電圧レギュレータ は、信頼性の高いパフォーマンスを提供するために電気および電気機械デバイスに不可欠なコンポーネントです。電子機器には一貫した入力電圧が必要であり、電圧レギュレータはそれらの要件が満たされることを保証します。
電圧レギュレータは何に使用されますか?
自動車からエアコン、携帯電話まで、あらゆるものに電圧レギュレータが使用されています。デバイスによっては他のデバイスよりも敏感であったり、電源によっては他の電源よりも変動が大きいものもあり、各アプリケーションに最適な電圧レギュレータを選択するのは困難です。
消費電力が低く、電源が比較的安定しているシンプルな設計であっても、電圧レギュレータを使用しないと信頼性が損なわれる可能性があります。基本的な照明の場合、電圧が下がっても照明が暗くなるだけなので、電圧レギュレータは必要ありません。ただし、電圧レギュレータがないと、パフォーマンスと信頼性が低下し、LEDのちらつき、コントローラのリセット、さらには電子機器の「故障」などの問題が発生する可能性があります。
電圧レギュレータはどのように動作するのでしょうか?
電圧レギュレータは通常、電圧を微調整する必要がある場所に設置されます。たとえば、携帯電話では、120VACの電力を8VACに変換するACアダプタが使用されることがあります。次に、携帯電話のベース内に、ベース内の電子機器に必要なDC電圧を供給する電圧レギュレータがあります。電話機自体には、電圧レギュレータを使用して携帯電話内の電子機器に適切な電圧を供給するDC-DCアダプタが内蔵されている場合があります。
異なる電圧を必要とするさまざまなコンポーネントを備えた複雑な電気機械デバイスでは、電圧レギュレータの必要性がより明白になります。たとえば、コンピューターは壁のコンセント アダプターを使用して120VACを低い電圧に変換します。次に、マザーボード、冷却ファン、ハードドライブなどのさまざまな内部コンポーネントが機能するには、特定の電圧が必要です。電圧レギュレータは、各内部コンポーネントに安定した信頼性の高い電圧を供給するために使用されます。
電圧レギュレータ選択ガイド
電圧レギュレータを選択するときは、次の要素を考慮してください。
1.入力電圧と出力電圧
理想的には、作業する入力電圧範囲と必要な出力電圧を把握しておく必要があります。各電圧レギュレータ チップは、特定の出力電圧に使用するように設計されています。たとえば、5V Raspberry Piコントローラー、12Vサーボ モーター、24V ステッピング モーターを備え、120VAC電源で動作するデバイスでは、すべてがスムーズに動作するように、5V、12V、24Vの電圧レギュレーターを使用する必要があります。
ただし、さまざまな用途に備えて備蓄しておく場合は、簡単な調整を行うだけでさまざまな出力に使用できる調整可能な出力レギュレーターを見つけることができます。
Microchip社のMCP1754ST-5002E/MC は良い製品例です。
2.ドロップアウト電圧
ドロップアウトは、出力電圧と入力電圧間の最小バッファです。たとえば、7V入力があり、5V出力が必要な場合は、最低2Vのドロップアウトが必要です。7V入力が7Vを下回ると予想される場合は、ドロップアウトを低くする必要があります。
ドロップアウトは、出力電圧とともに各電圧レギュレータ チップごとに指定されます。たとえば、さまざまなドロップアウトを備えた5V電圧レギュレータを見つけることができます。入力電圧と出力電圧の差が小さい回路の場合、低ドロップアウト電圧レギュレータ (LDO) または超低電圧レギュレータが必要になります。
東芝のTCR2LE31,LM は良い製品例です。
3.リニアレギュラーかスイッチングレギュレータか?
リニア レギュレータ は、出力電圧を下回る電力を補正できません。5Vの出力を提供するには、入力電圧とリニア電圧レギュレータのドロップアウトから最低5Vを維持する必要があります。電力低下を補償する必要がある場合は、ブーストまたはステップアップスイッチングレギュレータを使用できます。
Microchip社の MIC2877-5.25YFT-TR は良い製品例です。
スイッチング レギュレータが有益なもう1つの例は、電力消費の急増によって電圧が低下する可能性がある場合です。たとえば、ソレノイドが作動すると、補正できる電圧レギュレータを使用していない限り、電力消費が急増し、電圧が低下し、マイクロコントローラがリセットされます。
入力電圧と出力電圧に大きな差があり、電力損失や熱発生が多すぎるデバイスの場合、スイッチング レギュレータの方が適している場合もあります。
スイッチング レギュレータを使用するかどうかは、プロジェクトの種類、設計上の制約、予算によって異なります。スイッチング レギュレータは、回路内での補償を必要とするノイズや干渉を引き起こす可能性があります。コストも要因の一つです。高価なロボット部品や精密な医療機器の場合、スイッチング レギュレータを使用すると、低予算の商品の場合よりもコストの問題が少なくなります。
詳細については、「 DC/DCコンバーターとスイッチング レギュレーター モジュール 」および「 スイッチングDC/DCコンバーターの種類 」を参照してください。
4.デバイスの感度
スマートフォン、ワイヤレス デバイス、バッテリー駆動の医療機器などの非常に敏感なデバイスでは、ノイズを低減するために特別なレギュレーターが必要になる場合があります。詳細については、「 LDOを使用して電源ノイズを最小限に抑える 」を参照してください。
5.応答時間
グラフィック カード、テレビ、コンピューター、プリンター、組み込みシステムなど、高速応答時間を必要とするアプリケーション向けに、高速応答時間を備えた特殊な電圧レギュレーターが用意されています。
ON SemiconductorのNCV51198PDR2G は良い製品例です。
6.電力消費
リニア電圧レギュレータを使用すると、入力電圧と出力電圧の差が熱に変換されて失われます。消費電力が低い場合、発生する熱は問題にならない可能性が高くなります。ただし、アプリケーションによっては、消費電流が十分に高くなると、発生する熱の量が問題になる可能性があります。リニア レギュレータの代わりにスイッチング レギュレータを使用するという前述のオプションは、1つの解決策として考えられます。ヒートシンクを使用して最適な温度範囲内に維持することもできます。
電圧レギュレータは一見単純に見えますが、より大きく複雑な電源と電子機器の信頼性の一部です。設計とトラブルシューティングのサポートとして、Arrowは包括的な エンジニアリング サービスを提供しています。不適切な電圧レギュレータによって生じる可能性のある信頼性とパフォーマンスの問題を過小評価することは、設計の専門知識によって回避できる間違いです。
