不安定変動電源からの5vの安定化

質問

現在、論理回路設計をしています。と言っても、ICを並べるだけです。
電源で少々難題を抱えており、今回質問させて頂きました。
というのも、論理回路では5vを絶対的に安定供給する必要があるのですが、その電源が、7[v]～2[v]程度まで急激な変動のある不安定な物なのです。
論理回路系も結構な電気食いで常時300[mA]程度必要とします。
これ以上の電流消費を抑えることは出来ません。
電源は基本的に常時7[v]程度で電流は論理回路程度であれば気にせず流せられるものなのですが、同じ電源に並列につながっている回路の影響で、瞬間的(msオーダ)に2[v]まで低下してしまいます。
それが原因でラッチ等がすべてリセットされてしまい困っています。
一旦1[v]程度まで降下させたあとで5[v]まで昇圧すれば良いのだろうか等自分でも考えましたが、効率が悪いのもそうですが、それ以前にそのような降圧レギュレータがありません。
なにか、アドバイス頂けませんでしょうか。

回答No.11

moto21

ざっと目を通しただけで申し訳ないですが・・・

モータが電源に並列についていて電池の電圧が７－＞２Ｖになるなら使い方として厳しすぎるような気がします。

たぶんＤＣモータをお使いだと思いますが、起動時は電流が多く流れ電池だと電圧低下し易いと思います。そこで他の方の回答にあるように抵抗を入れる手もありますがトランジスタやＦＥＴと電流検出抵抗をモータに直列に入れ電流制限回路を付ける案もあります。適切なＶｃｅ（sat）やＯＮ抵抗を選べばモーターの動きの低下も許容範囲かも知れません。

また電圧が下がる原因をしっかり確認するため実験的に論理回路は別電源で正常に動かしてモーター側がどのタイミングで電圧が下がるが確認されても良いのではと思います。例えば高速回転で間違って一瞬逆転させていたりとか・・・ｍｓオーダーの低下ならオシロで確認も必要かも

想像で書いているのではずしていたらすみません。

参考までに

回答No.10

takepon256

＞そうすれば、充電は抵抗を介して充電し、放電はダイオードを通って電源側に供給します。

失礼、こんな感じで。
http://pc.gban.jp/?p=9913.gif

＞予備知識不足であまり理解できませんが、モータ自体のインダクタンス成分とは別にということでしょうか？

その通り・・・と言いたいところですが、もう一方の負荷がコイル系統なのであれば制限抵抗もしくはサーミスタを入れたほうが良いのではないでしょうか。
（モータの動作にキレがなくなるかな？）

昇降圧レギュレータを使う話もあがっていますが、モータのほうに電流が食い尽くされているのであれば、昇圧しても結局レギュレータに電流が供給されずに出力が異常発振してしまうのではないかと思います。

昇降圧レギュレータの実験するのであれば#8さんのご紹介されたON-semiのデバイスがDIP品でRSでも売ってて実験しやすそうですね。

他に思いつく手段としては質問者さんがおっしゃっている通り電源の系統を分ける。
ロジック回路側とモータ側で電池を何本かずつに分けて、昇圧レギュレータで使用電圧まで引き上げるとか。

回答No.9

ytrewq

これ以上消費電流を減らせないとのことですが、論理回路のICを並べただけというには消費電流が多いですね。
どのような回路かわかりませんが、CMOSならば、かなり大規模な回路でクロックを高速にしないと、300mAもいかないと思います。
電流を食う部分で電圧変動があっても影響のないところを別電源にするなどして、消費電流を減らす工夫をしたほうがよいと思います。
消費電流が減ると対策は楽になります。

回答No.8

anachrockt

入力にダイオードと大きなコンデンサを入れて降圧か昇降圧がエエと思いますが，・・・

これの15ページにあるSEPICコンバータか，
http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=4901
これのFig.17は昇圧・降圧とも常に動作しているから，Vin≒Voutでも安定です．
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF

どちらも2Vで動作可能で適当な昇圧用ICで構成することができます．

例えば，これとか？
http://www.torex.co.jp/japanese/products/pro03/pdf033/2-XC9303_J.pdf

お礼

書き込み有難うございます。
XC9303が気になりましたが、個人では簡単に入手できそうに無さそうですね...

回答No.7

ruto

>キャパシタの直列抵抗は役に立ちそうですが、充電時には電流制限の役目を果たしますが、放電時には・・・・
　充電は直列に抵抗を使用し、放電は抵抗に並列に逆方向に電源側に流れるようにすればいいのでは。
　そうすれば、充電は抵抗を介して充電し、放電はダイオードを通って電源側に供給します。

お礼

回路規模が大きくなってしまいますが、入手性の比較的良い部品だけで構成できる点が魅力的ですね。考慮してみます。

回答No.6

takepon256

＞電源側からの引込み線が細く

これがそもそもの電圧降下の原因ではないのですか？
電圧降下を防ぐのが根本の解決につながると思うのですが。

＞同じ電源に並列につながっている回路の影響で、

その回路に行っている電源ラインをインダクタで分離してやればよいのでは？

＞この回路で、電池の代わりに2重層コンデンサを利用すればよいのでしょうが、その際はその分のリチャージ回路が必要となりますね。

突入電流を気にするのであれば、下記のように保護抵抗を入れては？
http://pc.gban.jp/?p=9898.gif

お礼

http://pc.gban.jp/?p=9899.gif

電圧低下の根本的な原因は、回路に並列に入っているモータです。
始動時電流に(下の方で触れましたが)電池の電流供給が間に合わず電圧の低下を招いていると考えています。(オシロスコープは当てていませんが)
論理回路側とモータ側で別電源を使えば根本から解決なのですが、AA(AAA?)型電池6本という決まり(某大会規定)があるのでこのような回路構成になってしまっています。
また線材についても、この箇所については、AWG24相当の物ですので特に気にしていませんでした。
キャパシタの直列抵抗は役に立ちそうですが、充電時には電流制限の役目を果たしますが、放電時には放電阻止のトレードオフの関係にあるので実験で調整する必要がありそうですね。

>その回路に行っている電源ラインをインダクタで分離してやればよいのでは？
予備知識不足であまり理解できませんが、モータ自体のインダクタンス成分とは別にということでしょうか？

回答No.5

outerlimit

いろいろな制約があるのならば、その電源をあきらめて　新に電源を用意されたらいかがでしょうか

5V300mAであれば市販の安定化電源は千円台からあります
必要とする仕様から選定されたらいかがでしょうか

おかしな回路や素子を負荷するよりは、まっとうな手段です

お礼

大変申し訳ありません。
こちら側の情報通知不足でした。
電源というのは、一般的なニッ水6本です。
ニカドの方が内部抵抗が小さいのは知っていますが、全体での消費電流が大きく、ニカドでは容量不足なので使っています。

回答No.4

ruto

DCの電源電圧が平均的に幾らが不明ですが、ダイオードを介して、ニッケル水素電池４本を入れて（充電時６V程度）電池の＋から電源側にダイードを入れてやれば、瞬時のドロップに対応できると思います。
　同じ電源に繋がっている、影響を与える電源の近くに入れるといいと思います。

お礼

http://pc.gban.jp/?p=9896.jpg
理解度がいまいちですが、このような回路でしょうか？
電池本数は別として、いまさらかも知れませんが、別途電池を使用することはできません。
この回路で、電池の代わりに2重層コンデンサを利用すればよいのでしょうが、その際はその分のリチャージ回路が必要となりますね。

先にも書かせていただきましたが、キャパシタ使用時は、そのチャージ突入電流が予想できず使用を控えています。

回答No.3

sailor

スイッチングレギュレーターの一種でステップアップ（昇圧）ステップダウン（降圧）両方に対応したものが、モジュールとして販売されているのでそれを用いるのがもっとも確実かと思います。ドロップの時間がごく短いものであれば先の方のおっしゃる方法で、二重電気層コンデンサーを使った方法もかなり効果的かと思います。さらに安定度高めるのであれば、まずアップダウンコンバーター（最初に述べた電源装置）で二重電気層コンデンサーまたはリチウムイオン電池を充電しながら目的の装置に電源を供給する方法（一種のフローティングチャージ）を行えばかなり確実だと思います。

お礼

私も、昇降圧素子を検索したのですが、引っかかるのは、出力電圧付近に電源電圧が来ると不安定になったり出力停止したりするものばかりでした。
よければ、具体的な型番等教えていただけませんでしょうか？
入手性の良いものだと助かります。

回答No.2

pitagorajr

１番さんもすばらしい。私は、30年前の方式で別電源を自作します。ダイオードの電圧降下を見越し、交流の尖頭値に合わせたトランス電源を使います。平滑コンデンサーも大きくします。

お礼

電源はDCです。
それでいて、瞬間的な電圧変動に悩んでいました。