直流電圧安定化電源の動作原理と簡単な導入
トランジスタ直列型直流安定化電源の代表的な回路ブロック図を図に示します。整流フィルタ回路、直列型電圧調整回路、補助電源、保護回路で構成されています。
整流フィルタ回路には、電源トランス、整流回路、フィルタ回路が含まれます。半導体回路は、6V、12V、18V、24V、30Vなどの定格電圧値の直流電源によく使用されますが、グリッド電圧は一般的に220V ACです。グリッドのAC電圧を必要なDC電圧に変換するには、まず電源トランスで降圧し、次に整流回路で脈動するAC DCに変換します。整流された電圧には大きなAC成分もあるため、フィルタ回路でフィルタリングする必要があり、整流回路でフィルタリングします。整流された電圧には大きなAC成分があり、フィルタ回路でフィルタリングして、より滑らかなDC電圧を得る必要があります。
フィルタ回路通過後の直流電圧は、脈動は小さいものの、電圧値は依然として不安定です。その主な原因は 3 つあります。第 1 に、AC グリッド電圧は一般に ± 10% 程度の変動があり、これによって整流器フィルタ出力の直流電圧も ± 10% 程度の変動が生じます。第 2 に、整流器フィルタ回路には内部抵抗があり、負荷電流が変化すると、内部抵抗に対する電圧の着地も変化するため、出力の直流電圧も変化します。第 3 に、整流器レギュレータ回路では、使用している半導体デバイスの特性が周囲温度によって変化するため、これも出力電圧が安定しない原因となります。
電圧レギュレータ回路は、グリッド電圧、負荷、または温度の変化によって出力 DC 電圧が変化しないように、出力 DC 電圧を安定させることができます。直列型電圧レギュレータ回路は、調整リンク、比較増幅回路、サンプリング回路、基準電圧などの部品で構成されています。調整リンクの調整管は、フィルタ回路と負荷の間に直列に接続されているため、直列型電圧レギュレータ回路と呼ばれます。調整管は可変抵抗器に相当し、出力電圧が増加すると、抵抗値もそれに応じて増加するため、出力電圧は低下します。逆に、出力電圧が低下すると、抵抗値もそれに応じて減少するため、出力電圧は増加します。これにより、出力電圧が一定になるように調整され、電圧調整の目的を達成できます。
サンプリング回路は、抵抗分割法を使用して、サンプリング信号に対する一定の割合で出力電圧の変化をサンプリングします。基準電圧は、安定した標準の基準電圧です。サンプリング信号と基準電圧を同時に比較増幅回路に追加して比較し、2つの差を増幅します。増幅された電圧でレギュレータのベースに注入される電流を制御し、レギュレータのDC内部抵抗を変えて、出力電圧の安定化を調整します。レギュレータの性能を向上させるために、比較増幅回路には2段差動増幅器がよく使用されます。増幅が大きく、制御能力が強く、比較増幅回路にはゼロドリフトが小さく、温度安定性が優れていることも必要です。
上記の整流フィルタ回路と直列型電圧レギュレータ回路を合わせたもので、主電源とも呼ばれます。電圧レギュレータの原理は次のとおりです。グリッド電圧または負荷の変化により出力電圧が上昇すると、サンプリング回路によって生成されるサンプリング電圧も上昇し、サンプリング電圧が基準電圧よりも大きくなり、その差が比較増幅回路によって増幅され、調整リンク後に調整管のエミッタ接合電圧が調整され、ベース電流が減少し、調整管の直流抵抗が増加し、管の電圧降下が増加して、出力電圧が低下します。出力電圧を下げて出力電圧の安定性を維持します。同様に、出力電圧が低下すると、同様のプロセスを経て、調整管の直流内部抵抗が減少し、その管の電圧降下が減少し、出力電圧も上昇するため、基本的には変化しません。
