TPL5110 + P-ch MOSFET power control circuit for Raspberry Pi Pico

tpl5110-circuit.md

TPL5110 電源制御回路設計

概要

TPL5110 を使用して、LiPo バッテリーから Raspberry Pi Pico への電源供給を周期的に制御する回路。

• ポーリング間隔: 2分
• 待機時消費電流: 約 35nA (TPL5110 のみ)

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回路図 (Mermaid)

flowchart TB
    subgraph Power["電源部"]
        LIPO["LiPo Module<br/>4.5V OUT"]
    end

    subgraph TPL["TPL5110"]
        VDD["VDD"]
        EN["EN"]
        GND_T["GND"]
        DRV["DRV"]
        DONE["DONE"]
        DELAY["DELAY"]
    end

    subgraph Switch["P-ch MOSFET (SI2301)"]
        S["Source"]
        G["Gate"]
        D["Drain"]
    end

    subgraph Load["Raspberry Pi Pico"]
        VSYS["VSYS"]
        GP15["GP15"]
        GND_P["GND"]
    end

    R1["R1: 30kΩ<br/>(2分タイマー)"]
    C1["C1: 100nF"]
    C2["C2: 10μF"]
    GND["GND"]

    %% 電源接続
    LIPO --> VDD
    LIPO --> EN
    LIPO --> S
    LIPO --> C1
    C1 --> GND

    %% TPL5110 GND
    GND_T --> GND

    %% タイミング抵抗
    DELAY --> R1
    R1 --> GND

    %% MOSFET 制御
    DRV -->|"LOW=ON / HIGH=OFF"| G
    D --> VSYS
    D --> C2
    C2 --> GND

    %% Pico からのフィードバック
    GP15 -->|"DONE信号"| DONE
    GND_P --> GND

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DRV ピンの動作

状態	DRV	P-ch Gate	P-ch 状態	Pico
タイマーカウント中	HIGH (4.5V)	HIGH	OFF (Vgs=0)	電源なし
タイマー完了	LOW (0V)	LOW	ON (Vgs=-4.5V)	電源供給
DONE信号後	HIGH (4.5V)	HIGH	OFF (Vgs=0)	電源遮断

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なぜ外部 MOSFET が必要か？

Q: TPL5110 の DRV から直接 Pico に給電できないか？

A: できない。

項目	DRV ピン	Pico の要求
設計目的	MOSFET ゲート駆動	電源供給
電流能力	数μA〜数mA程度	100mA以上 (WiFi時)
データシート記載	最大電流の記載なし	-

DRV ピンは MOSFET のゲートを駆動するために設計されており、大電流を流す能力がない。 Pico は WiFi 使用時に 100mA 以上消費するため、外部の P-ch MOSFET でスイッチングする必要がある。

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部品リスト

部品	型番/値	パッケージ	用途
U1	TPL5110	SOT23-6	ナノパワータイマー
Q1	SI2301	SOT23	P-ch MOSFET (ハイサイドスイッチ)
R1	30kΩ (1%)	0603 or THT	タイミング抵抗 (≈2分)
C1	100nF	0603 or THT	TPL5110 VDD バイパス
C2	10μF	0805 or THT	Pico側 電源安定化

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TPL5110 ピン配置 (SOT23-6)

        ┌─────┐
  GND  1│●    │6 DRV
  VDD  2│     │5 DONE
  EN   3│     │4 DELAY/M_DRV
        └─────┘

ピン	名称	接続先
1	GND	GND
2	VDD	LiPo OUT (4.5V)
3	EN	VDD (常時イネーブル)
4	DELAY/M_DRV	R1 経由で GND
5	DONE	Pico GP15
6	DRV	P-ch MOSFET Gate

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SI2301 選定理由

項目	値
Vds(max)	-20V
Id(max)	-2.2A
Vgs(th)	-1.0V 〜 -2.5V
Rds(on)	85mΩ @ Vgs=-2.5V
パッケージ	SOT-23

• Gate が LOW (0V) のとき、Vgs = -4.5V となり確実に ON
• 低 Rds(on) で電圧降下が小さい (85mΩ × 100mA = 8.5mV)
• Pico の消費電流 (数十〜100mA) に対して十分な余裕

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タイミング抵抗 早見表

時間	抵抗値
1分	22kΩ
2分	30kΩ ← 今回使用
3分	34.7kΩ
5分	42.9kΩ
10分	57.4kΩ
30分	92.4kΩ
1時間	124.9kΩ
2時間	170kΩ

※ 正確な2分は 29.35kΩ だが、E24系列の 30kΩ で実用上問題なし

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動作シーケンス

sequenceDiagram
    participant LiPo as LiPo Module
    participant TPL as TPL5110
    participant FET as P-ch MOSFET
    participant Pico as Raspberry Pi Pico

    Note over TPL: 電源投入
    TPL->>TPL: タイマー開始 (DRV=HIGH)
    Note over FET: OFF (Pico電源なし)

    Note over TPL: 2分経過
    TPL->>FET: DRV = LOW
    FET->>Pico: 電源供給 (4.5V)

    Note over Pico: 起動・処理実行
    Pico->>Pico: センサー読み取り
    Pico->>Pico: WiFi接続
    Pico->>Pico: データ送信

    Pico->>TPL: DONE = HIGH パルス
    TPL->>FET: DRV = HIGH
    FET->>Pico: 電源遮断

    Note over TPL: タイマー再開

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Pico 側コード例

import board
import digitalio
import time

# DONE ピン設定
done_pin = digitalio.DigitalInOut(board.GP15)
done_pin.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
done_pin.value = False

def send_done_signal():
    """TPL5110 に処理完了を通知して電源を切る"""
    done_pin.value = True
    time.sleep(0.001)  # 1ms パルス
    done_pin.value = False
    # ここで電源が切れる

def main():
    try:
        # センサー読み取り
        # WiFi接続
        # データ送信
        pass
    finally:
        # 成功/失敗に関わらず電源を切る
        send_done_signal()

main()

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注意事項

USB デバッグ時

• USB から給電しながら TPL5110 回路も接続すると電源が競合して TPL5110 が壊れる可能性あり
• デバッグ時は TPL5110 を切り離すか、VSYS への接続を外すこと

DONE ピンのプルダウン

• Pico 起動前に DONE ピンがフローティングになる
• 必要に応じて 100kΩ のプルダウン抵抗を追加

起動時間の考慮

• Pico の起動〜WiFi接続〜送信完了まで十分な時間が必要
• タイマー間隔が短すぎると処理が完了しない可能性あり

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参考リンク

• TI TPL5110 データシート
• Adafruit TPL5110 ガイド
• SparkFun TPL5110 Hookup Guide
• SI2301 データシート
• Adafruit Forum - TPL5110 Max Current

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更新履歴

• 2026-01-12: Mermaid図追加、DRV電流制限の説明追加、動作シーケンス修正
• 2026-01-12: 初版作成 (ポーリング間隔 2分)