アリスのＶ．Ｒｅｇ２ の巻 その３
（ＡＬ４３１搭載型 可変 定電圧安定化電源基板、入力ＡＣ、ＤＣ両用）
【 使い方実例 】
【 ＮＡＳの電源 】 ※NAS【Network Attached Storage】（ネットワーク接続ストレージ）
アリス 「ＰＣやその周辺機器って基本的にスイッチング電源を使用してますよね？」
みみずく 「まぁ、その他の用途でも、いまどきはスイッチング電源が主流だよ。
何しろ効率がよくって小型軽量だしね。」
アリス 「というわけで、時代の流れに逆らって、ＮＡＳの電源をＶ．Ｒｅｇ２でリニア電源化してみることにします。」
みみずく 「なんとなくムリヤリ感があるな。」
アリス 「ＰＣオーディオをやっている方から、電源をリニア化してみたいというメールをもらったんです。
でも、さすがにＰＣの電源をリニア化するのは敷居が高いと思ったので。」
みみずく 「それでＮＡＳに目を付けたと？」
アリス 「はい、ちょうどあたしもＮＡＳ（外付けＨＤＤ）を使っているというのと、
ＬＡＮのルーター・ハブの電源をリニア化したらネットワークオーディオの音質がよくなったと言ってましたから、
楽曲コレクションが保管されているＮＡＳの電源をリニア化してみるのも面白そうだなって思いました。」
みみずく 「なるほどね。
それで、アリスの使っているＮＡＳの消費電力はどうなっているんだい？」
アリス 「ＤＣ１２Ｖで２４〜４８Ｗです。」
みみずく 「最大で４８Ｗと言うのは結構な電力だな。最大電流は４Ａも流れるわけだ。」
アリス 「と、いうわけで１２Ｖ４Ａを出力するＶ．Ｒｅｇ２のセッティングを煮詰めようと思うんですけど、
わたしの案に問題や注意点があったら、みみずく先生に指摘して欲しいんです。」
みみずく 「了解した。気が付いた範囲でね。」
アリス 「まず、おおもとの電流源にはスイッチング電源アダプターを使うことにしました。
１６Ｖ４Ａのものが入手できたのでこれを使います。」
みみずく 「ふむふむ。」
アリス 「全体の構成としてはこのようにするつもりです。」
アリス 「Ｖ．Ｒｅｇ２(＋)の入力は１６Ｖで出力が１２Ｖ、つまりドロップ電圧は４Ｖです。
これに最大電流が４Ａ流れるわけですから、Ｖ．Ｒｅｇ２(＋)の発熱は次のようになります。」
Ｖ．Ｒｅｇ２(＋)の最大発熱量＝４(Ｖ)×４(Ａ)＝１６Ｗ
みみずく 「この発熱量は出力電圧を直接制御している出力トランジスターのコレクター損失に密接に関係する。
これ以外に接地抵抗や、制御素子であるＡＬ４３１での発熱が加わる。」
アリス 「出力トランジスターには耐圧２０Ｖ、実用電流４Ａ、最大コレクタ損失２０Ｗ以上の物を探すことにします。
上手い具合に２ＳＣ３７０９Ａ−Ｙが適合しましたので採用することにします。」
２ＳＣ３７０９Ａ−Ｙ ５０Ｖ １２Ａ Ｐｃ３０Ｗ ｈＦＥ（直流電流増幅率）１２０以上
みみずく 「このトランジスターは４Ａの電流域でも充分な性能を確保している。
いい選択じゃないかな。」
アリス 「出力トランジスターとダーリントンを構成する小信号用のトランジスターには２ＳＣ１８１５ＧＲを使います。」
みみずく 「２ＳＣ３７０９Ａ−ＹのｈＦＥは１２０以上、２ＳＣ１８１５ＧＲのｈＦＥは２００以上ということになっているから、
ダーリントン接続時の合成ｈＦＥは温度条件を考えても最低で２００００以上はあると考えてよい。」
アリス 「その場合、２ＳＣ１８１５ＧＲへのベース電流は最大でも
４Ａの２００００分の１の０．２ｍＡということになりますよね？
また、このベース電流はＡＬ４３１を流れるシャント電流と一部を分け合いますが、
シャント電流は２ＳＫ３０を用いた定電流回路から供給され、標準セッティングで２ｍＡほどになります。
これくらいなら大丈夫ですよね？」
みみずく 「経験的にはシャント電流がベース電流の１０倍以上あれば、まぁ、大丈夫だよ。」
アリス 「さらに、ＡＬ４３１に発生する電圧も１２Ｖ＋１．２Ｖ（ダーリントントランジスターのＶｂｅ）＝約１３．２Ｖで
シャント電流が２ｍＡなので発熱量は
ＡＬ４３１の発熱量＝１３．２(Ｖ)×２(ｍＡ)＝２６．４(ｍＷ)
となって問題ありませんよね？」
みみずく 「そうだな。全く余裕だ。」
アリス 「それと、ＣｉｎとＣｏｕｔに使う電解コンデンサーについては２５Ｖ１０００μＦを９本ずつ使用するとして、
入力のＣＲフィルターのセッティングはどうしたらよいでしょうか？」
みみずく 「うーん、電流が多くなるとＣＲフィルターは無駄が多くなるからなぁ。
１Ωの抵抗を使っただけでも４Ａ流れると４Ｖも電圧降下してしまいドロップ電圧を全て使い切ってしまう。
これくらいの抵抗値ではたいした効果は期待できないし、
こういうときには抵抗Ｒの代わりにインダクターＬを使ってＬＣフィルターを組むのがよいだろうね。
インダクターは直流抵抗が低いので大電流が流れても直流の電圧降下があんまり起こらない。
ただ、直流重畳には気をつけないと磁気飽和してインダクターの意味がなくなってしまうので
電流容量には余裕を持つこと。」
アリス 「わかりました。２００μＨ ９Ａのトロイダル型インダクターがあるのでそれを使ってみます。」
みみずく 「それなら高周波のスイッチングノイズへのフィルター効果は充分に大きい。
それと、超低ＥＳＲの電解コンデンサーを使うつもりだろうから、
入力の突入電流防止用にパワーサーミスターを使うのも効果的だね。」
アリス 「パワーサーミスターですか？知らない部品です。どんなものですか？」
みみずく 「サーミスターって言うのは温度によって抵抗値が変化する抵抗体のことだよ。
パワーサーミスターには温度が上昇すると急激に抵抗値を失うものを使う。
そうすると、突入電流を防ぎつつ発熱し、通常運転時には抵抗値が低くなる為ほとんどロスにならない。
こういった用途に使うサーミスターをＮＴＣサーミスターと言う。」
(※Negative Temperature Coefficient Thermistor)
アリス 「ふーん。そんな便利な部品があるんですね。」
みみずく 「まぁ、無理に使う必要は無いが。なくても何とかなるだろう。
しかし、最近は入手が難しいかもしれないし、良ければ私のストックを分けてあげよう。
試してみるといい。」
アリス 「ありがとうございます。ありがたく頂戴したいと思います。
他に何か注意点はありませんか？」
みみずく 「そうだね。今回は出力電圧の変動にシビアになった方が良いだろうから、
ＡＬ４３１よりも電圧の温度安定性に優れるＩＣのＴＬ４３１を使ったほうが良いかも知れないな。」
アリス 「なるほど、適材適所と言うことですね。今回はＴＬ４３１を使うことにします。」
みみずく 「ひとまずはそんなところかな？」
アリス 「わかりました。それでは今回のセッティングを回路図に描いてみます。」
みみずく 「では、さっそく実装と動作テストだな。」
アリス 「はい。こんなふうに実装してみました。」
みみずく 「インダクターとパワーサーミスターもちゃんと実装できたんだね。」
アリス 「ダイオードＤ２とＣＲフィルターのＲ１に実装しました。」
みみずく 「動作は問題無かったかい？」
アリス 「それなんですけど、実はモノは試しと出力トランジスターに放熱器を取り付けないで動かしてみました。」
みみずく 「まぁ、無茶してみるのも実験ではあるが…。かなり熱くなるだろ？」
アリス 「出力トランジスターがあっという間に１００℃を超えたので、あわてて電源を切りました。」
みみずく 「まぁ、そりゃ当たり前だ。」
アリス 「なので、改めて大型の放熱器を取り付けて試してみたところ、
室温２０度で出力トランジスターの表面温度が４０℃前後で安定するようになりました。
給電しているＮＡＳも不都合無く動きました。」
みみずく 「それは何よりだ。」
アリス 「その後、毎日使用して１２ヶ月以上経ちました。今のところ問題なく安定動作しています。」
※使用したパーツの参考に
・１６Ｖ４Ａスイッチング電源アダプター：http://akizukidenshi.com/catalog/c/c16V/
・トロイダルコイル２００μＨ９Ａ：http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04080/
・トランジスタ２ＳＡ１４５１Ａ−Ｙ／２ＳＣ３７０９Ａ−Ｙセット：http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-05063/
・放熱器（ヒートシンク）５４ｘ５０ｘ１５ｍｍ：http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05051/
【２８０Ｖテスト】 ＡＣ１００ＶからのＤＣ２８０Ｖ安定化出力の実験
恐る恐るやってみます。