![]() |
||
アリスの可変定電圧ミニ・レギュレーター(miniReg)の巻き その2アリス 「というわけで、TL431を調べてきました。みみずく先生。」 みみずく 「どんなものだった?」 アリス 「TL431は電源ICの一種でシャント・レギュレーターという方式を採用しています。 みみずく 「ふむふむ。」 アリス 「シャント・レギュレーターは大電流を扱う用途には向かないものの、 みみずく 「うん、今回のテーマには充分だと思うよ。」 アリス 「でも、これで何をしようとしているのかイマイチわからないです。」 みみずく 「今回はTL431シャント・レギュレーターを基準電圧源にして定電圧シリーズ・レギュレーターを作る。」 アリス 「もっと、わかりづらい…。挫折しそうだわ。」 みみずく 「まあまあ、すぐにわかるよ。ほら、これがTL431だよ。」 アリス 「うわー、小っちゃーい。トランジスターみたい。」 みみずく 「そう、外見はトランジスターと瓜二つだ。全く区別できない。書いてある名前以外はね。」 アリス 「この中にICが入っているの?」 みみずく 「そうだよ。」 アリス 「カーワイー。シャントちゃんって呼ぼう♪」 みみずく 「要はね、このTL431で自由に電圧をコントロールできるレギュレーターをつくろうってわけなんだ。 アリス 「それは楽しみです。がんばって、シャントちゃん♪」 みみずく 「それでは、原理的な基本回路からだ。アリス、この回路の動作はわかるかい?」 アリス 「はい。えー、TL431はVrefが約2.5V(正確には2.495V)以上であるときには、 みみずく 「うむ、そのとおりだな。よく勉強してるじゃないか、アリス。」 アリス 「えへへ…、わたし誉められて育つんです♪」 みみずく 「では、この電源回路の電流供給能力は最大何アンペアかな?」 アリス 「えーっと…、入力が10Vで出力が常に5Vということは、100Ωには差し引き、常に5Vの電圧降下があるわけで、 みみずく 「そのとおりだ。このように出力と平行に繋がれた制御素子が迂回路のように機能することを『シャント』というのだけれど、 アリス 「それは…、入力からの電流をコントロールするだけではなく、出力から逆流してくる電流もコントロール可能なことだと思います。 みみずく 「よく答えられたね、アリス。上出来だ。」 アリス 「勉強の甲斐がありました♪」 みみずく 「小電力の電源であればこの方式でも使えないことは無いし、逆流にも強いことは大きなメリットだ。 アリス 「パワーアップするわけですね。」 みみずく 「そう、そこでこのようなことをしてみる。」 アリス 「さっきの回路にトランジスターを足したんですね。」 みみずく 「そうだね。この回路では出力電圧Voutはどうなるかな?」 アリス 「基本回路の部分はさっきと一緒だからVb=5Vで、 みみずく 「そうだね。では、この回路の電流供給能力は?」 アリス 「えーっと…、あれ?どうやって考えたらいいんでしょう?トランジスターの勉強をあんまりしてないので、わかりません…。」 みみずく 「ちょっと意地悪な質問だったね。答えはいくつかあるが、ひとつはトランジスターが壊れる最大定格電流までということ。 アリス 「ふ〜ん、おもしろーい。」 みみずく 「この方式はTL431に流す電流を最小限にできるメリットがある。 アリス 「じゃあ、大きなトランジスターを使えばいくらでも大きな電源が作れるのね。」 みみずく 「そうだよ、大きな電源は発熱も大きいから放熱対策が必要になるけどね。ただ、その場合はこんなことをする。」 アリス 「トランジスターが二階建てになってますね。」 みみずく 「ダーリントン接続というんだ。大体は、Tr1に大型のパワートランジスターを使い、Tr2に高性能な小信号用トランジスターを使う。 みみずく 「というわけで、5Vを出力したい場合は抵抗値などの『定数』を変更する必要がある。 アリス 「なんか、抵抗が一本増えていますね。トランジスターについてるやつ。」 みみずく 「これはブリーダー抵抗といって、Tr2にアイドリング電流を流しておくためのものなんだ。 アリス 「可変抵抗(VR)を入れることで、出力電圧を可変できるようになっているんですね。」 みみずく 「どうしてVRがこんな接続になっているのかわかるかい?アリス?」 アリス 「えっ…、なぜでしょう?抵抗を使わずにVRひとつだけでもよさそうに思うけど…?」 みみずく 「これはね、部品の動作不良に備えてのものなんだ。 アリス 「しばらく使っていなかったエフェクターのツマミをまわすとガリガリいうのって、それなの?」 みみずく 「まさにそうだね。実際に『ガリオーム』ってよんだりする。 アリス 「VRの接触抵抗値が仮に無限大だとすると…、単純に100kΩの抵抗とみなせるから…、 みみずく 「そう、この部品配置だとそうなる。これは一種のフェイルセーフなんだ。ここを間違うと逆のことが起こる。」 アリス 「それはコワイですね。ツマミをちょっと動かした瞬間にバリバリ、ドカーンって。」 みみずく 「下流の機器を耐電圧オーバーで壊してしまうかもしれないね。ちょっとしたことだけど、こういうことは大切なんだ。」 アリス 「はい。勉強になりました。」 みみずく 「次は発熱の検討をしようか。Vin=10VでVout=5Vのセッティングで、Tr1に1Aが流れたとすると、どのくらい発熱すると思う。」 アリス 「Tr1での電圧降下が5Vなので、5V×1A=5Wです。」 みみずく 「そうだね、この発熱を『コレクタ損失』というのだけれど、5Wというのはかなり大きな発熱なので、放熱フィンが必要になる。 みみずく 「あ、そうだ。これは余談なんだけどね、 アリス 「へ〜、いいこと聞きました♪」 みみずく 「小信号用トランジスターは性能がよいものが多いんだ。 アリス 「わかりました。では、早速作って試してみます。」 みみずく 「おっと、ちょっと待ってくれ。まだ話は終わりじゃないんだ。 アリス 「えー、それじゃあ出力電圧が安定しませんよ?」 みみずく 「そうだね。実際に実験してみるとわかるが、けっこうフラフラする。 アリス 「じゃあ、出力を安定させるにはTL431にNFBをかければいいってことなの?」 みみずく 「回路図を見たほうがわかりやすいだろうね。…ちょっと書き直して、と。」 アリス 「あ、なるほどー。シャントちゃんが出力電圧をチェックしてるのね。」 みみずく 「そう。たったこれだけのことで、出力電圧の安定度は格段に高まるんだ。このやり方をNFBとよぼう。」 アリス 「安定してるから音がよい♪ということですね。また、わたしのギターの音がよくなっちゃうわ♪」 みみずく 「…うーん……」 アリス 「どうしたんですか?みみずく先生?」 みみずく 「それがねえ、音に関しては難しい問題なんだ。」 アリス 「?」 みみずく 「デジタル回路なんかには安定度の高いNFB型がよい結果を出すんだけど、 アリス 「???…なんだか意外な展開ね。」 みみずく 「non-NFB型は確かに出力電圧の変動は大きいのだけど、その変動パターンはランダムなものではなく、 アリス 「ふーん、感性は人それぞれだし、客観的な実験自体が難しいのね…。」 みみずく 「最終的には自分がよければいいのさ。人様に押し付けるものでもない。興味があれば自分で実験してみるのがいいと思うよ。」 アリス 「わたしはギターの音がよくなればいいの♪」 みみずく 「そうそう。そういうことが一番大切だ。」 アリス 「あ、そうだ。みみずく先生。−12Vのレギュレーターも欲しいんだったわ。」 みみずく 「おーっと、話してるうちに忘れていたよ。」 アリス 「どうすればいいの?シャントちゃんはマイナス用のもあるの?」 みみずく 「いや。TL431を応用するのさ。」 アリス 「えー、ワカンナイ。」 みみずく 「負電圧レギュレーターの回路図をnon-NFB型でかくと、このようになる。」 アリス 「pnpトランジスターと組み合わせるんですね。でも、これでちゃんと動くんですか?」 みみずく 「ちゃーんと動くよ。 アリス 「じゃあ、NFB型はこうですね?TL431をVoutに繋いでっと…。」 みみずく 「うーん…、この場合はね、あんまり意味が無いかもしれない。」 アリス 「え?どういうことですか?」 みみずく 「TL431はR:リファレンスとA:アノードとの電位差を約2.5Vに保つ働きをする。 アリス 「ふむむ、なるほどですねー。」 みみずく 「こんなところでいいかな?」 アリス 「ありがとうございます、みみずく先生。勉強になりました。早速作ってみます。」
※TL431と互換のフルディスクリート・シャントレギュレーター AL431が完成しました。
|