電圧変換まとめ

雑学

3.3V 5.0V 変換を私が知る限りで列挙。
前提:縛りは DIP。


目次
1.シリアルラインの変換。
2.変換はできないけど一応 HA, AC の話。
3.3.3V -> 5.0V
4.5.0V -> 3.3V
5.FXMA108
6.電圧変換じゃないけど双方向。
7.オープンドレイン
8.フォトカプラ
9.ハイサイドスイッチのはなし
10.FET を考えてみる。


1.シリアルラインの変換。
3.3V系-5V系デジタル回路の簡易レベルシフト回路
FETで異なる電圧のインターフェイス
で、逆は抵抗分圧と。FET は閾値電圧要確認です。


2.変換はできないけど一応 HC, AC の話。
HC,AC は Vdd が 3.3V でも 5.0V でも使えます。当然入力と出力電圧は同じです。


3.3.3V -> 5.0V
74HCT74ACT (他、VHCT とかありますがDIPでは存在しないので、基板作るなら考える程度でスルー)
要するに、最後の「T」は TTL レベルつーことすね。H レベルの閾値が低いわけです。Vdd は 単一 5.0V です。


4.5.0V -> 3.3V
74HC4050 入力に保護ダイオードがないので、最大 15V の電圧を入力として出来ます。
Vdd は 受け側の電圧で。15V → 3.3V も可能というわけです。
東芝には AC 無いみたいですが、何処かのメーカーはあるようで。欲しいようなそうでないような。
結構お値段がお高い感じです。


5.FXMA108
そして、なんとも言えない「FXMA108」。入力側と出力側の Vcc が2つ有ります。自動的に入出力方向を変えます。
なので、好きな電圧で双方向。インピーダンスが高い方が入力になる模様。そもそもどんな原理で動いているのか謎でしたが特に動作説明はなく、英語で1行 プルアップはだめよ。と。
結構お高かったはず。(秋月 @250-ですか)
プルアップはだめです。


6.電圧変換じゃないけど双方向。
ちょっと違う 4000番台。
405140524053。アナログ回路必須 IC です。マルチプレクサで、電源が Vdd,、Vss、Vee と3種類あります。
入力の Vdd-(Vss or Vee) 動作範囲は 20V となっております。
大抵は +5V、0V、-5V、てな感じにして使います。インピーダンスが低いので、物理的に配線したようなものです。オン抵抗は 1200Ωだそうです。
このICの後ろに初段の非反転オペアンプ咬ませます。電流だめです。
TC4052 大好きです。愛してます。TC 東芝じゃないとだめです。この3つ買っておくと、マルチプレクサロジックICとしても使えて、なお且つ双方向出来ます。
4066 単一電源バージョンです。これこそ真に双方向で使ってほしい部品ではないかと思います。


7.オープンドレイン
あとは、オープンドレイン出力ですか。「wiki」でそれが出来るのを調べると。
マイコンの方は、5V トレラントなんていう、3.3V 駆動で 5V 入力可なんていうものも。出力は 3.3V ですが。
キャラクタ液晶 BC2004A を使う時、電源電圧 3.3V より 5.0V の方が処理能力2倍高くなるのですが、データを書き込むだけなら 5V 駆動させ、Hi が 2.0V 位なので 3.3V の PIC とかでも使うことが出来ます。
Read かけると壊れますので、R/W 信号は GND 接地で回路組んでしまいましょう。


8.フォトカプラ
フォトカプラを使います。データシートで考えてみてください。
送り側は発光ダイオードですので、必要な電流を流すだけです。受け側はオープンドレイン出力です。ということで、どちらもお好きな電圧でおkです。
一番の利点は GND を切り離す事です。
東芝で言えば、「TLP513」がディスクリートで一番早いかな。6pin で電源 5V 必要としますが、出力はオープンドレインです。
あと2種類くらい有りますが Enable 入力とかがあるだけで 8pin になってしまっています。必要ありません(´Д`)


9.ハイサイドスイッチ
ハイサイドスイッチのはなし
高電圧にも対応できるのかな。こんな考え方で電圧変換とか電流増幅とか検討しするのも手かと。


10.FET を考えてみる。
最近本当に困っているのが FET。ディスクリートでいいのが有ればですが売ってません。
5V 時代は閾値 3V 位なので余裕なのですが、そもそも面実装のなかから 3.3V で動く奴を探さねばなりません。
閾値が Max:3.0V の 「2N7000」 買って死亡しました。データシートが同じで機種番毎に分けて書いてある「2N7002」が 2.5V で騙されました。特性が全然違うのに同じデータシートに書かないでほしいです(´Д`)
トランジスタを 7seg の ダイナミックでコモン側に付けて 8ch 使ってみましたが、速度的にまったく問題なし。
LED の順電圧の関係で ON 抵抗の低い小さい奴が欲しいのですが以外にない。結局、1815、1015 でおk
ですがそうもいっていられなく、シリアルラインでやっぱりどうしても欲しい場合が有ったので、秋月から「NchチップMOS-FET BSS13」、「PchチップMOS-FET BSS84」を買っておきました。コンプリメンタリらしいですが、少しだけ特性が違います。
面実装をディスクリートにする方法がどこかの HP に有りました。天才です「SOT23変換基板 金フラッシュ (10枚入)」を2つに切って、L ピンヘッダを付けて完了です。
とりあえず今は秋月で欲しいものが無いので、そのうちまとめて買いたいのですが、しばらく買い物はなさそうで。ですので、面倒でもクイックポジかなとか思ったのですが、基板の厚みが違います。作ると 1.6mm これはちょっと駄目そうです。あと、L ピンヘッダも無かったような。
あと、ON 抵抗が大きいので電流を流すと結局トランジスタと同じく電圧降下します。
ディスクリートで一番小さい奴ならトランジスタより超使いやすです。
「NchパワーMOSFET(100V17A) IRLU3410PBF」、「PchパワーMOSFET(55V11A) IRFU9024NPBF」
今紹介した物は、ものすごい種類の中から常識的なものをサクッとチョイスしただけなので、全部見てません。他のいいのが有るかもしれません。
応答速度はいろいろなデータシートとか 74AC とかを基準に考えて、ON 抵抗の低いものを選ぶといいでしょう。


そもそもの縛りは DIP で済ませようと言う話なので、プリント版と実装機とか使うなら根本的に全く考え方が変わるのですが。
こんなところで、以上

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