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おもちゃ病院用のDC安定化電源の製作

◆まえがき
以前の記事で安価な昇圧コンバーターを紹介しました。今回はこのコンバーターの後ろにシリーズレギュレーターを入れて、出力電圧 1.5V〜9V の安定化電源を作ってみました。この範囲の電圧が出れば、ほとんどのおもちゃのテストに使えると思います。なお、最大電流は0,3Aです。

◆回路図 (トポロジが気に入らなかったので差し替えました)
おもちゃ病院用安定化電源の回路図
USB電源の5Vを MT3608 を使った DCDCコンバーターで12Vに昇圧し、その出力をシリーズレギュレーターの LM317 で降圧するという、エネルギー効率の悪い回路になっています。ちなみに、この昇圧コンバーターは AliExpress で5個で 217円という格安で売っている物ですが、効率は 90%くらいある優れものです。

Q1 は出力電流のリミッター回路で、R2の両端電圧が 0.6V になる、つまり出力電流が約0.4Aを超えると電圧を下げて過電流を防止します。但し、R2には電圧計(DVM)の電源電流も流れているので、実際の電流制限はもう少し下から始まります。

電圧監視用のDVMは、秋月の超小型2線式LEDデジタル電圧計を3線化改造したものです。詳しいやり方はネットを検索してください。

出力コンデンサ(C3)の容量は、相手の回路に与える影響を考えるとあまり大きくしたくはありません。しかし、これくらいの容量(47μF)を入れておかないと、電流リミッタが動作する時に出力電圧が0Vとの間で大きく振動してしまいました。なお、DVMの電源電流がR2を通って流れているのもこの振動が起きる原因になっているはずですが、うまい解決策が見つからないです。(7セグLEDのダイナミック点灯に伴い、20mAくらいのリップル電流が常時流れています)

◆外観
・全体
全体
出来るだけコンパクトに作ることで、おもちゃ病院の会場に持って行きやすくしました。なお、実際に使う時はこれ以外にUSBの充電アダプタが必要になります。
入力のUSBケーブルは直付け、出力もミノムシクリップの線を直付けにしています。

・本体拡大
本体
LM317には小さな放熱フィンを付けています。
出力電圧を3桁の7セグLEDで表示します。
出力にパラに接続したLEDは動作表示になると共に、電流制限が掛かった時に明るさが変化する(暗くなる)ので状態が判り易いと思います。因みに赤色LEDなので、1.5Vでも僅かに光ります。(冬になるとダメかもです)

・裏面
裏面
熱の出る部品には放熱用の穴を設けています。

◆特性
特性
出力電圧を 1.5V、3V、4.5V、6V、9V に設定した時の負荷特性です。各々のグラフのプロットの右端より大きな電流を流すと、過電流保護機能が働いて出力電圧が急降下します。

オシロで出力電圧を監視しながら測定を行ったのですが、このグラフをプロットした範囲では発振などの異常な挙動はありませんでした。

出力電圧が低い時に大きな電流を流すとLM317の発熱が増えるので注意が必要です。

◆まとめ
残り物で作った料理みたいな電源ですが、ちょっとしたテストをやりたい時などでも、あれば便利だと思います。

ところで、この仕様の電源を作るなら、4スイッチ1コイルの昇降圧コンバーターを使うのがベストだと思います。手に入らなければ、せめてSEPICコンバーターくらいは使いたいところです。それなのに、シリーズレギュレーター方式でやるのはえらく時代遅れな話ではあります。まあ、おもちゃの修理のようにちょっと通電して動作確認を行うような使い方なら、効率の悪さは問題にならないので、こういう回路も有りかと思います。それに、もう出番が無くなって死蔵されていることの多い、LM317の活用先としてもちょうど良さそうです。

2021/09/07追記
VR1がガリオームになった時の電圧上昇防止対策(クリックで別窓に拡大表示)
電源回路図、ガリオーム対策版
VR1を3端子接続に変更し、R5を追加することで可変抵抗のスライダーが接触不良になった時の電圧上昇を防止。接触不良発生時は、Iadj(max0.1mA)の影響でVadjは1Vmax.になり、出力電圧は2.25Vmaxになる。(実測では1.7V程度)。もっと下げたい場合はR5を小さくし、R3の値も補正。
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