整流回路の設計方法（トランスの選定方法）

質問

＋５Ｖの安定化電源を作成しようとしていますが、
トランスの選定方法が分かりません。
どなたかアドバイスをいただければと思います。
要点は以下のとおりです。
・安定化回路には３端子レギュレーターを使用します。
・３端子レギュレータの出力は５Ｖですが、入力はどのくらいが良いでしょうか？
・３端子レギュレータの入力に対してトランスの出力はどのくらいが良いでしょうか？
・トランスのカタログに表記されている０－６－１２などの数字は負荷無しのときの出力でしょうか？

以上、宜しくお願いします。

回答No.8

teracup · ベストアンサー

A5です。
見つけましたっ！
http://mzl.k-server.org/craft/psa1.html

ず～っと下にスクロールしていくと、回路図があります。
16Vセンタータップ、0.2Aのトランスなら、ベストセレクションです。
上側のICが7805、下側のICが7905でよいのですが、一部回路変更をします。
　1.入力側の電解コンデンサの中点（GND）とICのGNDは接続（直結）してかまいません。
　2.出力側に入っているオペアンプは不要です。
　　これの入力系に入っている3個の抵抗も不要です。
　　つまり、GNDラインをそのまま出力に引き出してきてよい、ということです。

>(1)平滑用のコンデンサは、とりあえず1000μFくらいにしようと思うのですがどうでしょうか。

十分です。
100mAなら、330μFでもよいです。
220μFでは、むむむ！という感じです。A3に書いた実測が必要になってきます。
また、入力100V ACが90Vに低下した場合など、安定化ができなくなります。

>(2)三端子レギュレータの入力側に入れるコンデンサは平滑回路のコンデンサと共用と言う形になるのでしょうか？

ICの両側に入っている小容量のコンデンサは発振止めです。
0.1μFくらいのもの（厳密にはICの規格で指定している）を「ICの直近に配置」する必要があります。

>そして、出力側には100μFのコンデンサを入れるくらいでよいでしょうか？

OKです。

こちらに紹介した回路図には、いろんなものが入っています。
目的・理由を納得した上で製作にかかりたい（場合によっては省略したい）なら、遠慮なく質問してください。

参考URL：

http://mzl.k-server.org/craft/psa1.html

回答No.7

noname#26171

がんばっていらっしゃいますね。

＞・トランスは 0-CT-16 0.2A を使用することにします。
＞・正負電源はダイオードブリッジを使用して作り出します。
＞・安定化回路には7805と7905を使用します。

＞これで何とかいけるような気がするですが・・・自信がありません。

おおむね大丈夫と思います。特にトランスはグッドチョイスです。
この程度でしたら、放熱板もいらないと思います。
±電源を作っている画像を見つけましたので、参考にしてください。

＞(1)平滑用のコンデンサは、とりあえず1000μFくらいにしようと思うのですがどうでしょうか。

容量は大きいにこした事はありませんが、１０００ｕＦあれば大丈夫と思います。

＞(2)三端子レギュレータの入力側に入れるコンデンサは平滑回路のコンデンサと共用と言う形になるのでしょうか？
＞そして、出力側には100μFのコンデンサを入れるくらいでよいでしょうか？

別にしてください。
レギュレータのすぐ近くに、１００ｕＦ前後の電解コンデンサ、０．１ｕＦ程度のセラミックコンデンサをつないでください。（入出力とも）
１０００ｕＦの電解コンデンサ（平滑用）は、ダイオードブリッジの近くにつないでください。極性にはくれぐれも注意。

参考URL：

http://www.y-min.or.jp/~nob/Audio/DAC/DAC02-Kairo02-2.jpg

回答No.6

noname#26171

補足拝見しました。
±５Ｖですか・・・
１００ｍＡ程度でしたら、７８０５タイプのレギュレータに放熱板なしでも使えるとは思います。

ただ、７８０５は＋５Ｖ専用の３端子レギュレータです。
－５Ｖを造るには、同じシリーズで７９０５というものでないと、造れません。
７８０５と７９０５とはピン配置が違うので、注意が必要です。

で、±電源を造る場合、トランスとダイオードブリッジを各電源にそれぞれ１個ずつ使って造る方法と、トランスとダイオードブリッジそれぞれ１個で済む造る方法があるのですが、後者は少々ややこしいです。
この場で文章で説明してわかっていただける自信がありません。

参考ＵＲＬに、７８０５を使用した電源回路を載せました。

参考URL：

http://www.page.sannet.ne.jp/je3nqy/sonota_e/7805/7805_1.htm

補足

度々の回答ありがとうございます。
皆さんのアドバイスをもとに大まかに回路の設計を行いました。

・トランスは 0-CT-16 0.2A を使用することにします。
・正負電源はダイオードブリッジを使用して作り出します。
・安定化回路には7805と7905を使用します。

これで何とかいけるような気がするですが・・・自信がありません。

ここで、申し訳ないのですが再び質問があります。
(1)平滑用のコンデンサは、とりあえず1000μFくらいにしようと思うのですがどうでしょうか。
(2)三端子レギュレータの入力側に入れるコンデンサは平滑回路のコンデンサと共用と言う形になるのでしょうか？
そして、出力側には100μFのコンデンサを入れるくらいでよいでしょうか？

回答No.5

teracup

いえいえ　どういたしまして・・・

最初、補足要求で「所要電流値を教えてください」と入れようかと思ったのですが、「何でー？（何の関係があるんー？）」と云われそうな気がしましたし、万一「1Ａクラスです」とか回答が入れば、A2さんの回答ですべて終わってしまうので、一気に設計テクを放り込みました。(^_^;)

しかし、今この文章を眺めてみると、ホンと中途半端です。
初心者にはとうてい理解できないでしょうし、熟練者には物足りないとお叱りを受けそうです。

質問自体もっと的確な質問を出してほしいと思います。
しかし、質問者には「わからないところがわからない」といった状態が多いわけですから、そういう要求を出すこと自体無理でしょうね。

回答No.4

noname#26171

＃２です。
teracupさん、詳細な回答、感謝です。
おっしゃるとおり、もっとも入手が容易な７８０５タイプを勝手に想定して回答いたしました。それが無難だろうと思ったもので。また、文面からそれほど大きな電流は必要ではないようにも（これまた勝手に想定）感じまして。

まあ、３端子レギュレータを使用した電源と言えど、使用する電流で使用パーツも変わりますし、実装面においても、パスコンの位置などけっこううるさい。平滑コンデンサの耐圧も考えねばなりませんし。ヒートシンクにはもちろんシリコングリスも必要、と。細かく言えばきりがないので、このあたりも省略いたしました。

ともかく質問者の方から、使用条件の補足が欲しいところですね。

回答No.3

teracup

順序が逆になって申し訳ないのですが、一番最後の質問が出発点になると思うので、ここからご回答します。

>トランスのカタログに表記されている０－６－１２などの数字は負荷無しのときの出力でしょうか？

記載されている値を定格電圧（定格電流）と言います。
定格電圧は[Vrms]で、定格電流は[Arms]です。
　　rms:実効値
交流値であることにご注意ください。

整流・平滑後の電圧（直流値）はいろんな状態が考えられます。

(1)最大では「表示値の1.41倍からダイオードの電圧降下を差し引いた値」になります。
表示値が6Vであれば、
　6Vx1.41-0.7V=7.8V
したがって、ここに入れるコンデンサおよびレギュレータの耐圧（最大入力電圧）は、これに耐えられるものを用意する必要があります。

この状態は、定格容量(A)に対して、消費電流が極端に小さい場合、この状態になります。
たとえば、10Aのトランスを使い、0.1Aしか取らないような場合1.41倍になります。
半波、両波を問わず、こうなります。
無負荷のときを考え、上記計算値に耐えられる設計をする必要があるのです。

(2)定格電流10A(rms)のトランスから、直流10Aを取り出した場合

コンデンサの容量が十分大きければ、リプルは無視できるので直流電圧は、
　表示値-ダイオードの降下電圧=6V-0.9V=5.1V
　　（0.9Vはこれくらいになるであろうという推測です）
実際にはコンデンサ容量を極端に大きくとることはできないので、リプルが増え直流電圧はこれよりも低い電圧になります。

(3)実際には負荷電流とコンデンサ容量の兼ね合いで、(1),(2)の中間の値になります。
（上記例で5.1V以下になる可能性もある）

>３端子レギュレータの出力は５Ｖですが、入力はどのくらいが良いでしょうか？
>３端子レギュレータの入力に対してトランスの出力はどのくらいが良いでしょうか？

3端子レギュレータのマージン（電圧降下）は、昔のレギュレータは1.5Vくらいでしたが、最近のものは0.5Vくらいになっています。
5V出力であれば、入力5.5Vくらいみておけばよいでしょう。（使用するレギュレータ規格検討の要）
ただし、これは通過電流によっても変わってきます。

最大の問題点はリプルです。
テスタで測った電圧は平均値です。
レギュレータマージンを考えるときは最低電圧（リプルの谷）で考えなければなりません。
例えばテスタで6Vと出ても、リプルが2Vp-pあれば、最低電圧は5Vです。
これでは、5Vレギュレータの入力電圧として不足します。（出力5Ｖは不可能）

リプルの観測はオシロで行います。
オシロで見た最低電圧が5.5Ｖ以上になるように、コンデンサの容量を増やす必要があります。
逆に言えば、「これによってコンデンサ容量が決まる」とも言えます。

何気なく使っているレギュレータ回路ですが、定数を決めるまでには、これだけの要素があります。
A1,A2の方のように気楽な回答が出せれば、これに越したことはないのですが、設計ということになるとそう簡単に結論するわけには行きません。

質問の問題点は、電流についてまったく触れていないことです。
目標とする出力電流とトランスの定格電流がほしいです。
少なくとも、どれくらいの出力電流にしたいのか、は最低必要です。

A2さんのお答えは、1Aと設定（勝手に？）して、ご回答をお書きになっておられますが、これでよいなら、ほぼ的を得ています。
1Aで2200μFなら、リプルは2Vp-pくらいでしょう。
発熱対策まで配慮しておられます。
ベストセレクションです。

ただ、わたしとしては、3端子レギュレータの基本を考えていただきたく、るる書き込みをさせていただきました。

何かご質問があれば遠慮なく書き込みなさってください。

補足

十分でない質問から、こんなに丁寧に回答して頂いて大変ありがとうございます。
書いてある内容は非常に分かりやすかったです。
すぐに回路の各素子の定数やトランスなどを検討してみます。
別の分からない点が出てくると思いますが、面倒でなければまた教えて頂ければと思います。
さしあたって、指摘されている点を補足しておきます。

・>目標とする出力電流
±100mA（正負電源±5V）
・>3端子レギュレータ
手元にある7805を使用したいが、その限りではない。

必要な情報が抜けた状態で質問してしまってご迷惑をおかけしました。すみませんでした。

回答No.2

noname#26171

まず３端子レギュレータの入力電圧ですが、データブックなどで、最低入出力電圧差というものがあります。
要するに＋５Ｖを正しく作るためには入力が何ボルト必要か、というデータです。＋５Ｖ１Ａの７８０５でしたら、入力は８Ｖ以上あればいいでしょう。
当然、高すぎてもいけません。そのあたりもデータブックに記載されています。
この場合は最大許容損失、というデータです。単位はＷ。
レギュレータ内で消費される電力が、この値を超えるとレギュレータが破壊される、というもの。
（入力電圧－出力電圧）×電流＝損失となります

次にトランスのタップ電圧ですが、これは実効値だったと思いますので、５Ｖのレギュレータに６Ｖのタップは、少し低いかも知れません。できれば８Ｖか１０Ｖぐらいのタップを使ってもらいたいところ。
これをダイオードブリッジで整流、大容量の電解コンデンサで平滑し、レギュレータの入力へ。電解コンデンサの容量は１０００ｕＦから２２００ｕＦぐらい。

こんなところでしょうか。
不明点があれば、補足欄にどうぞ。
あ、ひとつ。レギュレータには放熱板を忘れずに。

お礼

早速の御回答ありがとうございます。
放熱板にまで言及して頂いて、親切さに本当に感謝します。頂いた情報を元にまずは検討をして見ます。
すぐに不明な点が出てくると思いますが、そのときは面倒ですが又教えて頂ければと思います。

回答No.1

sittaka-kun

3端子レギュレータにもいろいろあります。低ドロップタイプなら0.5V程度，普通は1V程度，大電流タイプだと1.5V程度のドロップがあります。
平滑回路の出力がドロップ電圧以上高くなるようにトランスを選定してください。
トランスの定格電圧は，通常，定格電流の出力時に出力される電圧で，一般に低めに表記されています。
そのほか，定格電流の60%出力時などの値が記載されているデータシートもあります。

お礼

回答ありがとうございます。
3端子レギュレータの種類に関しては、良く知りませんでした。低ドロップタイプも含めて検討してみたいと思います。