部品実験:電源部品

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Regulator レギュレータ　2024/9/7

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１．レギュレータ電源 ２．可変電圧レギュレータの比較 　　TL431とLM317の比較 　ツェナーダイオードについて 　TL431について 　LM317について		１，ダイオードについて

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１．レギュレータ電源 レギュレータとは出力の電圧又は電流を一定に保てる制御回路を持っている安定化電源を言い、その回路として簡単な物からツェナーダイオード、78又は79シリーズの固定電圧型の三端子レギュレータやTL431などの可変電圧型のレギュレータそしてスイッチングレギュレータなどがあります。 ツェナーダイオードでﾚｷﾞｭﾚｰﾀ 7812固定電圧レギュレータ TL431 & LM317 可変電圧ﾚｷﾞｭﾚｰﾀ スイッチングレギュレータ スイッチングレギュレータはエネルギーをコイルに貯め、放出するサイクルを出力電圧により調整して安定化電源として使用している。 このサイクルで電源を入り切りするため、ノイズの放出やリップルも多くなります。 しかしその他上記の3種類は電源を入り切りするのではなく、電源に直列に入っている抵抗に流れる電流や抵抗を出力電圧により変化させる事により安定化電源として使用しています。 このためノイズのほとんどが抵抗分から出る物でスイッチングレギュレータから見ればﾉｲｽﾞは非常に小さくなります。 [目次に戻る]

2．可変電圧レギュレータの比較 　可変電圧ﾚｷﾞｭﾚｰﾀの手持ちにはTL431とLM317が有りますが、回路が多少違い各々特徴が有るので比較しながら、説明します。 (1)TL431とLM317の比較 品　名 TL431 LM317 外観 PinName 回路図 VREFの場所を記入の事 VREFの場所を記入の事 制御概要 R2に発生する電圧V2とTL431内部の基準電圧VREF≒2.5Vを比較し、IKAを変化さVOUTをコントロールします。 V2 = ICON x R2 ICON = VOUT / ( R1 + R2 ) VOUT = VIN - V3 VREF < V2 = IKA増　→ V3増　→　VOUT減 VREF > V2 = IKA減　→ V3減　→　VOUT増 R1に発生する電圧V1とLM317の内部の基準電圧VREF≒1.25Vを比較し、内部のR3(トランジスタ)を変化さVOUTをコントロールします。 V1 = ICON x R1 ICON = VOUT / ( R1 + R2 ) VOUT2 = VIN - V3 VREF < V1 = R3増　→ V3増　→　VOUT減 VREF > V1 = R3減　→ V3減　→　VOUT増 出力式 VOUT = ( 1 + R1/R2) x VREF + IREF x R1 VOUT = ( 1 + R2/R1) x VREF + IADJ x R2 絶対定格 VkA　カソード電圧(V)　　　　　　37(V) IkA　連続カソード電流範囲(mA)　100(mA) VIN　入力電圧(V)　　　　　　　　35(V) IIN　連続カソード電流範囲(mA)　100(mA) 電気的特性 Vref　基準電圧(mV)　　　　　　　　2,495 Iref　基準入力電流(μA)　　　　　　　2~4 ICONレギュレーション最小カソード電流(mA) 0.4~1 Vref　基準電圧(mV)　　　　　　　　1,250 Iref　基準入力電流(μA)　　　　　　50~100 ICONレギュレーション最小カソード電流(mA) 1.5~2.5 設計条件 WR3 > IIN2 x R3 　IIN = VIN /R3 VIN = V3 < 36(V) IIN =100mA ICON > IREF x 25 　接合部温度　150℃ 　LPPackageの場合の熱抵抗　140℃/Wから 　PD≒1.071となる　PD=(VIN-VOUT)xIIN 　例　VIN=12(V)、VOUT(2.5)の許容電流は 　1.071/(12-2.5)=0.1(A)　　112(mA)となる。 　ただしIKAのContinuous Cathode Current Rang　から100mA以下で使用すること。 入力出力電圧の関係 VOUT = VIN-2.5(V)～VREF 制御電流　ICON≒2.5(mA)　R1＝470(Ω) IIN = 100mA　算出は以下による 　接合部温度　150℃ 　LPPackageの場合の熱抵抗　１39.5℃/Wから 　PD≒1.075となる　PD=(VIN-VOUT)xIIN 　例　VIN=12(V)、VOUT(1.25)の許容電流は 　1.075/(12-1.25)=0.1(A)　　100(mA)となる。 保護 R3を短絡電流に耐える設計にする 内部回路に過熱保護と過電流保護回路が有り 部品点数 外付けR3が必要 外付けR3が不要でTL431より1個少ない 　設計比較 TL431 LM317 出力電圧固定の設計 ■設計条件 　ＶIN=12(V)　　　　VOUT＝5(V) 　ILODE＝0~10(mA)　ＩREF＝4(uA) 　IKA = 1mA以上 　・ILODEが0(mA)の場合は 　　ＩCON＝ＩREF×250 = 1(mA)以上で設計 　・ILODEの最低が0.9(mA)であれば 　　　ＩCON＝ＩREF×25 =0.1(mA)でも動作可能 ■R1,R2を求める　(R1+R2=Rとすると) 　R＝VOUT/ILODE＝5(V)/1(ｍA)<5(kΩ) 　R2＝R1から　※説明１参照 　R2＝R1=2.4(kΩ） 　以下計算で使用 　IO＝5(V)/4.8(kΩ)≒2(mA) ■R3を求める 　R3は電流(ILODE+IREF+ICON)を流す必要有り 　R3　<　(VIN-VOUT)/(ILODE+IREF+ICON) 　R3 < (12-5)/(10+1+2) 　R3 < 7(V)/13(mA) = 538 　R3=500(Ω) とする。 　R3の最大消費電力は出力側短絡を考慮して 　132/500 = 0.338(W)より大きな物を使用 　R3=1(kΩ)1/4(W)抵抗を2個並列使用する。 ■設計条件 　ＶIN=12(V)　　　　VOUT＝5(V) 　ILODE＝0~10(mA)　ICON=2.5(mA) ■R1を求める 　R1＝1.25(V)/2.5(mA)=500(Ω) 　2.5(mA)以上流し24Eシリーズの抵抗から 　R1=470(Ω)を選択 ■R2を求める 　※説明３参照 　　 ＝1.389(kΩ) 　　24Eシリーズの抵抗から　1.3(kΩ)を選択する。 ■出力電圧の計算 　 　　≒4.76(V) もし上記電圧で不足な場合は、R1とR2の値を24Eシリーズの抵抗の組み合わせで選定する。 出力電圧可変の設計 ■設計条件 　ＶIN=12(V)　　VOUT＝10(V)～Vref(V) 　ILODE＝0~1(mA)　Ｉｒｅｆ＝4(uA) 　ＩCON＝Ｉｒｅｆ×25 = 0.1(mA)以上で設計 ■R1,R2を求める　(R1+R2=Rとすると) 　R＝VOUT/IO＝10(V)/0.1(ｍA)<100(kΩ) 　3xR2＝R1から　※説明2参照 　R1＝30(kΩ)の可変抵抗 　R2＝10(kΩ） 　以下計算で使用 　ICON＝10(V)/40(kΩ)≒0.3(mA) ■R3を求める 　R3は電流(ILODE+IREF+ICON)を流す必要有り 　R3　<　(VIN-VOUT)/(ILODE+IREF+ICON) 　R3 <　 (12-10)/(1+1+0.3)　=870 　24Eシリーズの抵抗から　820Ωを選定 　R3消費電力は122/820＝176(mW) 　1/4(W)の物を使用する。 ■LM317と比較して 　・調整電圧時のIinについて 　ILODEが最低の時の電流値は 　VOUT＝10(V)の時　IKA≒2(mA) 　Iin=2(mA) 　VOUT＝2.5(V)の時　IKA≒11(mA) 　Iin＝11(mA) 　IINがLM317より大幅に大きい時がある。 　　　電圧変化で電流変化が大きい。 ・出力電流と出力電圧にわずかだが勾配が見られる 　後の実験結果で判ったのだが、チェナーダイオードより勾配は緩いが、出力電流が増加するとわずかだが、出力電圧の低下が見られる。 ■設計条件 　ＶIN=12(V)　　　　VOUT＝9.5(V)～Vref(V) 　ILODE＝0~1(mA)　ICON=2.5(mA) ■R1を求める 　R1＝1.25(V)/2.5(mA)=500(Ω) 　2.5(mA)以上流すことから 　R1=470(Ω)とする。 ■R2を求める 　　※説明３参照　 　＝2.799(kΩ)　=3(kΩ) ■出力電圧の計算 　 最大電圧が9.35(V)なので 　24Eシリーズの抵抗からR1を430(Ω)で再計算 　ICON＝2.9(mA)　IIN＝ICON＋1(mA)=30(mA) 　最大電圧は≒10(V)になった。 ■計算結果 　R1＝430(Ω) 　R2=3(kΩ)の可変抵抗 　IIN＝2.9～3.9(mA) 　　IINがTL431の最小電流より多少多い 　TL431の最小＝2(mA)　LM317=3.9(mA)　 　 ただしILODE=1(mA) ※なおLM317のIINについてはVINが低いのでICONが少なくてすむので、IINも少なくなる。 　経験値からIINは3(mA)程度で良い　後に説明する。 ※説明１ 　　VOUT1 = ( 1 + R1/R2) x VREF + IREF x R1　 　　①＝（１＋R1/R2）×②＋③×R1 ③＝4×10-6 ⇒③R1≒0とすると 　　①＝②＋②R1/R2 　　（①-②）ｘR2＝②R1 　　R2x(①-②)/②＝R1 ①＝5、②＝2.5とすると 　　R2=R1 ・・・式３ ・・・式４ ・・・式５ ・・・式６ ・・・式７ ・・・式８ ※説明２ ※説明１の式７から 　　R2x（①-②）/② = R1 ①＝10、②＝2.5とすると 　　3xR2=R1 ※説明３ [目次に戻る]