トランジスタによるリップルフィルタの発熱について

質問

LM317で20Vを作りましたが200ｍAで5ｍVほどのリップルが乗っています。
1ｍV以下にしたいので調べてみるとその後にトランジスタによるリップルフィルタを付けるのが一般的らしいのでそうしようと思います。

トランジスタはダーリントントランジスタの2SD1828、hfeは4000ほどです。コレクタ-ベースに1ｋ、ベース-アースに1000μでフィルタにするつもりです。

そこで何点か質問なのですが
1.トランジスタの発熱はどうやって計算すればいいでしょうか？
2.LM317の負荷は200/4000ｍAになると言うことでしょうか？
3.LM317の負荷が200/4000ｍAになればヒートシンクはいらなくなるでしょうか？また、負荷が減ればフィルタなしでリップルも1ｍV以下になるでしょうか？

以上いっぱい書きましたがよろしくお願いします。

回答No.5

c80s3xxx · ベストアンサー

> フィルタ用の抵抗は1ｋ程度を考えています。hfeは4000ですので50mVの電圧降下。合計0.65V、200ｍAだと0.13Wの損失ということでしょうか？

負荷に200mA流すとして，hFE4000から Ib=0.05mA．
ダーリントンなので，みかけのVBEは1.3Vくらいにすべき．なので，負荷には18.7V以上の電圧をかけることはできない．
同時に，1.3V×200mA=0.26W の電力損は，最低でも発生する．
たとえば負荷に18Vかけたければ，Rbには20-18-1.3=0.7Vがかかるので，Rb=14kΩで目的動作．
トランジスタでの消費電力は，2V×200mA=0.4W．
16Vかけたければ Rbにかかる電圧は2.7Vなので，Rb=54KΩ．消費電力は4V×200mA=0.8W．
18.5Vかけるなら，Rbにかかる電圧は0.2V，Rb=4kΩ．
18.6Vなら，同じく0.1V，RB=2kΩ．
18.65Vなら0.05V，Rb=1kΩ．
ただし，こんな領域では計算通りの動作は無理なので (VBE=1.3V自体がだいたいで，そもそも電流依存するものだから)，結局，電圧は大体でいいかと割り切るか，あるいは半固定抵抗でも使って微調整するしかない．

> 安定化にはなりませんが100ヘルツの周期でリップルが乗るわけではなく0.65V降下（負荷により50ｍV前後）するだけだと特に問題は無いかなと考えたのですがどうでしょうか？

負荷変動が小さいと見なせるなら，それでもいいです．

> ちなみに負荷はOPAMP数個のオーディオ用コンプレッサー回路とLED数個です。

そのくらいなら，317だけで十分なはずだけど．．．？？
そもそも，317のリプル抑制比は80dBが公称値．20Vフルのリプルがあったとしても，計算上は2mVまで抑制するという意味．
最悪値の66dBでも10mVまでくるはず．
実際には4700μFも入れて平滑化をかけてからなので，mVの桁のリプルが出ること自体，おかしい．
配線の引き回しが悪くて，直接誘導を拾ってるんじゃないのかという可能性は？

回答No.4

c80s3xxx

> 平滑コンはまさに4700μを入れています。

なるほど．

> 電圧降下×消費電流はわかるのですが、コレクターベース間は消費電流が小さいので、しかも抵抗に熱として現れますよね？
> トランジスタはBーE間の電圧降下×200mAということでしょうか？この場合電圧降下はどうやって計算すればいいでしょうか？

いや，ベース電流は小さいのでどうでもいいんですよ．電力消費は C-E間の電圧降下と，エミッタ電流 (=コレクタ電流=全電流) で決まると．
電圧降下を決めるのが，ベース抵抗．もちろん，負荷依存なので，リプルフィルタを入れたら，安定化電源にはなりません．

> どこかで３端子は意外とSNが悪いので、負荷が変わらなければフィルタを入れた方がいいみたいなことを見たので。

それはもっと高周波の話．リプルはもっと取れると思うけど．
負荷が何なのか，それと，今の回路がどうなっているのか，そのあたりを見たいかな．

お礼

ありがとございます。C-E間の電圧降下はC-B間+B-E間（0.6V？）の和と言うことですよね。
フィルタ用の抵抗は1ｋ程度を考えています。hfeは4000ですので50mVの電圧降下。合計0.65V、200ｍAだと0.13Wの損失ということでしょうか？

安定化にはなりませんが100ヘルツの周期でリップルが乗るわけではなく0.65V降下（負荷により50ｍV前後）するだけだと特に問題は無いかなと考えたのですがどうでしょうか？

ちなみに負荷はOPAMP数個のオーディオ用コンプレッサー回路とLED数個です。

回答No.3

c80s3xxx

そもそも317に入れる前に，どのくらいの平滑コンデンサを入れているのか．
200mA取るなら，4700μFとか，そういうレベルでまずざっと平滑化しないと．

リプルフィルタを入れるのはいいとして，そこでの電力損失は，単純に電圧降下×消費電流．
最終負荷が200mAなら，フィルタのトランジスタも200mAの電流が流れる．
そして，C-E間の電圧降下が必要で，これはVオーダ．1Vとしても，0.2Wの損失．
この場合，負荷によって電圧が変動してしまうので，なんのために317を使っているのか，
意味がよくわからなくはなる．というか，317のようなシリーズレギュレータのあとに，
さらにリプルフィルタを入れるというのは，あまり一般的なやり方とは思えない．

お礼

平滑コンはまさに4700μを入れています。いつも100mAあたり1000μくらいなのでちょっと多いかなと思っていました。
電圧降下×消費電流はわかるのですが、コレクターベース間は消費電流が小さいので、しかも抵抗に熱として現れますよね？
トランジスタはBーE間の電圧降下×200mAということでしょうか？この場合電圧降下はどうやって計算すればいいでしょうか？

どこかで３端子は意外とSNが悪いので、負荷が変わらなければフィルタを入れた方がいいみたいなことを見たので。

回答No.2

bogen555

一点アースについては，真空管アンプですがここの
http://hayashimasaki.net/tubebook/tubebook6.html
(1) 電源部からのアース線の取り出しポイント
が参考になります．
質問に沿えば，LM317の後に付ける電解コンデンサのところが一点アースのポイントになります．
ただし，整流平滑部分にはパルス状の整流電流が流れるため，平滑コンデンサのところでまとめてそれから一点アース・ポイントに配線します．
その他に注意すべき点は，トランスからの配線はしっかり撚ること，整流回路の配線も同様にしないと，電磁誘導でリプルが増加することがあります．
ここら辺の問題は電気の基本ですから，「電磁気学」と「電気回路」の教科書を読むとエエでしょう．

お礼

ありがとうございます。リンク先を見て勉強してみます。

回答No.1

tadys

LM317のリップル除去率はミニマムでも66ｄB（標準で80ｄB)有ります。
-66ｄBと言えば約1/2000です。
5mVのリップルが乗る為には少なくとも10Vのリップルが電源に乗っている必要が有ります。
リップル除去率が80ｄBなら50Vのリップルが必要です。
本当にそれだけ乗っているのですか？
もし、そうでないのであれば、原因は別のところにあります。
原因が別ならば、あなたの対策は的外れです。

5mVのリップルは本当に電源のリップルですか？
大本の電源のリップルは何ボルト有るのですか？
電源のアースの引き回しには共通インピーダンスが発生しないように注意をしていますか？

お礼

ありがとうございます。LM３１７の性能を疑っている部分がありましたがデータシートでは若干環境が違うものの500mAでも60dBは減少するみたいですね。

20VACを両波整流後、平滑しているのでLM317へは７Vほど、リップルはそれ以下だと思います。
アースはできるだけ一点アースしていますが付加が増えるにつれリップルも増すので電源が弱いのかと思っていました。
もう少しいろいろ調べてみます。

ちなみに後学のために質問内容の３点を教えていただけますか？