直流定電圧電源について

質問

実験で直流定電圧電源の組み立てをしました。そのとき放熱板をつけて、特性（安定化率、出力抵抗）を取ったのですが、もし放熱板をつけなかったら特性はどうなるのでしょうか？ある程度の予測はつくのですが、もしよかったらご意見を聞かせてください。
　安定化率＝出力電圧/入力電圧だと思うのですが、放熱板をつける以外になにか良くする方法はありませんか？これについてもよろしくお願いします。

回答No.4

ikkyu3 · ベストアンサー

ikkyu3です。追記いたします。
＞出力抵抗
負荷側から電源の方を見込んだ抵抗のことを電源の出力抵抗といいます。
電源の負荷変動による電圧変動だけでなく、入力電圧に変動がある場合にも出力端子電圧の変動をおさえる可能性があるので重要ですね。
もし、これが交流でしたら電源の出力インピーダンスと言うところです。
ちなみに負荷が早い速度で変動するとき、出力端子に並列にコンデンサーが入っていれば、出力インピーダンスを下げるのに役立ちますが、瞬間的な変動のみにきき、負荷が安定してしまえば、抵抗だけがききます。

回答No.3

ikkyu3

ご質問の内容から電圧安定化の根本原理を学ばれ、それの実験で直流定電圧電源の組み立てをしたのだと思いました。
原理的等価回路では、直列に抵抗があり、負荷にも並列に素子があって、この並列の素子に流す電流を変化させて電圧を安定化させようとするものでしょうか。
そして、この並列素子に定電圧特性をもつツェナーダイオードなどを使用して自動化したものでしょうか。
これですと入力電圧の変動による出力電圧の変動係数を安定化率ともいいます。
これは、基本としては、よいアプローチと思います。

実は市場にある直流定電圧電源には、いろいろな方式がありますので、それをお聞きしないと正確な解答は出来ません。
それから放熱板は、何につけたのかも知る必要があります。
それによっては、下記の回答は、的を射たり外したりすることになります。

出力電圧の安定度には、
安定化率＝出力電圧/入力電圧
他に負荷変動による出力電圧変動
基準電圧の変動
などがありますから、定格出力電圧に対するプラスマイナス変動電圧を出力電圧精度などともいいます。

一般的と思えるシリーズパス式やスイッチング式の場合に安定化率を上げるとします。
基本的には、電圧の基準になる素子（ツェナーダイオードなど）に温度補償されたものを使用する。（もっと温度による変動を補償するときは、基準になる素子を恒温槽に入れることもあります。）
出力電圧のフィードバック増幅器の増幅率を上げる。
増幅率を上げれば、安定化率は上げられますが、上げ過ぎるとフィードバックループが不安定になり発振したりします。
この２点になります。

もしもツェナーダイオードと直列抵抗器だけの安定化回路でしたら、放熱板をツェナーダイオードにつけて温度によるツェナー電圧の変動を低くしようとするかもしれませんね。
一般には、これをよりよくしたければ、上記のシリースパス式スイッチング式などにして直列電圧の調整はトランジスタを使い抵抗値やパルス幅変調にし、ツェナーダイオードは、基準に使用して増幅回路を経てトランジスタにフィードバックします。

お礼

よくわかりました。ありがとうございました。

回答No.2

Spur

なんだか全く理解が違っているような気がします。

私も「安定化率」という言葉は聞いた事がありません。
方言ではないでしょうか？
「特性を取る」とか、「出力抵抗を取る」という言葉も存在しません。

★「放熱板をつけなかったら特性はどうなるのでしょうか？」が質問ですか？
放熱板を付ける理由は、付けなければ発熱で素子が壊れるからであって、安定性を改善したりする以前の問題です。
しかし、放熱板を付けずに、発熱する程の出力を出さなければ、何も起きません。
つまり、発熱量が放熱板を必要としないくらい小さければ、放熱板は不要です。

熱抵抗で計算します。
C-E間電圧と電流で電力が求められますね？
そして、素子には最大ジャンクション温度という値がありますので、その温度と、周囲温度の差が発熱に許されている値ですから、それをワット数で割れば、熱抵抗が求められます。
それを放熱できる熱抵抗値を持った放熱板を付ければ良いわけです。
↑これはごく簡単に書きましたが、実際には余裕とか、放熱板との接触面や絶縁体の熱抵抗なども考慮しなくてはならず、また、周囲温度もケース内温度で計算するなどの綿密な計算が必要です。

★「安定性を良くする方法」の質問ですか？
(1)電源リップルを少なくする
(2)電源インピーダンスを小さくする
(3)ツェナーダイオードの電流を少なくする
(4)ツェナーダイオードの電流を安定化させる
(5)金属皮膜などの温度特性の良い抵抗器を使う
(6)入力誤差の少ない差動アンプを使う
(7)出力インピーダンスを下げる
などがあると思います。

お礼

よくわかりました。ありがとうございました。

回答No.1

etosetora

安定化率という用語は存在しません。出力電圧を入力電圧で割っても何も意味がありません。
放熱板の目的は半導体が高温になると熱破壊するので、それを防止するためです。
トランジスタなどでは内部の温度がジャンクション温度を超えると熱破壊します。それでなくても漏れ電流がが増え特性が変わります。
実験で作れる程度の安定化電源とはどの程度のものなんでしょうか？
３端子レギュレータ、ツエナーダイオード、シャントレギュレータまたは制御用ＩＣ　などなど　どんなものでしょうか？
一般的な電源はスイッチングレギュレータです
そのスペックとしては
入力変動　入力電圧を変化させた時の出力電圧の変動　数ｍＶから数十ｍＶ程度
負荷変動　負荷を変化させた時の出力電圧の変動　数ｍＶから数百ｍＶ
リップル　出力電圧に含まれる変動分（入力電源周波数の２倍の周期）
リップルノイズ　スイッチング周波数を含む雑多なノイズ
効率　入力電力÷出力電力
起動時間、保持時間、突入電流　などです
電源専門メーカーのＨＰにも解説がありますので、真剣に探してみてはどうでしょうか
また、部品の特性と用途も勉強された方がいいと思われます
各部品メーカーのＨＰに詳しく載っています。

お礼

よくわかりました。ありがとうございました。