アナログ・デバイセズ ADALP2000で学ぶ電源設計の基礎 : 第3回｜チップワンストップ

第3回 : 三端子レギュレータの使い方

はじめに

第3回目は、リニアレギュレーターについて、実際のデバイスを利用しながら、より理解を深めていきたいと思います。今回は、三端子レギュレータの使い方を解説し、後半にはパーツキットADAPL2000にあるLDO（ADP3300）を使った使い方を解説します。
実機を使うことで、リニアレギュレーターの動きを体験し、電源回路設計の理解を深めたいと思います。

三端子レギュレータの使い方

三端子レギュレータは、どこでも入手可能な電源回路用ICです。見た目は、大きなトランジスタのように見えます。（図1）

この中に、前回解説した回路が入っており、入力電圧に対して取り出せる電圧が固定のものや外部部品（抵抗など）で取り出せる電圧が可変のもの、定電圧ではなくて定電流のタイプまでさまざまなバリエーションが存在します。

図1 : 三端子レギュレータ
図2 : LT1086の回路例

その中で、一般的な三端子レギュレータを例に挙げます。
Analog Devices社では、LT1086という製品が相当します。このパーツは、ADALP2000の中には入っていませんが、端子が3つだけなので、簡単に使うことができます。（図2）

内部のブロック図を示します。（図3）

図3 : LT1086のブロック図

一見、難しそうに見えていますが、基本的には前回解説した回路ブロックに保護回路等が入っていると理解することができます。

Vin端子に入力電圧を加えると、Voutから出力電圧が得られます。

データシートの参考回路例をみると、図のように示されており、ADJ部で調整ができそうだということがわかります。
R1とR2の比で取り出せる電圧を調整することができます。

図4 : 基本使用例1

図中の式に基づいた参考回路例も掲載されています。（図4）

図5 : 基本使用例2

非常に簡単に構成できるのが、三端子レギュレータの大きな魅力です。

ただし、良いことばかりではなく、発熱の問題が伴います。
その場合は、広い空間を用意し、放熱性能を高めるなど、基板やケースに収める際に工夫が必要になります。

細かい説明は、割愛させていただきますが、必ずヒートシンク（図6）をつけるようにして、データシートの熱に対する配慮の項目も必ず確認するようにした方がいいでしょう。

図6 : ヒートシンク

また、ノイズに対する配慮も忘れないようにすると万全です。この例では、Vadjピンにコンデンサを追加することで、レギュレータ内で発生するリプル成分を除去することができます。

RippleやNoiseといったキーワードをデータシート中に探して、試行錯誤することが深い理解へとつながりますのでおすすめです。
ADALM2000を使って、ピンを観測し、実際にリプル成分が出ているかどうかを確認するのもいいと思います。ADALM2000とScopyを併用すれば、FFTも解析できるため、より電源周りのノイズに対する理解が深まります。

ADALM2000でFFTを使う方法の詳細は、こちら。

LDOレギュレータの使い方

ADALP2000の中には、三端子レギュレータが入っていなかったので、説明だけになりましたが、LDO（Low Dropout Liner Regurator）であるADP3300（図7）が入っています。フラットパッケージですが、DIP変換されてADALP2000に入っていますので、すぐに試すことができそうです。
LDOは、入力される電圧と出力する電圧の差が低いため、熱も発生も抑えられ、パッケージも小さくできることから、比較的低消費電力で動かすシステムに利用されています。
実際には、IoT関係の電源システムでは、バッテリーの電源からLDOを通して、マイコンなどに電力を供給しているシステムなどが多く見られます。
他には、より安定した電圧が必要な機器などにも応用されています。