ほとんどのアナログ電子 回路は、適切なバランスの取れた動作のためにデュアル電源レールを必要とします。これは、オペアンプ回路を設計する場合に特に重要になります。A / Dコンバータ、オペアンプ、コンパレータなどのデジタルシステムでも負の電源電圧が必要です。これらすべての場合において、電流要件は低くなりますが、このような-5V電源を生成することは、多くのディスクリートおよび集積回路コンポーネントを使用する場合、通常は高価で非効率的です。したがって、このチュートリアルでは、USBポートから電力を供給できる単純な低電流デュアル5V電源回路を構築する方法を学習します。同様に、以前に+ 12Vおよび-12Vのデュアル電源回路を構築しました。
単一の電圧を分割する方法はたくさんありますが、それらの仮想接地電位は一定ではありません。2つのバッテリーを使用して双極性電圧を取得すると、やがて一方のバッテリーの消耗が速くなり、バランスの取れた双極性電圧を維持することが困難になります。抵抗分圧器を使用すると、熱と分割電圧が安定しないため、一部の電力が消費されます。これらの問題を克服するために、ルネサスのICL7660と呼ばれるCMOS電圧コンバータICを使用します。
ICL7660
ICL7660およびICL7660Aは、+ 1.5V〜+ 10.0Vの入力電圧範囲を-1.5V〜-10.0Vの出力電圧範囲に変換するモノリシックCMOSチャージポンプ電圧コンバータです。
ICL7660とICL7660Aには、2つの外部コンデンサを除いて、負電圧コンバータを完成させるために必要なすべての回路が含まれています。デバイスの動作は、以下に示す理想的な電圧コンバータ理論によって最もよく理解できます。
前半サイクルの間、スイッチS1とS3は閉じられます（注：スイッチS2とS4は、この半サイクルの間開いています）。コンデンサC1は電圧V +に充電されます。動作の後半サイクルの間、スイッチS2とS4は閉じられます（注：スイッチS1とS3はこの半サイクルの間開いています）。コンデンサC1の電圧はV +ボルトだけ負にシフトします。次に、理想的なスイッチがあり、C2に負荷がないと仮定して、電荷がC1からC2に転送されます。したがって、逆V +電圧はC2の両端で利用できます。ICL7660およびICL7660Aの動作は、電圧コンバータのこの理想的な動作に似ています。
ICL7660アプリケーションのヒント：
- コンデンサC2は、デバイスのラッチアップを防ぐためにIC2の近くに配置する必要があります。ICL7660には10V、ICL7660Aには12Vを超えないようにしてください。
- 3.5Vを超える供給電圧の場合、LV端子をGROUNDに接続しないでください。
- 極性コンデンサを使用する場合は、C1の「+」端子をICL7660およびICL7660Aのピン2に接続し、C2の「+」端子をGROUNDに接続する必要があります。
- 最高の性能を得るには、C1とC2の代わりに値の小さいESRコンデンサを使用してください。
- USBと回路間のワイヤの距離が長い場合は、入力電源の両端にバッファコンデンサを接続できます。
- この回路の出力電流は40mAに制限されています。100mAまでの電流要件では、U1の代わりにICMAX660を使用できます。
5v電源回路と動作：
ICL760を使用した完全な±5v電源回路図を以下に示します。+ 5Vの入力電圧は、ラップトップ/コンピューターまたは充電器/アダプターの任意のUSBポートから取得できます。
この回路は、2つのコンデンサ（C1とC2）とともにICL7660（U1）を中心に構築されています。USBからの5V出力はU1のピン8に与えられます。IC U1とコンデンサ（C1とC2）は、+ 5Vを-5Vに変換する電圧インバータセクションを形成します。変換された-5V電源は、U1のピン5で利用できます。したがって、デュアル電源5V電源はコネクタJ2で利用できます。
ハードウェア上に構築する前に、Proteusで回路をシミュレートしました。
デュアル（±）5V USB電源回路のテスト：
上記の回路図に従って、PCB /ブレッドボードに回路を組み立てます。コンデンサC2をICU1のできるだけ近くに配置します。回路がPCBにはんだ付けされている場合、ICは適切なICベースで固定する必要があります。いったん5V電源回路が内蔵されて、それは次のようになります。
回路をテストするには、USBをラップトップまたはパワーバンクまたは任意のUSBに接続して回路に電力を供給します。マルチメータを使用して、グランドを基準にしてJ2の出力電圧を確認します。以下のテストビデオでは、マルチメータは4.9Vを示しているときに正のレールに接続されています。次に、マルチメータをICの出力（つまり、ICL7660のピン5）に接続すると、-4.7Vが表示されます。
以下はシミュレーションです
回路を理解し、ICL7660ICを使用してデュアル電源回路を構築する方法を学んだことを願っています。ご不明な点がございましたら、コメントセクションに残すか、フォーラムを使用して技術的な質問をお寄せください。また、ブーストコンバータ回路、バックコンバータ回路、可変電源回路、SMPS回路、パワーバンク回路などのさまざまな回路を含む他の電源回路も確認してください。