シャントレギュレータの動作原理と使い方

シャントレギュレータの内部回路と動作原理、代表的な使い方などについて解説します。基準電圧源、定電圧源、定電流源、シリーズレギュレータ、電流制限回路、フォトカプラ駆動回路といった様々な使い方ができます。

バーチャルショートの考え方で、Ref端子の電圧が内部基準電圧源の電圧:Vrefに等しくなるようにフィードバック制御されます。 したがって、出力電圧:VOUTは、 VOUT = Vref × (R1 + R2 ) / R2 となります。 一方、電圧降下用抵抗と電流の関係からVOUTを計算すると、 VOUT = VIN – Rs × (Is + Iout) となります。 つまり、R1とR2で設定したVOUTの電圧になるように、Isを制御してRsによる電圧降下を調整するという動作になります。 負荷電流が大きければIsを小さくし、負荷電流が少なければIsを大きくしてVOUTが一定の電圧になるように制御されます。

シャントレギュレータとシリーズレギュレータの違い

シャントレギュレータの用途

シャントレギュレータでパワートランジスタをドライブすることで、シリーズレギュレータを構成することができます。 出力電圧:VOUTが上昇すると、カソード端子が吸い込む電流:Icを増加させるため、カソード端子電圧が低下し、出力電圧が下がります。 よって、負帰還がかかり一定電圧を出力することができます。 出力電圧:VOUTは、 VOUT = Vref × (R1 + R2 ) / R2 で計算できます。

一定電流以上流れないようにする電流リミット回路です。 アノード端子とRef端子の電位差：Vrefを使って電流制限値を決めます。 電流制限値:I_limは、 I_lim = Vref / Rcl で決まります。 制限値に達するまでは、カソードは電流を引き込まないため、NPNトランジスタはオン状態です。 制限値を超えるとカソードが電流を引き込み、NPNトランジスタのベース電圧を引き下げて電流を流さないように働きます。 これにより負帰還がかかるため、設定した値以上の電流が流れないように制御されます。 シャントレギュレータの代わりにトランジスタを使った電流制限回路もありますが、シャントレギュレータを使う方が高精度化できます。 過電流保護の種類と動作原理

AC/DCコンバータなどの絶縁回路でフォトカプラを使用する場合の駆動回路です。 出力電圧は、 VOUT = Vref × (R1 + R2 ) / R2 で計算できます。 カソード端子からフォトカプラを通して電流が引き込まれます。 フォトカプラを通った電流は、一次側へ出力され、レギュレータの基準電圧を生成します。 Cpは位相補償コンデンサで、Cpと直列に抵抗を入れてゼロを形成して発振を止める場合もあります。 フォトカプラの使い方と回路例

レギュレータやFETスイッチなどに逆電圧が掛かると、逆流電流によってボディダイオードが破壊されてしまう場合があるため対策が必要です。 また、出力側から入力側への回り込みによるシステムの不具合が起こる可能性もあるため、逆流防止の必要もあります。 逆電圧が発生するシチュエーションとし…

シリーズレギュレータ（LDO）の基本的な内部回路の紹介と動作原理について解説していきます。 ブロック図と内部回路 シリーズレギュレータの等価回路は下図のようなブロック図で表すことができます。 大まかな構成部品は、 基準電圧源 差動増幅器 位相補償回路 増幅段 パワートランジスタ …

レギュレータやパワースイッチなどの出力が短絡した際の保護として、過電流保護回路が搭載されています。 過電流保護回路の仕組みは、電流制限値を設定し、それ以上の電流が流れないようにすることでデバイスの破壊を防ぐようになっています。 ヒューズと違い、過負荷状態が解除されれば正常状態に復…

フラバック電源とは、スイッチング電源の方式の一つで、１つのスイッチング素子とトランスを使って電力変換を行います。 AC/DCコンバータ等で使用され、ダイオードブリッジで整流された直流電圧を目的の出力電圧に降圧することができます。 本稿ではフラバックコンバータの動作原理、周辺部品の…

eFuseとは、過電流を検知するとMOSFETをオフして負荷を切断する半導体スイッチICです。 ポリスイッチなどの通常のフューズと置き換えが可能です。 通常のヒューズが負荷切断までに時間がかかるのに対し、eFuseは検知が速く、すぐに切断動作を行えるため、安全性が高いというメリッ…

© Analogista All rights reserved.