電池切れの前に警告を発するインジケータを想定。
シャントレギュレータ
シミュレーション
約3.43Vに低下した時点でLEDが点灯。約3.58Vまで上昇すると消灯。点灯と消灯の電圧が違うのは意図的。ヒステリシスを持たせることで、境界あたりでLEDがチラチラ点滅しないように。
Li-Po電池のバッテリインジケータとしての利用を想定している。電池切れになる前に警告灯を表示させるという用途。ちゃんとしたバッテリモニタを載せるのが難しい状況でも、電池切れ前になんとか知らせたい、と。
実機検証
緑LEDは単なる電源パイロットランプ。赤LEDが電圧低下警告。安定化電源を4Vに設定し、スイッチを切ると電圧がスーッと低下し、その過程で赤LEDが点灯する。
警告LEDの点灯電圧は約3.41V、消灯は約3.56Vだった。ほぼ、シミュレーションどおり。なお、シャントレギュレータは、CJ431を使用している。また、LEDは超高輝度タイプのため、R6は1kΩではなく、10kΩにしてある。
こちら、パナソニックのNCR18650Bの放電カーブ（データシートから引用）。
0.2Cや0.5C程度の放電電流なら3.4Vくらいで警告表示するのでちょうど良さそう。
動作原理
以下、この回路の動作原理をGeminiにまとめてもらったもの。
1. 電圧監視の基本ロジック（R1, R2, TL431）
この回路の基本は、バッテリー電圧（V1）を抵抗R1（20kΩ）とR2（51kΩ）で分圧し、シャントレギュレータTL431（U1）の
Vref端子に入力して監視する仕組みです。TL431は、
Vrefの電圧が2.5Vを基準として以下のように動作します。
- Vref > 2.5V（バッテリー電圧が十分高い時）： TL431はオンになり、カソード（Vka）の電圧を引き下げます（※通常はGND付近まで落ちますが、本回路では「2.」で後述する工夫により約2.7V付近に留まります）。
- Vref < 2.5V（バッテリー電圧が低下した時）： TL431はオフになり、Vkaの電圧はプルアップ抵抗R3（2.2kΩ）によって引き上げられます（HIGHになります）。
このVkaの電圧変化を利用して、後段のNPNトランジスタ（U2）をスイッチングします。バッテリー電圧が低下してVkaがHIGHになった時だけ、U2のベースに電流が流れ、LEDが点灯する論理です。
2. TL431の動作を担保する「エミッタフォロワ構成」
ここで重要になるのが、LED（D2）をトランジスタのコレクタ側ではなく、エミッタ側に配置している点です。
TL431には「カソード（Vka）の電圧が2.5V未満になると正常に動作しない」という特性があります。もし、一般的なスイッチング回路のようにトランジスタのエミッタをGNDに直結してしまうと、ベース電圧（つまりVka）はトランジスタのベース・エミッタ間電圧（Vbe：約0.7V）で固定（クランプ）されてしまい、TL431が動作不能に陥ります。
エミッタ側にLEDを配置することで、Vkaの電圧は以下のように底上げされます。
LEDの順方向電圧（Vf：約2.0V） ＋ トランジスタのVbe（約0.7V） ＝ 約2.7Vこれにより、TL431の最低動作電圧である2.5Vを常にクリアでき、安定した状態遷移が可能になります。
3. ヒステリシスの源泉となるコレクタ抵抗（R6）
コレクタ側に入っているR6（1kΩ）は、「トランジスタがオンになった時に、コレクタ電圧（Vc）を大きく引き下げる」という、この回路の要となる役割を担っています。
- LED消灯時（U2オフ）： 電流が流れないため、Vcはバッテリー電圧（V1）とほぼ同じ高い状態です。
- LED点灯時（U2オン）： U2がオンになりR6に電流が流れると、ここで電圧降下が発生します。その結果、VcはLEDの電圧とトランジスタの飽和電圧を足した低い電圧（約2.0V未満）までストンと落ちます。
※補足：シミュレーション上は1kΩとしていますが、最近の超高輝度LEDを実機で使う場合は、眩しすぎないようR6を10kΩなど大きくして電流を絞ります。抵抗値を大きくしても、U2がオンになればVcは同じように低い電圧まで落ち切るため、後述するヒステリシスの原理はそのまま成り立ちます。
4. 正帰還による完璧なヒステリシス（R4）
負荷変動によるバッテリーのわずかな電圧上下（サグ）によって、閾値付近でLEDがチカチカ明滅する（チャタリング）のを防ぐのが、VcからVrefへ接続されたR4（220kΩ）です。
- バッテリー電圧低下時（消灯 → 点灯）：LEDが消灯している間はVcが高いため、R4はVrefを「引き上げ」ており、ノイズによる誤点灯を防いでいます。しかし、電圧が下がりきってU2がオンになると、前述の通りVcの電圧が急激に下がります。すると今度は、R4がVrefの電圧を強制的に下へ「引き下げ」ます。
- 点灯状態の保持（ロックアウト）：Vrefがさらに引き下げられることで、TL431に対して「バッテリー電圧はさらに低い」と錯覚させます（正帰還）。これにより、負荷が止まってバッテリー電圧が多少回復したとしても、TL431はオフの状態を維持し、LEDは点灯し続けます。
シミュレーション波形が示す通り、電圧降下時は約3.43Vで点灯し（Cursor 1）、回復時は約3.58Vまで戻らないと消灯しない（Cursor 2）という、約150mVの深いヒステリシス幅が形成されています。オン・オフの境界で波形が垂直に切り替わる「スナップアクション」が実現されており、曖昧な点灯状態や不快なチャタリングを完全に排除した動作原理となっています。
リセットIC
上のシャントレギュレータを使ったものでは、TL431を動作させるのに1mA以上流さなければならない（シミュレーションのI(R3)）。バッテリの電池切れを知らせるという性格を考えれば、1mAは小さい値とは言えない。
回路
そこで別案。こちらはリセットICを使ったもの。
定数選定
TCM809Rの検出電圧は2.63V。監視したい電圧は3.4V。そこで、抵抗値の組合せをGeminiに選定してもらった。
TCM809Rを用いたバッテリー電圧監視回路の抵抗計算
3ピンのリセットIC（TCM809Rなど）と分圧抵抗を用いて、バッテリー電圧を監視する回路の設計手順です。
ICの電圧監視ピンは電源ピンを兼ねているため、電源側の抵抗（R2）には「分圧回路自体に流れる電流」に加えて「IC自身の自己消費電流（Icc）」が流れることを考慮して計算します。
【なぜこの程度の抵抗値にするのか：「10倍の法則」】
ICの自己消費電流（Icc）は、温度変化や個体差によって数μAのブレが生じます。もし分圧回路に流す電流が少なすぎると、このIccのブレが検出電圧の大きなズレとしてダイレクトに表れてしまいます。
一方で、電流を流しすぎるとバッテリーを無駄に消費してしまいます。
そこで、誤差を吸収しつつ省電力を両立するセオリーとして、「分圧回路にはICの消費電流の約10倍（数倍〜十数倍）の電流を流す」というルールを用います。TCM809RのIcc（標準9μA）に対し、数十μAを流すように抵抗値（数十kΩ）を選定するのはこのためです。
【設計条件】
- ターゲット電圧: 3.40V （警告を出したいバッテリー電圧）
- ICの検出電圧: 2.63V （TCM809Rの仕様）
- ICの自己消費電流: 9μA （TCM809Rの仕様標準値）
ステップ1：GND側抵抗（R3）の決定と電流計算
待機電流を抑えつつ「10倍の法則」の範囲に収めるため、R3をE12系列の 47kΩ とします。
ターゲット到達時、R3にはICの検出電圧（2.63V）がかかるため、流れる電流は以下の通りです。
2.63V ÷ 47kΩ ≒ 56.0μA （Iccの約6倍。バッテリー駆動用として妥当なバランス）
ステップ2：電源側抵抗（R2）に流れる総電流の計算
R2には、「R3へ向かう電流」と「ICが吸い込む自己消費電流（9μA）」の合計が流れます。
56.0μA + 9.0μA = 65.0μA
ステップ3：電源側抵抗（R2）の算出
ターゲット3.40Vのとき、R2で負担すべき電圧降下は「3.40V – 2.63V = 0.77V」です。これに必要なR2の抵抗値は以下の通りです。
0.77V ÷ 65.0μA ≒ 11.85kΩ
【結論】
算出した11.85kΩに対し、E12系列から最も近い R2 = 12kΩ を選択し、R3 = 47kΩ （いずれも許容差1%の金属膜抵抗）と組み合わせて使用します。
この構成により、全体の待機電流を約65μAに抑えつつ、ICの消費電流による影響を的確に計算に織り込みます。12kΩ使用時の実際の計算閾値は約3.41Vとなり、ターゲットの3.40Vに対して実用上十分に高い精度（誤差約+10mV）で警告を出すことが可能になります。
動作確認
実機確認したところ3.40Vで点灯した。期待通りの電圧。消灯電圧は3.46V。これはTCM809Rのヒステリシス特性による。なお、いずれの電圧も安定化電源の表示値なので、精度はさほど高くないと思われる。
下が実際の動作の様子。安定化電源の出力を4Vに設定し、オフにして電圧が下がっていく際の様子。
外付けの抵抗分圧回路のせいで消費電流が大きくなってしまったが、それでもシャントレギュレータ方式の1mA以上と比べて、こちらは100uA以下なので遥かに良い。
【補足】
TCM809RはアクティブLowのデバイスなので、通常時（電圧が高い状態）はHighを出力する。このときのHighは、TCM809Rの電源電圧。この回路ではR2とR3で分圧された値なので、回路の電源電圧よりは低い。そこにLEDが入っているが、点灯電圧よりも低いのでLEDは点灯しない。例えば、実使用電圧よりも遥かに高い5Vを想定しても、\\((5/(12+47))*47=3.98[V]\\)なので、LEDにかかる電圧は1.02V（TCM809Rに流れる電流は考慮していないけれど、それはこの計算では誤差の範囲）。
アクティブHighタイプのTCM810というシリーズもある。LEDを点灯させるならこちらのほうが素直かも知れない（手持ちがTCM809Rだったと言うだけ）。考え方は同じ。LEDの結線が変るだけ。部品点数は変らないし、定数もおそらく一緒。
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