シャントレギュレータ

【基準電圧ICとは?】使い方などを説明します

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シャントレギュレータや、スイッチング電源に使用されている『基準電圧IC』。高精度で安定した電圧が必要な時に使用されることが多いICです。

今回は『基準電圧IC』の回路記号、内部回路、使い方などを説明します。

基準電圧ICの回路記号

基準電圧ICの回路記号
基準電圧ICには2ピンのものと3ピンのものがあり、それぞれ回路記号が異なります。

2ピンの回路記号は、ツェナーダイオードと全く同じ回路記号です。2ピンの基準電圧ICはカソード(K)とアノード(A)間の電圧を基準電圧VREFにするようにICが制御します。有名な型番としては『TL285』や『LM4040』があります。

3ピンの回路記号は、カソード(K)とアノード(A)に加えてリファレンス(REF)端子が追加されたものです。3ピンの基準電圧ICはリファレンス(REF)とアノード(A)間の電圧を基準電圧VREFにするようにICが制御します。有名な型番としては『TL431』や『LM1093』があります。

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基準電圧ICの内部回路

基準電圧ICの内部回路
基準電圧ICの内部回路は上図のようになっています。トランジスタとオペアンプで構成されており、オペアンプの反転入力端子(-)には高精度基準電圧源(バンドギャップリファレンスとも言われている)VREFが接続されています。この基準電圧VREFの値は2.495Vや1.235Vなど様々あります。中途半端な数字になっているのは、基準電圧VREFはIC内部のバンドギャップによって決まる値だからです。

基準電圧ICの動作原理

動作原理
動作原理は以下のようになっています。
①アノード(A)とリファレンス間(REF)間にVREF以上の電圧が印可される。
②非反転入力端子(+)の電圧が反転入力端子(-)の電圧より高くなる。
③ベース電流が流れる。
④カソード(K)からアノード(A)に電流が流れる。

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基準電圧ICの使い方

一般的に『基準電圧IC』はシャントレギュレータICとも呼ばれており、シャントレギュレータに使用されることが多いのはもちろんのこと、スイッチング電源の2次側にも使用されることが多いです。これから基本回路について説明します。

基本回路①

基本回路①
直列抵抗RSと基準電圧ICのみで構成されたシャントレギュレータです。リファレンス端子(REF)とカソード端子(K)を接続することで、カソード(K)とアノード(A)間の電圧が基準電圧VREFとなります。その結果、出力電圧VOUTは基準電圧VREFと等しくなります。

基本回路②

基本回路②
『基本回路①』と異なる点は、リファレンス端子に入力される電圧が出力電圧を抵抗R1とR2で分圧した電圧になっている点です。このように接続することで、出力電圧は

$$ V_{OUT}= \frac{R_1+R_2}{R_2}V_{REF}+R_1I_{REF}$$
となり、VREF以上の電圧を出力することができます。また、抵抗値を調整することで出力電圧を可変することができます。

スイッチング電源の2次側に使用した場合

スイッチング電源の2次側に使用した場合
スイッチング電源の定電圧制御に基準電圧ICが使用されます。
スイッチング電源の2次側に使用する場合は上図のように使用します。ICには複数の回路が接続されていますが、今回は省略しています。
2次側の出力電圧を一定にするためには、1次側のスイッチのオンデューティ比や周波数を変える必要があります。そのため、2次側で検出した出力電圧を1次側にフィードバックするために、フォトカプラを使用して伝えています。

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