3年ぶりに再会したのはいいものの、結構苦戦しているこのプロジェクト
冬休みに宿題として取り組みましたが、なかなか完成せず。
前回 2月頭に途中報告をしてはや2カ月。更新するのが遅れてしましました。
自分の個人的な活動と二男の高校受験が重なりまして、ちょっとテンパリ気味でしたので、
更新が遅れたことご容赦ください。
前回、リニアテクノロジー社から無料で提供されている、ＬＴＳｐｉｃｅで整流回路と安定化レギュレータＩＣ
ＬＭ３１７の動作説明まででした。
このとき、負荷が１ＫΩでしたので、実際の設計負荷の最大２Ａまでのときにどういう動作になるか、
ということと、電流検出ICLT６１０６を使った電流制限回路の動作はどうかというところまででしたね。
それでは、この辺を確認したいと思います。
まず、負荷を0.1Ａ～２Ａまでステップシミュレーションで動かしてみましょう。
まず、基本的な動作を確認します。
下記の回路です。
前回は、ＬＭ３１７の出力電圧を決める抵抗Ｒ２はステップで可変していましたが、今回は2.2ＫΩ。
１２Ｖ 出力の設定です。
今回、電流検出ICLT６１０６を使った電流制限回路の動作は１Ａで制限しています。
この部分の説明は後で行いますので、いまのところはそのように了解して下さいねー。
一方、前回は1ｋΩで固定であった負荷抵抗は、ステップシミュレーションで可変にしています。
画面中央上右側のＲ１３ ですね。｛Ｒｆ｝がステップシミュレーションの記号です。
パラメータは、上に示す①1ＫΩ、②100Ω、③24Ω、④12Ω、⑤6Ω、⑥3Ωですから、
それぞれの負荷で、電流は①24ｍＡ、②120ｍＡ、③500ｍＡ、④１Ａ、⑤２Ａ、⑥４Ａの設定になります。
今回、１Ａで電流制限をかけていますので、うまく動作するでしょうか？電圧の安定度は？
というシミュレーションです。
さあ、さっそく行ってみましょう。
まずは電圧値。
シミュレーション結果です。
① 24ｍＡで１２．２Ｖ、②１２０ｍＡで１２。２Ｖ、③５００ｍＡで１２Ｖ、④１Ａで１１．８ ⑤２Ａで６Ｖ
というところでしょうか？
次に電流値も確認します。
青のプロット表示が電流値です。
① 24ｍＡで２４ｍＡ、②１２０ｍＡで１２０ｍＡ、③５００ｍＡで500ｍＡ、④１Ａで１Ａ ⑤２Ａで１Ａです。
電流制限は設定の１Ａでスパッとキレている様ですね。
電圧変動が、若干多いのが気になります。
しかし、おおむね意図通りの動作をしているようでホッとしました。
④の時の動作は、シミュレーションに負荷がかかるようで、途中です。（⑤まで行き着きません）
が、動作はほぼ解析できていますので、問題ないでしょう。
レギュレーションが悪い問題を考えます。
今回、ＬＭ３１７の最低出力電圧1.25Ｖをキャンセルするために、ダイオードの潤電圧Ｖｆ ０．６ＶとトランジスタのＶｂｅ０．６Ｖを併せて１．２Ｖでキャンセルして、０Ｖから出力できるように設計しています。
しかし、ＶｆもＶｂｅも電流によって変わりますので、思惑どおりに言ってないようです。
ためしに、ダイオードとトランジスタを外してみましょう。（出力電圧は若干高くなります）
下記の回路図ですね。
まずは電圧値。
今度は、500ｍＡまで、ほぼ±０．１Ｖ内に収まっています。 １Ａで制限がかかって落ちています。
やっぱダイオードやら入れない方が、レギュレーションいいですよね。
０Vスタートはあきらめましょうか？
次に電流値を見てみましょう。
こちらも１Ａでピッタンコ電流制限がかかっています。
このようなシミュレーション結果になりました。
結構、思惑通りの動作でちょっぴりドヤ顔です。
（実際はＲ１２にポリスイッチで保護を入れましたので、この抵抗がレギュレーションに多少影響すると思われます）
次に、電流検出IC LT６１０６を使った電流制限回路の動作の説明に入ります。
なんか、会社の仕事みたいになってきましたねｗ
まずは、リニアテクノロジーさんのＨＰからデータシートをＤＬします。
LT6106 - SOT-23パッケージの低コスト36Vハイサイド電流センス･アンプ
最近は、秋月電商さんでもあつかっているようです。
ハイサイド電流センス・アンプＩＣ １ｍＡ ＬＴ６１０６ＣＳ５
自分は無償サンプルでもらいました。 マニアでもサンプルくれるんですね、この会社。
さてさて、閑話休題：
サンプル回路です。
左上の電流検出抵抗が0.02Ωの時に、200ｍＡ/Ｖの出力が出るんですね、このＩＣ。
今回、0.1Ωを電流検出抵抗にしましたから、１Ａ/１Ｖの出力になります。
つまり、１Ａで電流制限をかけたければ、コンパレータを使って、１Ｖ以上になったら
ＬＭ３１７の出力をオフってやればいいわけです。
２Ａなら、２Ｖです。簡単ですね。
それが、下記の回路です。
右下のＩＣ ＬＴ１０１７（Ｕ２）がコンパレータ 日本無線ではＮＪＭ2903 になります。
電源は５Ｖにしていますので（ここでは電圧源）、コンパレートする基準電圧をＲ３とＲ７で分圧して
つくってます。５Ｖｘ２Ｋ／（２Ｋ＋８Ｋ）＝１Ｖですね。
シミュレーションのため、固定抵抗を使ってますが、実際は可変抵抗を使います。
中央のＬＴ６１０６の出力が１Ｖ以上でると、電流が１Ａを超えたということで、Ｕ２がオフになり
左端のＱ３ ２ＳＣ４０８１をＲ８ ２．２ＫΩでオンしてＬＭ３１７の出力をオフるという回路構成です。
リニアにフィードバックがかかっているわけではなく、いわゆるバンバン制御ですが、シミュレー
ションでは問題なく動作していますね。
大きなＣＲ時定数がはいればうまくいきませんが、今回は電流検出からダイレクトに制御していますので
ＯＫのようです。（Ｒ１ 220ΩとＣ４ 10uFが時定数です）
ここまでが、今回の安定化電源の動作のキモです。
大分、ココまでの説明で、疲れて来ましたね。焼酎でのエネルギー補給が必要のようですｗ。
次回は、実際の安定化電源で動作が思惑通りに動作しているか、オシロで動作を解析して
説明できましたら、最終回としたいと思います。
余裕があれば、Ｂｓｃｈで書きなおした最終回路と部品リストの説明もしたいと思います。
最近はデジタルばやりで、この辺のアナログ電源の説明も少なくなってきましたね。
参考になる資料が少ないので、正直 若干困ってます。
おやおや、愚痴になりました。 もうこの辺で終わりましょう。
それじゃ、おやすみなさい
