【電子工作】実験用 可変安定化DC電源 自作プロジェクトが再起動！ [Part 4]

 

3年ぶりに再会したのはいいものの、結構苦戦しているこのプロジェクト

冬休みに宿題として取り組みましたが、なかなか完成せず。

 

前回　2月頭に途中報告をしてはや2カ月。更新するのが遅れてしましました。

自分の個人的な活動と二男の高校受験が重なりまして、ちょっとテンパリ気味でしたので、

更新が遅れたことご容赦ください。

 

前回、リニアテクノロジー社から無料で提供されている、ＬＴＳｐｉｃｅで整流回路と安定化レギュレータＩＣ

ＬＭ３１７の動作説明まででした。

 

このとき、負荷が１ＫΩでしたので、実際の設計負荷の最大２Ａまでのときにどういう動作になるか、

ということと、電流検出ICLT６１０６を使った電流制限回路の動作はどうかというところまででしたね。

 

それでは、この辺を確認したいと思います。

まず、負荷を0.1Ａ～２Ａまでステップシミュレーションで動かしてみましょう。

 

まず、基本的な動作を確認します。

下記の回路です。

 

前回は、ＬＭ３１７の出力電圧を決める抵抗Ｒ２はステップで可変していましたが、今回は2.2ＫΩ。

１２Ｖ　出力の設定です。

 

今回、電流検出ICLT６１０６を使った電流制限回路の動作は１Ａで制限しています。

この部分の説明は後で行いますので、いまのところはそのように了解して下さいねー。

 

一方、前回は1ｋΩで固定であった負荷抵抗は、ステップシミュレーションで可変にしています。

画面中央上右側のＲ１３　ですね。｛Ｒｆ｝がステップシミュレーションの記号です。

 

パラメータは、上に示す①1ＫΩ、②100Ω、③24Ω、④12Ω、⑤6Ω、⑥3Ωですから、

それぞれの負荷で、電流は①24ｍＡ、②120ｍＡ、③500ｍＡ、④１Ａ、⑤２Ａ、⑥４Ａの設定になります。

 

今回、１Ａで電流制限をかけていますので、うまく動作するでしょうか？電圧の安定度は？

というシミュレーションです。　

さあ、さっそく行ってみましょう。

 

まずは電圧値。

 シミュレーション結果です。

① 24ｍＡで１２．２Ｖ、②１２０ｍＡで１２。２Ｖ、③５００ｍＡで１２Ｖ、④１Ａで１１．８　⑤２Ａで６Ｖ

というところでしょうか？

 

次に電流値も確認します。

青のプロット表示が電流値です。

① 24ｍＡで２４ｍＡ、②１２０ｍＡで１２０ｍＡ、③５００ｍＡで500ｍＡ、④１Ａで１Ａ ⑤２Ａで１Ａです。

電流制限は設定の１Ａでスパッとキレている様ですね。

電圧変動が、若干多いのが気になります。

 

しかし、おおむね意図通りの動作をしているようでホッとしました。

④の時の動作は、シミュレーションに負荷がかかるようで、途中です。（⑤まで行き着きません）

が、動作はほぼ解析できていますので、問題ないでしょう。

 

レギュレーションが悪い問題を考えます。

今回、ＬＭ３１７の最低出力電圧1.25Ｖをキャンセルするために、ダイオードの潤電圧Ｖｆ ０．６ＶとトランジスタのＶｂｅ０．６Ｖを併せて１．２Ｖでキャンセルして、０Ｖから出力できるように設計しています。

 

しかし、ＶｆもＶｂｅも電流によって変わりますので、思惑どおりに言ってないようです。

ためしに、ダイオードとトランジスタを外してみましょう。（出力電圧は若干高くなります）

下記の回路図ですね。

 

 

まずは電圧値。

 

今度は、500ｍＡまで、ほぼ±０．１Ｖ内に収まっています。　１Ａで制限がかかって落ちています。

やっぱダイオードやら入れない方が、レギュレーションいいですよね。

０Vスタートはあきらめましょうか？

 

次に電流値を見てみましょう。

こちらも１Ａでピッタンコ電流制限がかかっています。

 

このようなシミュレーション結果になりました。

結構、思惑通りの動作でちょっぴりドヤ顔です。

　（実際はＲ１２にポリスイッチで保護を入れましたので、この抵抗がレギュレーションに多少影響すると思われます）

 

 

次に、電流検出IC　LT６１０６を使った電流制限回路の動作の説明に入ります。

なんか、会社の仕事みたいになってきましたねｗ

 

まずは、リニアテクノロジーさんのＨＰからデータシートをＤＬします。

LT6106 – SOT-23パッケージの低コスト36Vハイサイド電流センス･アンプ

 

最近は、秋月電商さんでもあつかっているようです。

ハイサイド電流センス・アンプＩＣ １ｍＡ ＬＴ６１０６ＣＳ５

 

自分は無償サンプルでもらいました。　マニアでもサンプルくれるんですね、この会社。

 

さてさて、閑話休題：

サンプル回路です。

左上の電流検出抵抗が0.02Ωの時に、200ｍＡ/Ｖの出力が出るんですね、このＩＣ。

今回、0.1Ωを電流検出抵抗にしましたから、１Ａ/１Ｖの出力になります。

つまり、１Ａで電流制限をかけたければ、コンパレータを使って、１Ｖ以上になったら

ＬＭ３１７の出力をオフってやればいいわけです。

２Ａなら、２Ｖです。簡単ですね。

 

それが、下記の回路です。

 

 

右下のＩＣ　ＬＴ１０１７（Ｕ２）がコンパレータ 日本無線ではＮＪＭ2903 になります。

電源は５Ｖにしていますので（ここでは電圧源）、コンパレートする基準電圧をＲ３とＲ７で分圧して

つくってます。５Ｖｘ２Ｋ／（２Ｋ＋８Ｋ）＝１Ｖですね。

シミュレーションのため、固定抵抗を使ってますが、実際は可変抵抗を使います。

 

中央のＬＴ６１０６の出力が１Ｖ以上でると、電流が１Ａを超えたということで、Ｕ２がオフになり

左端のＱ３　２ＳＣ４０８１をＲ８　２．２ＫΩでオンしてＬＭ３１７の出力をオフるという回路構成です。

 

 リニアにフィードバックがかかっているわけではなく、いわゆるバンバン制御ですが、シミュレー

ションでは問題なく動作していますね。

 

大きなＣＲ時定数がはいればうまくいきませんが、今回は電流検出からダイレクトに制御していますので

ＯＫのようです。（Ｒ１ 220ΩとＣ４ 10uFが時定数です）

ここまでが、今回の安定化電源の動作のキモです。

 

大分、ココまでの説明で、疲れて来ましたね。焼酎でのエネルギー補給が必要のようですｗ。

 

次回は、実際の安定化電源で動作が思惑通りに動作しているか、オシロで動作を解析して

説明できましたら、最終回としたいと思います。

余裕があれば、Ｂｓｃｈで書きなおした最終回路と部品リストの説明もしたいと思います。

 

最近はデジタルばやりで、この辺のアナログ電源の説明も少なくなってきましたね。

参考になる資料が少ないので、正直　若干困ってます。 

おやおや、愚痴になりました。　もうこの辺で終わりましょう。

 

それじゃ、おやすみなさい