【リニアレギュレータとは?】『種類』や『原理』を解説!

スポンサーリンク


この記事では『リニアレギュレータ』について

  • リニアレギュレータとは
  • リニアレギュレータの『種類』と『分類』
  • リニアレギュレータの『原理』

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

リニアレギュレータとは

リニアレギュレータとは

リニアレギュレータは『抵抗』や『バイポーラトランジスタやMOSFET等の制御素子(レギュレータ素子)』の電圧降下を利用することで、入力電圧\(V_{IN}\)より低い出力電圧\(V_{OUT}\)を作る回路です。

リニアレギュレータの「入力電圧\(V_{IN}\)-出力電圧\(V_{OUT}\)」の特性を上図に示しています。この特性がリニア(linear:線形)なので、リニアレギュレータと呼ばれています。

次にリニアレギュレータの『種類』を説明します。

リニアレギュレータの『種類』と『分類』

リニアレギュレータの『種類』と『分類』

リニアレギュレータを分けると、『シリーズレギュレータ』と『シャントレギュレータ』に分類されます。各レギュレータの特徴を下記に示します。

シリーズレギュレータ

  • 制御素子が負荷と直列(シリーズ)に入っている回路です。
  • 『直列制御型』や『シリーズドロッパ』とも呼ばれています。
  • 負荷に対してシリーズ(series:直列)に制御素子が接続されていることからシリーズレギュレータと名付けられています。
  • 入力電圧\(V_{IN}\)や負荷が変化した場合、制御素子にかかる電圧\(V_{REG}\)を変化させることで、出力電圧\(V_{OUT}\)が一定になるように制御しています。
  • 負荷が重いほど(出力抵抗が小さいほど)、出力電流\(I_{OUT}\)が流れるため、制御素子での損失\(P_{LOSS}(=V_{REG}×I_{OUT})\)が大きくなります。

シャントレギュレータ

  • 制御素子が負荷と並列に入っている回路です。
  • 『並列制御型』とも呼ばれています。
  • 制御素子に電流をシャント(shunt:分流)することからシャントレギュレータと名付けられています。
  • 入力電圧\(V_{IN}\)や負荷が変化した場合、制御素子に流す電流\(I_K\)を調整することで、抵抗\(R_S\)での電圧降下を変化させて、出力電圧\(V_{OUT}\)が一定になるように制御しています。
  • 入力電圧\(V_{IN}\)が一定の場合、入力電流\(I_{IN}\)は変わらないので、抵抗での損失\(P_{LOSS}(=R_S×{I_{IN}}^2)\)は一定となります。そのため、負荷が軽いほど(出力抵抗が大きいほど)、効率が悪くなります。

このように、『シリーズレギュレータ』と『シャントレギュレータ』は、制御素子が『負荷と直列に接続されているか?』or『負荷と並列に接続されているか?』という違いで分類されています。

あわせて読みたい

シリーズレギュレータ』と『シャントレギュレータ』については、下記の記事で詳しく解説しています。図を用いて分かりやすく説明するように心掛けていますので、ご参考になれば幸いです。

【シリーズレギュレータとは?】『動作原理』や『回路構成』などを解説!
【シリーズレギュレータとは?】『動作原理』や『回路構成』などを解説!

続きを見る

【シャントレギュレータとは?】『動作原理』や『回路構成』などを解説!
【シャントレギュレータとは?】『動作原理』や『回路構成』などを解説!

続きを見る

リニアレギュレータの『原理』

リニアレギュレータの『原理』

入力電圧\(V_{IN}\)が一定の状態で出力電流\(I_{OUT}\)が変化した時の特性を上図に示しています。

動作原理を簡単に説明すると、『シリーズレギュレータ』と『シャントレギュレータ』は下記のように動作をしています。

シリーズレギュレータの『原理』

シリーズレギュレータは入力電流\(I_{IN}\)と出力電流\(I_{OUT}\)が等しくなる回路です。

負荷変動により、出力電流\(I_{OUT}\)が急増すると、出力電圧\(V_{OUT}\)が低下します。この時、制御素子にかかる電圧\(V_{REG}\)を低下させることで、出力電圧\(V_{OUT}\)を上昇させて安定させています。

一方、負荷変動により、出力電流\(I_{OUT}\)が急減すると、出力電圧\(V_{OUT}\)が増加します。この時、制御素子にかかる電圧\(V_{REG}\)を上昇させることで、出力電圧\(V_{OUT}\)を低下させて安定させています。

この動作によって、出力電圧\(V_{OUT}\)が定電圧化されます。

シャントレギュレータの『原理』

シャントレギュレータは、出力電流\(I_{OUT}\)が流れていない時(\(I_{OUT}=0{\mathrm{[A]}}\)の時)、制御素子が電流\(I_K\)を引き込むことで、抵抗\(R_S\)での電圧降下を発生させて、出力電圧\(V_{OUT}\)を安定させています。

負荷変動により、出力電流\(I_{OUT}\)が急増すると、出力電圧\(V_{OUT}\)が低下します。この時、制御素子に流れる電流\(I_K\)を小さくすることで、出力電圧\(V_{OUT}\)を上昇させて安定させています。

一方、負荷変動により、出力電流\(I_{OUT}\)が急減すると、出力電圧\(V_{OUT}\)が上昇します。この時、制御素子に流れる電流\(I_K\)を大きくすることで、出力電圧\(V_{OUT}\)を低下させて安定させています。

この動作によって、入力電流\(I_{IN}\)を一定値に保ち、抵抗\(R_S\)での電圧降下を一定にしています。その結果、出力電流\(I_{OUT}\)が変化しても、出力電圧\(V_{OUT}\)が定電圧化されます。

まとめ

この記事では『リニアレギュレータ』について、以下の内容を説明しました。

  • リニアレギュレータとは?
  • リニアレギュレータの『種類』と『分類』
  • リニアレギュレータの『原理』

お読み頂きありがとうございました。

当サイトでは電気に関する様々な情報を記載しています。当サイトの全記事一覧は以下のボタンから移動することができます。

全記事一覧

また、下記に当サイトの人気記事を記載しています。ご参考になれば幸いです。

みんなが見ている人気記事

© 2021 Electrical Information Powered by AFFINGER5