元はファックス用に開発されたんですね。

senpai_man_egao先輩A
そうそう。そのリアルタイムクロックが電話交換機に採用されてデファクトスタンダードになったんだよ。
そして、電話交換機に限らず時計表示が必要な機器に採用されていったんだ。ビデオデッキとかね。
今ではスマホとかの携帯電話や電気、ガス、水道などのメーター類とか電子血圧計などのヘルスケア製品とか、多くの機器に使われているよ。

kouhai_man_yorokobi新人B
そういう長い技術の蓄積があるって確かにすごいですね。もうちょっと宣伝すれば良いのに。

 

多くのインターフェースに対応、ソフト互換

senpai_man_egao先輩A
まあまあ。その頃のRTCってパラレルタイプだったんだけとインターフェースの進化・高速化でシリアルタイプに切り換わったんだ。
それにもちゃんと対応して今では2線式(I2Cバス)、3線式、4線式(SPIバス)とそれぞれのインターフェースを用意しているからどんなマイコンにも接続できるんだよ。

kouhai_man_egao新人B
確かに結構な製品数ですよね。

senpai_man_egao先輩A
それに、同じインターフェースならソフト互換だから載せ替えも簡単だよ。

kouhai_man_yorokobi新人B
なるほど。ありがとうございました。
バックアップ切換回路を搭載した製品のサンプルを入手して試してみます。

 

バッテリーバックアップ切換回路について詳しくお知りになりたい方はこちら

 

 PDFのホワイトペーパーが開きます 

 

バッテリーバックアップ切換回路搭載リアルタイムクロック一覧

シリーズ名 インターフェース パッケージ 備考
R2051x 2線式(I2Cバス) QFN023023-16、SSOP16、TSSOP10G  
R2262x 3線式 QFN0202-18、TSSOP10G 端子名表記が異なります
R2061x 3線式 QFN023023-16、TSSOP10G  
R2062x 3線式 QFN023023-16 VSB端子、SW2なし

 

あとがき
我々の製品がお役立ちできるような紹介ブログの第3回目です。
本記事で気になったことがあれば何なりとこちらからお問い合わせください。


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