Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋
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電源アダプタ「いろいろボルト」
１．背景
キットや自作回路基板を複数使用して動作確認をする事がありますが、その際、異なる電源電圧を複数準備しないといけない事はあります。 現在、実験用電源としては秋月電子通商のＡＣアダプタやトラッキング電源キットを使用した３出力電源を使用しています。 基板の動作試験の多くは電流容量０．１Ａ程度以下であれば済みます。 しかし、電源電圧の異なる複数枚の基板を使用すると、電圧の種類が不足する事が時たまあります。 そのときのはＡＣアダプタを家捜しです。 ただし、注意しないとリップルの大きいＡＣアダプタや、予想外に電圧降下の大きいＡＣアダプタがありますので、電源の質の確認がちょっと面倒です。 電流容量は０．１Ａ程度でそれほど必要ありませんが、１台の安定化電源から複数の安定化電圧を得られる電源アダプタ「いろいろ電源電圧」を製作です。
２，電源アダプタ「いろいろボルト」の仕様検討
２．１ 基本的な考え方
高い電圧の安定化電源を入力とし、低い電圧の安定化電圧を得る電源アダプタとしました。 入力のＡＣアダプタは最低でも１５Ｖｄｃとすることにしました。 また、両極性に対応するため、入力段に全波整流回路を設けることにしました。 全波整流回路は順方向電圧降下の小さいショットキーバリヤダイオードを使用します。 今回は手持ちのＲＫ１６を使用しますので全波整流回路での電圧降下は０．６２×＝２＝１．２４Ｖ発生することになります。
２．２ 出力電圧、系統
出力電圧は、使用頻度の高い電圧５Ｖ、１２Ｖの２系統を固定電圧出力として設けます。 また、これ以外に可変電圧を１系統設けて固定電圧以外にも対応できるようにします。 よって、合計で３系統出力としました。
固定出力を１２Ｖにしましたが、実は９Ｖにしようかどうしようか迷いました。 実際には９Ｖの方が使用頻度は間違いなく高いので１２Ｖは可変電源で対応することも考えられます。 しかし、可変電圧用ＩＣとして手持ちであまり使用していないＬＭ３１７を使用するつもりでいましたので、ＬＭ３１７だど入出力電位差として３Ｖ必要となります。
全波整流回路の電圧降下１．２４Ｖ、電源アダプタ「いろいろボルト」の入力電圧１５Ｖｄｃを考慮すると、安定化回路入力電圧は１５−１．２４Ｖ＝１３．７６Ｖとなります。 よって、１２Ｖの安定化回路での電圧降下は１３．７６−１２＝１．７６Ｖ以下にしないといけません。 よって、ＬＭ３１７を使用すると、１２Ｖの安定化回路を作ることができません。
電源アダプタ「いろいろボルト」では１２Ｖ出力は必須と考えていますので１２Ｖ電源は必要です。 この対応として、低飽和電圧の可変電圧ＩＣ、ＬＴ３０８０（いっこいっこ充放電繰り返し器で使用）を使用することで対応できますが、より安価で汎用的な低飽和電圧三端子レギュレータＬＭ２９４０ＣＴ１２（入出力電位差０．５Ｖ）で１２Ｖを得る事にしました。 そして９Ｖは可変電源で対応する事にしました。 よって、仕様上１０．７６〜１２Ｖの間は仕様範囲外ということになります。 ただし、実用上はこの範囲も問題なく使用できると思います。
２．３ 出力電流
出力電流は定電圧ＩＣの温度によってかわります。 製作例で０，１Ａ程度ということで考えて頂ければと思います。
３．電源アダプタ「いろいろボルト」の設計、製作
電源アダプタ「いろいろボルト」の回路図を下図に示します。 ３系統は下記の低電圧ＩＣを使用しました。
系統１ 汎用三端子レギュレータ７８０５を使用した５Ｖ出力
系統２ 低飽和電圧三端子レギュレータＬＭ２９４０ＣＴ１２を使用した１２Ｖ出力
系統３ 汎用可変電圧三端子レギュレータＬＭ３１７Ｔを使用した１．３〜１０．７Ｖ可変出力
上図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 電源アダプタ「いろいろボルト」の回路図 】
全波整流回路Ｄ１〜Ｄ４は１Ｓ４など１Ａ時０．５Ｖの整流用ショットキーバリヤダイオートで対応することもできます。 使用するＡＣアダプタが決まっているならば、全波整流回路自体を無くしても構いません。 また、ダイオード１本にして両極性対応ではなく逆電圧防止だけとするのもよいでしょう。
Ｌ１はたまたま手持ち品があったものを使用しただけです。 Ｌ１自体無くても構いません。 もし追加されるならば定格電流１Ａ以上のものを使用して下さい。 また、ノーマルモード対応として、＋側にのみインダクタを設けるのも有りです。
電解コンデンサの耐電圧は高めが必要です。 回路中の耐電圧はマージンが少ないので、できれば下記のように見なおすことが望ましいです。
(a) C1,C7は最低25V、できれば35V以上。
(b) C5は最低16V、できれば25V以上。
ＬＥＤ１、Ｒ２は通電確認用表示です。 ご使用のＬＥＤに併せてＲ２定数を見直して下さい。
ＬＭ３１７の出力電圧可変範囲は広いので、出力電圧の調整分解能を上げるためにＶＲ１の可変抵抗は必ず多回転ＶＲを使用して下さい。
出力端子は秋月電子通商の「[P-01404] ターミナルブロック ２．５４ｍｍ ２ピン（緑）［縦］ 1個 ￥40（税込）」を使用しています。
ケースは今回は手持ちの透明ケースを使用しています。 発熱が大きい場合はケースが変形する可能性がありますので金属製ケースにする必要があるかもしれません。 また、放熱用のファンを追加設置することも必要になります。
入力用安定化電源は秋月電子通商の「[M-00032] スイッチングＡＣアダプター１５Ｖ０．８Ａ 内径２．１ｍｍ ＮＰ１２−１Ｓ１５０８ 1個 ￥600（税込）」を使用しています。
放熱板は手持ちのものを利用しています。 発熱量ではなく基板のサイズから決めています。 放熱板の取り付けに際してはシリコングリスを塗布して定電圧ＩＣを取り付けています。
今回製作した電源アダプタ「いろいろボルト」の製作例を下記に示します。
【 基板部品面 】
【 基板ハンダ面 】
【 「いろいろボルト」 外観 】
【 「いろいろボルト」 斜視外観 】
４．電源アダプタ「いろいろボルト」の使用方法
電源アダプタ「いろいろボルト」の定電圧ＩＣには小さいながら放熱板を設けています。 これは出力電流を少しでも取れるようにするために必要です。 入力電圧をＶｉｎ、出力電圧をＶｏｕｔ、整流回路での電圧降下をＶｒｆ、出力電流をＩｏとすると、定電圧ＩＣの損失Ｐは下記のようになります。
Ｐ ＝ （Ｖｉｎ−Ｖｒｆ−Ｖｏｕｔ） × Ｉｏ ［Ｗ］
例えばＶｏｕｔ＝５Ｖの場合、Ｉｏ＝０．１Ａ、Ｖｒｆ＝１Ｖ（１Ｓ４の場合）、Ｖｉｎ＝１５Ｖとすると Ｐ＝０．９Ｗとなります。 一見小さく見えますが、１５Ｗのはんだゴテがあることを考えて下さい。 決して小さい発熱量ではありません。 出力電流を確保しようとすると、この発熱を如何に逃がすかが必要になります。 実際に使用して定電圧ＩＣの温度を確認して下さい。 定電圧ＩＣに指を当て続けることができなければ温度上昇を下げる必要があるでしょう。 このときはＶｉｎを小さくするか、ファンで放熱することで対応して下さい。
出力電流をアップするために放熱板を大きくすることもできます。 大きくすれば、確かに出力電流を確保できて機能的に便利となります。 しかし、小さいままで多出力を得る事も便利です。 今回は後者を主な目的として製作していますので今回の製作例のようにしています。 よって、放熱板も必要最小限としています。
また、不用意に入力電圧Ｖｉｎを高くしないようにして下さい。 定電圧ＩＣの発熱量が大きくなりますので出力電流をその分小さくする必要が出てきます。
５．その他
今回の製作例は一例です。 定電圧ＩＣを変えて自分に合った回路仕様にしてみて下さい。 特に、ＬＴ３０８０を使用することで出力電圧範囲を広げることができます。
また、せっかく安定化電源のＡＣアダプタを使用していても、上記製作例ではＡＣアダプタの出力をそのまま利用できません。 （整流回路とＬ１があるため。）
下記回路図のように入力側の回路を逆電圧防止用Ｄ１だけにすればこの問題も解決で、４出力の電源アダプタ「いろいろボルト」となります。
上図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 電源アダプタ「いろいろボルト」の回路図２ 】
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