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チェナーダイオードを使って電圧制御をする方法とは？
- チェナーダイオードを使用して電圧制御をする方法について検討しています。
- 電圧制限が2.5Vで、電流は最大100mAまで流したい場合、適切なチェナーダイオードを選ぶ必要があります。
- ルネサスのHZ2C2というチェナーダイオードを候補として考えていますが、使用できるのか不明です。
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ekジャパンと言う、教育キット販売会社に 正電圧可変安定化電源ユニット [基板完成品] [ PU-2604 ]があります。 ３端子レギュレータ（VR付き 可変）の基板ユニットあります。 \2100で、入力DCを下げて方向のみで使用します。 以前、３．３Ｖが欲しかったので、使いました。 入れるスペースあれば、バカチョンでなくなので、、、 容量は確認してください。
基本的にはツェナーダイオードには100mAは大きすぎます。データシートでは 5mA流したときのデータが載っていますから、これ以外の電流で使うと 電圧が違ってきます。また、電力的には確かに100mA流しても周囲温度が 25℃以下なら最大定格を超えることにはならないでしょう。（100mAも 流すとおそらくツェナー電圧は3.5Vくらいにはなると思いますが） 電力の最大定格は、メーカによっても違うかもしれませんが、多くの場合 ジャンクション温度が許容最大値になる電力になります。つまり、この ツェナーに500mWくわせると、あのガラスの中身が175℃になります。 もちろんリード線からの放熱で変わりますが、寿命からしても好ましい 状態ではありません。 もし、ツェナー電圧の許容値がラフでよくて、しかも100mAがごく短時間 しか流れないのなら、このまま使っても構わないでしょう。 しかし、そうでなければ電流ブースターを設けるか、もっと大きな素子を 使うのが賢明です。簡単な、大電流化方法のURLを示しますが、このような 方法ではツェナー電圧の精度が悪くなります。 TLV431(TL431)やTA76432(TA76431)のようなICとパワートランジスタを 併用することをお奨めします。単なるツェナーダイオードとの違いは、 制御入力端子がついていることです。このため、外部にブースター トランジスタをつけても精度に影響を及ぼさない回路構成がとれます。 具体的な回路は検索すれば出てくると思います。 ツェナーを使った回路の用途がイマイチ理解できていないのですが、単に ５Vくらいの元電源から2.5V 100mAの安定化電源を簡単に作りたいという 理解でよろしいでしょうか。 TL431とトランジスタを使ってパワーツェナーを構成する案を提案したわけ ですが、それでよければリファレンスはTL431内にあるので、下記のような 簡単な回路で実現できます。 図を文章で書くのは解りにくくて申し訳ありませんが、回路には３つの ノード（部品どうしの交点）があり、それぞれ１，２，３とします。 PNPパワートランジスタの E=1 B=2 C=3 TL431の K=2 R=1 A=3 抵抗（1kくらい）が 1～2 間 これだけです。用途によってはコンデンサや保護抵抗なども必要になる かもしれませんが、基本的には以上です。上記の 1～3 間がパワー ツェナーとして動作します。（１がカソード、３がアノード相当） これで精度はTL431自体の精度と同じになります。PNPの石はhFEが数10 以上あれば使えます。（ダーリントンでない方が良いです） TL431はRとAの間が高精度の電圧になります。Kは電流を流し込むだけの 端子で、その電圧はある程度自由になります。 一方、普通のツェナーは２端子であり、K～A間に所定の電圧以上が加われば 端子間に電流が流れるというだけのものです。 従って、普通のツェナー＋NPNトランジスタは単に電流を増やすだけの 回路であり、電圧は（あのサイトにもあるとおり）VBEだけ増えます。 TL431を使った回路ではノード１とノード３の間をTL431のRとAで監視して その大小に応じてKからの電流が制御され、結果としてPNPトランジスタの 電流が制御されるようにフィードバックがかかっています。 回路は似ていますが、フィードバックの有無という意味では、全く別個の 回路です。 この説明でお解りでしょうか。・・・ちょっと分かりづらいかもしれ ません。別な見方をしてみましょう。 ツェナーダイオードはその両端子間の電圧が所定の電圧を超えると、すごい 勢いで端子間電流を流せる状態になります。TL431はRとAとの間の電圧が 所定の電圧を超えると、急に電流が流れるという意味では同じですが、 流れるところが違います。R～A間に流れるのではなく、K～A間に流れます。 つまり、R～A間は電圧監視、K～A間は制御出力、と分かれています。 なので、監視はノード１とノード３間を直に監視して、その電圧が所定の 値以上になるとPNPをドライブしてノード１～３間電圧を下げるように 制御するわけです。そして、端子Kの電圧はほぼ任意なので、PNPのVBE 電圧などはどこにも影響しません。 そして、もっと根本的なことですが、単に2.5Vの安定な電圧が欲しいという だけならパワーツェナーを作ってももったいない感じです。ツェナー で安定化をするということは、余分な電流を流すことで上がろうとする 電圧を下げるということです。 もっともオーソドックスで、安くて、簡単で、安定なのが2.5Vの３端子 レギュレータをそのまま使うことではないでしょうか。量産などで、 １円のコストも問題になるような場合とか、その他諸般の事情があれば 話は別ですが、３端子レギュレータに発振防止コンデンサというのが ベストな気がします。
お礼
タンス様 とても明快な回答を頂きどうもありがとうございました。 こんなに大きな電流を扱えるチェナーダイオードはなかなか ないという事ですね。 ご紹介頂きました方法は精度欲電圧を制御するために シャントレギュレータで電圧を調整して，それをパワートランジスタ でご紹介頂きましたHPのように電流増幅するということですね。 この場合，リファレンス電圧を用意しなければならないというのが 回路として少し重くなってしまうと思いますが， もっと簡単に済ませる方法として，大容量のダイオードと三端子 レギュレータを付けてという方法は如何なものでしょう？ こちらも電圧の精度はあまり補償されないでしょうか？ よろしくお願い申し上げます。 タンス 様 どうもありがとうございます。 今回の目的はご指摘の通りです。 確かにリファレンスは帰還をを用いて 作られているみたいですね。 接続方法について教えて下さい。 PNPパワートランジスタの E=1 B=2 C=3 TL431の K=2 R=1 A=3 とのことでしたが， 最初にご紹介いただいたHPではNPNの例が示されており PNPパワートランジスタの E=1 B=2 C=3 TL431の K=3 R=1 A=2 になっているかと思います。 この回路ではチェナーダイオードにより V_CBが加わっておりますが，上記PNPの場合は V_BCが加わることになると思います。 どうもどういう感がえ方で接続すればよいのか 理解できておりません。 考え方の概略を教えて頂けないでしょうか？ NPNではV_CBかV_BEにて増幅 ？？？ PNPではV_BCかV_EBにて増幅 ？？？ すみませんトランジスタの基本的な使い方的なところで 申し訳ございませんがよろしくお願いします。 タンス 様 どうもありがとうございました。 了解しました。 TL431のA，Kを単なるアノードカソードのダイオードと 考えておりましたが、そういうわけではないということですね。 今回の用途としてはご指摘のとおり三端子レギュレータで十分だと 思っておりますが，教えていただいた高精度のシャントダイオード 方式も是非試してみたいと思います。 またよろしくお願い致します。
お礼
kita 様 貴重な情報を教えて頂き，どうもありがとうございます。 汎用品としてとても便利なキットですね。 ただ，今回の少し値段が・・・という感じです。 でも，安定化電源として使えると考えれば お安いですね。 今回は単機能で安めにしたいと思っております。