部品実験:電源部品

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LM317　2024/9/9

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１．LM317のデータシート概略 ２．R1R2の値による入出力特性の測定 ３，設計シートについて 　レギュレータについて　(TL431とLM317比較含む) 　ツェナーダイオードについて 　TL431について		１，ダイオードについて

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１．LM317のデータシート概略 　(1)機能 　　・出力電圧調整範囲は1.25(V)[VREF]～32(V)まで 　　・出力電流容量100(mA)　詳細は熱容量により若干変更あり 　　・入力変動率入力電圧変化に対し通常0.01% 　　・出力の調整　　　通常0.5(%) 　　・リップル除去率　通常80(db) 　(2)概略図 　(3)ピン構成と機能 　(4)仕様 　(4-1) 絶対最大定格　Absolute Maximum Ratings Min Max VI-VO Input-to-output differential voltage 入出力差動電圧(V) 　 35 TJ Operating virtual-junction temperature 動作接合部温度(°C) 　 150 　(4-2) 推奨動作条件　Recommended Operating Conditions Min Max VO Output voltage 出力電圧(V) 1.25 32 VI-VO Input-to-output voltage differential 入出力電圧差(V) 2.5 32 IO Output current 出力電流(mA) 2.5 100 TJ Operating virtual-junction temperature 動作接合部温度(°C) 0 125 　(4-3) 熱情報他　Thermal Information Other　 ThermalMetricByPackage D LP PK PW RθJA Junction-to-ambient thermal resistance　°C/W 接合部から周囲までの熱抵抗 97.1 139.5 51.5 149.4 Package SOIC TO-92 SOT-89 TSSOP Body Size(mm) 縦x 横 4.90 3.91 4.30 4.30 4.50 2.50 3.00 4.40 　(4-4) 電気的特性 Parameter TestConditions Min Typ Max Input voltage regulation(%V) 入力電圧調整 VI-VO = 5 V to 35 V TJ = 25°C 　 0.01 0.02 IO = 2.5 mA to 100 mA 　 　 0.02 0.05 Ripple regulation(db) リップル除去率 VO = 10 V, f = 120 Hz 　 65 　 VO=10V 10-μF capacitor between ADJUSTMENT and ground 66 80 　 Output voltage regulation 出力電圧調整 VI=5V to 35V TJ=25°C IO=2.5mA to 100mA VO≦5V (mV) 　 25 　 VO≧5V (mV/V) 　 5 　 VI=5V to 35V TJ=25°C IO=2.5mA to 100mA VO≦5V (mV) 　 50 　 VO≧5V (mV/V) 　 10 　 Output voltage change with temperature(mV/V) 温度による出力電圧の変化 TJ = 0°C to 125°C 　 10 　 Output voltage long-term drift(mV/V) 出力電圧の長期ドリフト After 1000 hours at TJ = 125°C and VI-VO = 35 V 　 3 10 Output noise voltage(μV/V) 出力ノイズ電圧 f = 10 Hz to 10 kHz, TJ = 25°C 　 30 　 Minimum output current to maintain regulation(mA) 安定化を維持するための最小出力電流 VI-VO = 35 V 　 1.5 2.5 Peak output current(mA) ピーク出力電流 VI ≦ VO 35 V 100 200 　 ADJUSTMENT current(μA) 調整用電流 　 50 100 Change in ADJUSTMENT current(μA) 調整用電流の変更 VI - VO = 2.5 V to 35 V　IO = 2.5 mA to 100 mA 　 0.2 5 Reference voltage (output to ADJUSTMENT)(V) 基準電圧(ADJUSTMENTへの出力) VI-VO = 5 V to 35 V　　　IO = 2.5 mA to 100 mA P ≦ rated dissipation 1.2 1.25 1.3 (5) 詳細な説明 (5-1) 概要 　LM317L デバイスは、最大 35 V の高電圧許容範囲を持つ 100 mA リニア レギュレータです。 　このデバイスのフィードバック電圧は、グラウンドではなく出力を基準としています。 　この非接地設計により、LM317L デバイスは優れたライン レギュレーションと負荷レギュレーションを実現できます。 　この設計により、LM317L デバイスは、1 つの抵抗器を使用して電流ソースまたは電流シンクとして使用することもできます。 　2 つの抵抗器を使用することで、1.25 ～ 32 V の任意の出力電圧を得ることができます。 　デバイスのバイアス電流 (最大 2.5 mA) が出力に流れます。 　この電流は、負荷またはフィードバック抵抗器によって使用される必要があります。 　消費電力はパスエレメントの電圧と電流の積で、式 1 に示すように計算されます。 PD = (VIN - VOUT) × IOUT 　・・・・式1 　アプリケーションのヒートシンクは、式 1 で計算された電力を吸収できる必要があります。 　固定レギュレータよりも高性能なことに加えて、このレギュレータは、集積回路でのみ利用可能な完全な過負荷保護を提供します。 　チップには、電流制限と熱過負荷保護が含まれています。 　ADJUSTMENT が切断されている場合でも、すべての過負荷保護回路は完全に機能します。 　通常、デバイスが入力フィルタ コンデンサから遠く離れている場合を除き、コンデンサは必要ありません。 　その場合は、入力バイパスが必要です。 　オプションの出力コンデンサを追加して、過渡応答を改善できます。 　ADJUSTMENT をバイパスして、標準的な 3 端子レギュレータでは実現が難しい非常に高いリップル除去を実現できます。 　固定レギュレータの置き換えに加えて、LM317L レギュレータはさまざまな他のアプリケーションで役立ちます。 　レギュレータはフローティングで、入力から出力までの差動電圧のみを検出するため、最大入力から出力までの差動電圧を超えない限り、数百ボルトの電源を安定化できます。 　主な用途はプログラム可能な出力レギュレータですが、ADJUSTMENT と OUTPUT の間に固定抵抗を接続すると、このデバイスを高精度電流レギュレータとして使用できます。 　電子シャットダウン機能を備えた電源は、ADJUSTMENT をグランドにクランプし、出力を 1.25 V にプログラムすることで実現できます。 　このとき、ほとんどの負荷はほとんど電流を消費しません。 　LM317LC デバイスは、0°C ～ 125°C の仮想接合温度範囲で動作するように特性付けられています。 　LM317LI デバイスは、-40°C ～ 125°C の仮想接合温度範囲で動作するように特性付けられています。 (5-2) 機能ブロック図 (5-3) 機能の説明 (5-3-1) NPN ダーリントン出力ドライブ 　NPN ダーリントン出力トポロジーは、自然に低い出力インピーダンスを提供し、出力コンデンサはオプションです。 　最大電流と最低温度をサポートするには、2.5 V のヘッドルーム (VI - VO) が推奨されます。 (5-3-2) 過負荷ブロック 　過電流および過熱シャットダウンは、デバイスを過負荷または過熱での動作による損傷から保護します。 (5-3-3) プログラム可能なフィードバック 　ADJUST ピンに 1.25 V オフセット入力を備えたオペアンプは、出力電圧または電流 (両方ではない) のプログラミングを容易にします。 　電流調整アプリケーションの場合、抵抗値が 1.25 V / IOUT で、電力定格が (1.25 V)2/ R より大きい単一の抵抗を使用する必要があります。 　電圧調整アプリケーションの場合、2 つの抵抗で出力電圧を設定します。 　回路図と抵抗の式については、一般的なアプリケーションを参照してください。 (6) アプリケーションと実装 注意事項　以下のアプリケーション セクションの情報は TI コンポーネント仕様の一部ではなく、TI はその正確性や完全性を保証するものではありません。 　TI のお客様は、コンポーネントが目的に適しているかどうかを判断する責任があります。 　お客様は、システムの機能を確認するために、設計実装を検証およびテストする必要があります。 (6-1) アプリケーション情報 　VOUT を調整するために必要なコンポーネントは、2 つの出力抵抗のみです。 (6-2) 一般的なアプリケーション (6-2-1) 設計要件 1. レギュレータがフィルタ コンデンサから離れている場合は、入力バイパス コンデンサの使用をお勧めします。 2. この設計例では、表 1 に記載されているパラメータを使用します。 3. 出力コンデンサを使用すると過渡応答が向上しますが、これはオプションです。 　　　　　　表1Design Parameters DESIGN PARAMETER EXAMPLE VALUE Input voltage range (VOUT + 2.5 V) to 32 V Output voltage VREF × (1 + R2 / R1) + IADJ × R2 (6-2-2) 詳細な設計手順 (6-2-2-1) 入力コンデンサ 　入力コンデンサは必須ではありませんが、レギュレータが電源フィルタ コンデンサの近くにない場合は特に推奨されます。 　0.1 μF のセラミックまたは 1 μF のタンタルは、ほとんどのアプリケーションで十分なバイパスを提供します。 　特に調整コンデンサと出力コンデンサを使用する場合はそうです。 (6-2-2-2) 出力コンデンサ 　出力コンデンサは過渡応答を改善しますが、安定性には必要ありません。 (6-2-2-3) フィードバック抵抗 　フィードバック抵抗は、式 2 を使用して出力電圧を設定します。 　　　　…式2 (6-2-2-4) 調整端子コンデンサ 　オプションの調整ピンコンデンサは、リップルの増幅を防ぐことでリップル除去を改善します。 　コンデンサを使用し、VOUT > 6 V の場合は、調整から出力への保護ダイオードが推奨されます。 (6-2-2-5) 設計オプションとパラメータ 　一般的なリニア レギュレータの設計では、次のパラメータが関係します。 ・入力電圧範囲 ・入力コンデンサ範囲 ・出力電圧 ・出力電流定格 ・出力コンデンサ範囲 ・入力短絡保護 ・安定性 ・リップル除去 (6-2-2-6) 出力電圧 　VOUT は式 3 に示すように計算されます。 　　・・・式3 　IADJ は通常 50 μA なので、ほとんどのアプリケーションでは無視できます。 (6-2-2-7) リップル除去 　CADJ はリップル除去を改善するために使用されます。出力電圧が高く調整されたときにリップルが増幅されるのを防ぎます。 　CADJ を使用する場合は、保護ダイオードを含めるのが最適です。 (6-2-2-8) 入力短絡保護 　障害状態中に入力がグランドに短絡した場合、保護ダイオードは、IC 内の低インピーダンス パスを介して外部コンデンサが放電する可能性を防ぐ対策を提供します。 　D1 と D2 は、それぞれ COUT と CADJ に低インピーダンスの放電パスを提供することで、コンデンサがレギュレータの出力に放電するのを防ぎます。 (6-2-3) アプリケーション曲線 (7) 電源の推奨事項 LM317L デバイスは、出力電圧より 2.5 V ～ 32 V 高い入力電圧範囲で動作するように設計されています。 デバイスが入力フィルタ コンデンサから 6 インチ以上離れている場合、安定性のために 0.1 μF 以上の入力バイパス コンデンサが必要です。 (8) レイアウト (8-1) レイアウトのガイドライン ・ 入力ピンはバイパス コンデンサを使用してグランドにバイパスすることをお勧めします。 ・ 最適な配置は、デバイスの VIN とシステムの GND に最も近い場所です。バイパス コンデンサ接続、VIN ピン、およびシステムの GND ピンによって形成されるループ領域を最小限に抑えるように注意する必要があります。 ・ 定格負荷で動作する場合は、IR ドロップと熱放散を排除するために、トレース長を長くすることをお勧めします。 (8-2) レイアウトの例 [目次に戻る]

２．R1R2の値による入出力特性の測定 通常ではR1を470Ω程度にして必要な電圧をR2により調整する方法で設計すれば良いと思うが、もう少し消費電流を下げる事が出来ないかなどを確認するため、下記回路を作成しR1、R2を変化させ各値を測定した。 結果によりR1、R2を選定する資料にしたい。 ただし採用にあたってはメーカー推奨値では無いため自己責任になるので注意すること。 ※IR1はICONと呼ぶことも有るので注意 (1)測定について 　・測定条件 　　①測定条件についてはVINを12(V)で特にIR1の電流値、R1の値、R2の値は 　　　　なおR1およびR2は測定前の実測値です。　　 No IR1の電流値 R1の値 R2(可変抵抗器)の値 備考 測定１ 約2.5(mA)［推奨値］ 460.5(Ω) 0.5～9,940(Ω) 測定２ 約2.0(mA) 620.0(Ω) 0.5～9,940(Ω) 測定３ 約1.5(mA) 818.0(Ω) 0.6～9,910(Ω) 測定４ 約1.0(mA) 1,203.0(Ω) 1.0～9,950(Ω) 測定５ 約0.5(mA) 2,376.0(Ω) 1.0～9,950(Ω) 測定６ 約0.25(mA) 5,100.0(Ω) 1.0～9,970(Ω) 　・測定内容 　　②無負荷状態でR2の変化させVOUT、IIN、V2およびVOUTの最大、最小、10(V)時のR2の抵抗値を測定 　　③R2でVOUTを約10(V)に調整して0(mA)～20(mA)までのIOUTによる　IIN、VOUT、V2を測定する 　　④R2でVOUTを約9.5(V)に調整して ③と同じ測定を実施する。 　　⑤R2でVOUTを約9.０(V)に調整して ③と同じ測定を実施する。 (2)測定の結果 　VINが12(V)の場合だが推奨条件より小さい下記値でも設計出来ると思われる。 　　※測定には一つのLM317しか実施していないので、結果は取り扱いに注意が必要。 IR1の電流は 2.5(mA)[推奨値]⇒1.5(mA)以上とする。 VINとVOUTの差電圧 2.5(V)[推奨値]⇒1.5(V)以上とする。 以下に測定のデータ表とグラフを示す。 (3)測定データ 測定１

測定２

測定３

測定４ 　②について 　IR1の電流が小さいため、VOUTが10(V)以下で安定するIINの値についてVOUTの低い方で変化が出ている。 　またVOUTの最低電圧がきVREFより大きな電圧となっておりVOUTの低い方で特性が悪くなってきている事が判る。

測定５

測定６

(4)測定状況 [目次に戻る]

３，設計シートについて 　設計は下表を作成し設計に使用する。 [目次に戻る]