理想ダイオードで電源OR回路のバックアップ電池寿命を延ばす方法～超低VF特性による電圧降下の低減～

2026/03/04

バックアップ電池（オンボード電池）を使用した電源OR回路では、ショットキーダイオードによる電圧降下が電池寿命に大きく影響を及ぼします。
本記事では、この課題を解決する理想ダイオードの仕組みとメリットを解説します。

1. バックアップ電池に使われる電源OR回路

バックアップ電池は、電源断や瞬断時にもシステムの重要な情報（設定データ、時刻データなど）を維持するため、さまざまなアプリケーションで使用されています。代表的なアプリケーション例として、PLC（Programmable Logic Controller：産業用制御装置）、ガスメーター、火災報知器、IoTセンサなどがあります。

これらのアプリケーションでは、メイン電源とバックアップ電池を切り替えるために電源OR回路が用いられます。
一般的には、それぞれの電源間に逆流防止の目的でショットキーダイオードが実装されています。

バックアップ電池とメイン電源をショットキーダイオードで接続した電源OR回路の構成図 — 図1. 電源OR回路

2. ダイオードのVF（順方向電圧降下）

ダイオードは、電源回路を中心に逆流防止用途で広く利用されています。一方で、特性上、ダイオード通過後に電圧が降下するという課題があります。この電圧降下はVF（順方向電圧降下）として規定されています。

ダイオードのVF（順方向電圧降下）を示す図。入力電圧からVF分だけ出力電圧が低下している様子を示している — 図2. ダイオードのVF（順方向電圧降下）

ダイオードの中でも、ショットキーダイオードはVFが低い特長を持っていますが、それでも0.2V～0.5V程度の電圧降下は発生します。

3. 理想ダイオード（Ideal Diode）とは？ショットキーダイオードとの違い

前述したダイオードの課題を解決するソリューションとして、「理想ダイオード」と呼ばれるデバイスがあります。
理想ダイオードは、ショットキーダイオードと比べて、数mV～数十mVという極めて低いVFを実現している点が特長です。
さらに、逆方向漏れ電流（IR）も非常に小さいという優れた特性を備えています。

表1. ショットキーダイオードと理想ダイオードの特性比較
	ショットキーダイオード	理想ダイオード
VF（順方向電圧降下）	200mV～500mV	7mV～50mV
IR（逆方向漏れ電流）	5uA～3mA	< 1uA

また、ショットキーダイオードの中で低VFのものは、サイズの大きい大電流品を選定する必要があります。加えてショットキーダイオードは低耐圧ではよい特性を発揮しにくく、結局大電流、かつ耐圧も高いオーバースペックで大きいサイズを使用せざるをえません。
一方理想ダイオードでは、例えば5Vラインの使用に特化した製品の選定も可能で、システムに適したサイズ感で低VFの製品を選定することができます。

4. 理想ダイオードの基本動作原理

理想ダイオードは、MOSFETとそのゲートを制御するコントローラ回路から構成されています。基本的な動作は以下の通りです。

理想ダイオードの内部構成図。MOSFETとコントローラ回路による逆流防止の仕組みを示したブロック図 — 図3. 理想ダイオードの内部構成

出典：Nexperia NID5100データシート
（参照 2025/12/17）

順方向動作（VIN > VOUT）
入力電圧が出力電圧より高いことを検知すると、コントローラが内蔵MOSFETのゲートを制御し、MOSFETをONにします。このときの理想ダイオードの順方向電圧降下は、ダイオードのような固定VFではなく、以下の式で表されます。

VF = I × RDS(on)

I順方向に流れる電流
RDS(on)内蔵MOSFETのON抵抗

内蔵MOSFETのON抵抗は低いため（例：100mΩ程度）、VFはショットキーダイオードに比べて大幅に小さくなります。

逆方向動作（VOUT > VIN）
出力電圧が入力電圧を上回ると、コントローラは即座に内蔵MOSFETをOFFにし、逆方向の電流を遮断します。

5. 電源OR回路で理想ダイオードを使うメリット

バックアップ電池として広く使われている一次電池（例：リチウム一次電池）は長期間使用すると劣化により内部抵抗が増加し、負荷（回路）を接続した際の電圧降下が初期状態よりも大きくなります。

負荷回路（後段回路）が正常に動作するためには最低限必要な電圧（例：2.5V以上）が定められていますが、電池の劣化によりこの電圧を供給できなくなると、電池寿命に達したと判断されます。電源OR回路では、この寿命を評価する際に、ダイオードによる電圧降下VFも併せて考慮する必要があります。

図4に示すように、ショットキーダイオード（青線、VF=0.3V）は電圧降下が大きいため、早期に回路動作電圧（2.5V）を下回ります。一方、理想ダイオード（オレンジ線、VF=0.03V）は電圧降下が極めて小さいため、回路に供給できる電圧をより長時間確保でき、結果としてバックアップ電池の実質的な使用時間（寿命）を延ばすことができます。