バックアップ付マイコン用電源回路を考える

Last updated at 2024-06-08Posted at 2024-05-10

電源モジュール

TPS63020 モジュール。

ESP32 を乾電池駆動するのに最適?

図では、_POWERDOWN は電源OFFする用途。
しかしながら逆に OFF 状態から High を入力すると WakeUp もできる。

モーメンタリスイッチも、こちらの回路図でいいかも知れない。

フリップフロップを使ってみます。
74AUC1G74 は、消費電流が 10μA でバックアップ回路に使うのもなんとかなりそうです。

使っているのはD型フリップフロップです。

POWERCTL を、VCCで動くマイコンではなく 3.3Vで動くESP32だとうまくいきませんでした。これについては後述します。

データシートに掲載されている動作表です。

$Q$と$\overline Q$ はお互い信号が反転していて、今回は $\overline Q$ を使います。
$\overline Q$ が Lo になると、FET出力の 3.3V が ONになります。
初期状態では POWERDOWN はハイインピーダンスとします。

SW2 が開いていると $ \overline{CLR} $ が Lo なため $ \overline{Q} $ が High になり、FET出力はOFFになります。

SW2 を閉じると $ \overline{CLR} $ が Hi になり、C3とR3で遅延して$C$がHighになるので $\overline{Q}$ はLoになり、FET出力はONになります。

$\overline Q$ は $D$につながっていて、スイッチON状態だと$ \overline {PRE} $ と $ \overline{CLR}$は常に High のため、

$C$ (${CLK}$ の立ち上がりタイミング出力が反転します。POWERDOWN は短い Loパルスを送り、パルス後端の立ち上がりタイミングで電源が落ちます。

記事の初出時にはこのようにしていました。

POWERDOWN 信号(水色)を入力後、立ち上がりエッジで$\overline Q$ がHIGHになるはずですが、ばたついて反転が多数回行われます。なお、黄色はVCCです。

これを防ぐためにシュミットトリガNANDを入れるように改善しました。

ESP32 の電源OFF時には、GPIO はハイインピーダンスにならないようです。

今回POWERDOWNに ESP32 の GPIO25 をつなぎました。 ESP32 のGPIO はリセット時にプルアップ・プルダウンのかかるものがありますが、GPIO25はそれらはかからず INPUT モードになる端子です。

例えば 68Ωで3.3Vにプルアップして電源ONしてINPUTモードにすると端子電圧は 3.3V。OUTPUTでLO出力すると1.3Vとなります。

それが電源OFF すると 2.4Vになってしまいます。150Ωぐらいの内部抵抗でGNDに接続していることになりますね。厄介なのはこの状態が確実に再現するわけではないらしいこと。

電源OFFと起動直後に誤作動しないようにするには外部でプルダウンかけておいて、外部に信号を送るパルスは High で送るようにしないといけなくなりそうです。

実際に作成した回路はこれ。Cに送るのは立ち上がりエッジなので、電源OFF時のプルダウンは省略でOKぽいです。

JLCPCB で PCBA 製造するときは、Q3 は HSBB6056 や IRF7317TRPBF を使用しました。