CRモードの測定値からの電源の特性の推定

質問

教えてください。
自作電源の特性を電子負荷のCRモードで出力電圧と負荷電流を測定したとき
例えば

出力電圧が、V1,V2,V3,V4,V5

負荷電流が、I1,I2,I3,I4,I5

であったときに、この時どのように電源の特性を推定して判定すればよいのでしょうか。

回答No.2

bogen55 · ベストアンサー

電源の主要特性には
・出力定格電圧・電流
・最大出力電流
・ライン・レギュレーション
・ロード・レギュレーション
・出力ノイズ・リプル電圧
・出力過渡応答
・上記の温度特性
等がありますが、CRモードで測定できるのは「ロード・レギュレーション」です。
ANo.1のように横軸電圧、縦軸電流で方眼紙にプロットして判断するか、EXCEL等でグラフを書かせます。
「出力定格電圧・電流」と「最大出力電流」も測定可能です。
「ライン・レギュレーション」は入力電圧を可変して行います。
「出力ノイズ・リプル電圧」はオシロスコープを使いますが、電子負荷のノイズが大きいと測定できないから純抵抗で行います。
「出力過渡応答」は一般の電子負荷には機能が備えられているからそれで行います。
上記の試験が電源の仕様を満足していればOKとして判定すればよいしょう。

なお，出力インピーダンスはこのように「FRA」で測定するのが一般的です。
「スイッチング電源の出力インピーダンス測定」
http://www.nfcorp.co.jp/techinfo/keisoku/impedance/swps.html
題名が「スイッチング電源…」となっていますが、リニア電源も同じです。
また「FRA」があると制御安定性に関わるループゲインの特性が簡単に測定できます。

回答No.4

bogen55

製作した直流安定化電源は，この回路でしょうか？
http://oshiete.eibi.co.jp/qa9265056.html
質問者の年齢がわかりませんが，この形式の回路は今を去ること50年以上前に作られていました．
40年以上前から，半導体技術の発達により顧みられることが無くなった回路です．
何故顧みられることが無くなったかとゆうと特性が悪すぎたからです．
最も過電流保護程度は付けてましたが．
安定化電源では，「Io=402.3-20.6*Vo」などとゆうようなことはなく「IoはVoに無関係，正確に言えばVoはIoに無関係」です．
たとえば40年ほど前に出た電源用ICのデータシートでは
http://www.njr.co.jp/products/semicon/PDF/NJM317_J.pdf
「ロードレギュレーション」のところを見ると「Io=10mA～1.5Aの変化でVoの変化量ΔVO=0.1%typ～0.5%max」です．
結論として製作された直流安定化電源は，特性的に問題外のはるか外です．
制御安定性の考慮もされていないようで，「ビーン」という音が出るのは発振です．
トランス自体の唸り音は「ブーン」で，「ビーン」ではありません．
オシロスコープで観測すれば一発でわかります．

出力電流を変えても出力電圧がほとんど変化しない（言い換えれば「ロードレギュレーション」が良い）電源はここを参考にしたらどうでしょうか？
http://www.zea.jp/audio/psu/psu_01.htm
LM350をNJM317にすれば出力電流は1.5Amaxだから，電流計は2Afsにした方が良いでしょう．

お礼

返事が遅くなってすみません。
＞製作した直流安定化電源は，この回路でしょうか？
回路は間違いありません。今朝になってツェナーダイオードに動作電流を流す目的で接続していた抵抗2.2kΩと電圧安定化用のケミコン１０uFを外しました。
確かに「直流安定化電源を製作する」という目的ならば電源用IC（3端子レギュレータ）を使用すれば回路は簡単にできます（過去に製作したことがあります）。
でも、私の目的は「トランジスタ回路の設計方法の学習」が目的でその一環でトランジスタを使用した電源を製作しました。
つまり、自分が設計したものが正確に動作するか、またどのくらいの性能なのかを知るためにトランジスタを使用した電源回路を作り、電子負荷装置を作りデータを取り評価したかっただけです。

回答No.3

mink6137

No.1です。
お礼ありがとうございます。

＞Io=402.3-20.6*Vo　
＞と得られました。

＞上記の式から無負荷時の電圧は
＞402.3/20.6≒19.5V

＞ということがわかりますが、ほかの特性はどうすればよいのでしょうか

電流の近似式をmA→Aの電圧式にすると、
V0=19.5-48.5*Io
dVo /dIo =-48.5

すなわち電源電圧の負荷電流依存性は、
1Aの増加で電圧が48V低下する特性に出来あがっていると言えます。

この特性でOKかどうかは、質問者さまの設計目標どおりかどうかの
判断になります。

ちなみに、理想電源では48.5→0ですが
市販の安定化電源の負荷依存性は上記の1/100 ～1/1000程度ですから、
かなりラフな安定化電源なのか？と感じました。

回答No.1

mink6137

CRモードは定抵抗モードですから、
電源電圧をV1,V2,V3,V4,V5と変化させると、
電流はI1,I2,I3,I4,I5となり、
理想電源では横軸電圧、縦軸電流でプロットすると
完璧な直線になります。
現実の電源は出力インピーダンスがゼロでは無いため
出力電流が増えるにつれて出力電圧は低下していきます。

なお、出力インピーダンスは
Zout=ΔVout/ΔIoutで知ることができます。

お礼

お礼が遅れてすみません。
測定した結果、以下のような出力電圧、負荷電流が得られました。

出力電圧 Vo[V]:[17.1,15.9,14.6,13.4,12.3]
負荷電流 Io[mA]:[50.3,75.1,100.4,125.2,150]

上記の結果を踏まえてExcelでプロットして
近似直線を求めたところ

Io=402.3-20.6*Vo

という結果が得られました。

上記の式から無負荷時の電圧は
402.3/20.6≒19.5V
ということがわかりますが、ほかの特性はどうすればよいのでしょうか。