LM317で定電流・定電圧の充電器は組めますか？

最初は抵抗だけで電圧・電流を制御しようとしましたが、思うように設計が出来ませんでした。

そこで、LM317を使って定電圧・定電流の回路を設計してみました。

LM317のメーカ推奨電流制限抵抗は２４０Ωのようでが、２４０Ωで１３，５Vを設計すると０．００５Aしか電流は流れず、とても充電器に供する事ができません。
例え電流制限抵抗を１００Ωにしても、０．０１２５Aしか流れません。

でも欲張って、定電流・定電圧の回路を組んでみたいと思案中です。

定電流・定電圧を一度にクリアするには、R1＝５Ω、R2=４５Ωとすれば、

電流制限抵抗　　１．２５／５Ω＝０．２５A
定電圧出力　　　 １．２５×（１＋４５／５）＝１２．５V

という計算値が導き出されます。
供給電源は、PC電源アダプタで、規格が１５V２．３Aを使う予定です。（無負荷で１６V有り）

定電流だけの単独回路では４Ωを使って０．３１２５Aとした例がＨＰなどにあります。

(1)定電圧回路としては、メーカ推奨の抵抗値に及びませんが、これで不都合な事が考えられるでしょうか？
どこが危険で危ないのか見当もつかず、困っています。それとも、これはこれで有効なのでしょうか？

(2)LM317の電圧降下は約３Vのようなので、供給電圧が１５Vなら定電圧回路など組まなくても１２Vとなって、更に逆流防止ダイオードの電圧降下０，６Vを見込めば１１．４Vが最大電圧と決まってしまうのでしょうか？

(3)他にもう一つ規格が１９V３Aというアダプタもありますが、LM317の発熱を考えると出来れば使いたくないのですが、もし、使わざるを得ない場合は上記の計算値で大丈夫でしょうか？

浅学なものですから、悩んでいます。


どうぞ、皆様のご意見を頂きたく、よろしくお願い致します。

No.5 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2014/09/29 01:03

今晩は。

myserenaさん、LM317を使った定電流回路は勘違いされてます。
まず、御質問に従って順に回答します。



(1)定電圧回路としては、メーカ推奨の抵抗値に及びませんが、これで不都合な事が考えられるでしょうか？
どこが危険で危ないのか見当もつかず、困っています。それとも、これはこれで有効なのでしょうか？


回答>>これだと定電流にはなりません。不都合は「LM317のメーカ推奨電流制限抵抗は２４０Ω」を勘違いされてることから生じます。この240Ωは負荷に流れる電流の制限抵抗ではありません。myserenaさんが添付された回路で言うと5Ωの抵抗とGNDの間につながれた抵抗（図では可変抵抗になっている）に流れる電流を制限するための抵抗です。LM317ではこの240Ω（myserenaさんの回路では５Ω）の抵抗の電圧降下が常に1.25Vになるように出力電圧を制御します。この抵抗を仮にR1としましょう。LM317によって常に抵抗R1の電圧降下が一定の1.25Vになるように制御されますからR1に流れる電流はI(R1)は　I(R1)＝1.25V／R1　で決まる定電流になります。この電流が下の可変抵抗に流れますから、可変抵抗の抵抗値をR2としますとこのR2に電流I(R1)が流れますからR2に発生する電圧降下　V(R2)　は　V(R2)＝I(R1)×R2＝1.25V×R1/R2　となります。出力電圧Voは抵抗R1の電圧降下の1.25Vと抵抗R2による電圧降下V(R2)を足したものになりますから、


　Vo＝1.25V　＋　1.25V×R1/R2＝1.25V×（１　＋　R1/R2）


で求まります。この式を良く見るとVoはR1とR2の抵抗の比で決まってくるのが分かります。R1の値を小さくしてもそのR1を流れる電流は負荷のほうには流れませんので全くの無駄な電流ということになります。
結局　R1　をいくら小さくしても定電流を負荷に流すようには出来ないのです。

(2)LM317の電圧降下は約３Vのようなので、供給電圧が１５Vなら定電圧回路など組まなくても１２Vとなって、更に逆流防止ダイオードの電圧降下０，６Vを見込めば１１．４Vが最大電圧と決まってしまうのでしょうか？

回答>>まず、「LM317の電圧降下は約３Vのようなので、」とありますが、これは何に書いてあったんでしょうか？信用度の高い情報はこちら（http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lm117.pdf）のデータシートになりますが、「LM317の電圧降下」としてはデータシートの6ページに載ってる"Dropout Voltage"という特性グラフから割り出します。今、出力電流を250mAとするとそのグラフでIout=200mAのカーブに近いと考えて差し支えありませんので、横軸の温度を例えば25度とすると縦軸の電流は約1.7Vになります。
　でも電流制御はかからないので実際はLM317の過電流保護機能が働く電流2.2Atypまで流れると考えなければなりませんがグラフには1.5Aまでのカーブしかありません。どうもはっきりしませんね。
結論としては概略11Vから12V程度にはなるだろうということしか言えません。

(3)他にもう一つ規格が１９V３Aというアダプタもありますが、LM317の発熱を考えると出来れば使いたくないのですが、もし、使わざるを得ない場合は上記の計算値で大丈夫でしょうか？

回答>>上記の計算値と言うのは（１）の計算と言うことでしょうか？そうならば大丈夫ではありません。


提案>>データシートの20ページに「12V Battery Charger」という応用回路がありますがこの回路が良さそうです。バッテリーは放電して容量が少なくなるとインピーダンスが小さくなります。この回路だとそういう容量の少なくなったバッテリーを充電（充電する場合はほとんどこのケースになりますが）するのにちょうどいい回路です。回路の定数の設定はまず、バッテリーの最終充電電圧を13.8Vから14Vの間に設定します。R1を240Ωとした場合R2は最終充電電圧VBｆを14Vとした場合　　R2＝R1×（VBf／1.25V-1）=240Ω×（14V／1.25V-1）＝2.4kΩと計算できますので、R2を5kΩの可変抵抗にすればいいでしょう。また抵抗Rsは充電開始時のバッテリーの電圧VBｓを10Vと考えて、その時の初期充電電流をIciとします。回路の出力インピーダンスZoは

　Zo＝（VBｆ－VBs）／Ici　

で決まります。ので値を入れて計算すると、

　Zo＝（14V－10V）／0.25A＝16Ω

と求まります。

またZoは　　Zo＝Rs×（１＋R2/R1）
より求められますのでこの式からRsは

　　Rs=Zo／（１＋R２/R1)

で計算できます。この式に　Zo＝１６Ω、R1=２４０Ω、R2=２．４ｋΩを代入して計算すると、Rsは

　　Rs＝１６／（１＋2400/240)＝1.45Ω

と計算されます。

この回答へのお礼

大変分かり易い後説明ありがとうございました。

勘違いが分かりました。

ご提案の方法で試作してみます。

お礼日時：2014/09/29 06:10

No.7 回答者： unagi-pie2#1 回答日時： 2014/09/29 05:38

No2,3,4 です。

どうやら「定電流」動作をさせたいのではなく、
電流が大きくなりすぎないようにしたい、という事でしょうか。

回答 No.4 の URL先に
＞データブックに載っていた回路は図の通り。
と共に回路図があります、これがどこかのデータブックに載ってたようですね。

充電初期など充電電流が大きくなりがちですが、それをR1を入れ生じる電圧降下を利用し
出力電圧を下げさせる、という事ですね。なるほど。

この回答へのお礼

そのとおりです。
バッテリーに優しい充電のため、過大な電流は避けて、電圧もガッシングを起こさないよう、過電圧にならないようにしたいという思いでした。

お礼日時：2014/09/29 06:14

No.6 回答者： tadys 回答日時： 2014/09/29 05:32

1個のLM317で出来るのは定電圧だけの回路、または定電流だけの回路です。

LM317は出力端子とADJ端子の間の電圧が常に1.25Vになるように動作します。
あなたの回路の場合、5Ωの抵抗に1.25Vになるように電流が流れます。
この電流は45Ωの可変抵抗に流れます。
この電流は5Ωの抵抗によって決まるので45Ωの可変抵抗に値に関係なく一定の電流になります。
定電流の負荷はADJ端子とGNDの間に繋ぎます。

あなたの回路の場合、ADJ端子の電圧は45Ωの可変抵抗に流れる電流で決まり、その電圧＋1.25Vが出力端子の電圧になります。
この電圧は出力端子に流れる電流には無関係に決まります。
つまり、出力端子とGND間の電圧は負荷電流に関係なく定電圧になります。

定電圧で使う場合と定電流で使う場合は負荷を繋ぐ場所が違うので同時に定電圧、定電流を実現することは出来ません。

＞LM317の電圧降下は約３Vのようなので
電圧降下は3Vに固定されているのではありません。
（そうであれば定電圧回路になりません！）
3VというのLM317が動作するのに必要な電圧です。
電源の電圧として出力電圧＋3V以上が必要です。

定電圧、定電流として使いたいのであれば、45Ωの可変抵抗の変わりにLM317による定電圧回路を追加すれば良いでしょう。
この場合、電源電圧として12V＋3V＋3V以上の電圧が必要です。

この回答へのお礼

分かりやすい御説明ありがとうございます。

使い方が段々分かってきました。
定電圧・定電流を一気に解決するにはもう１個LM317を使うんですね。
検討させていただきます。

お礼日時：2014/09/29 09:47

No.4 回答者： unagi-pie2#1 回答日時： 2014/09/29 00:34

LM317T を使って鉛蓄電池を充電する回路の製作記事があるんだから

倣って作ればよろしいのでは。解説もあるから数値の変更も可能でしょう。

http://jut.homeip.net/kata/charger/charger.htm

なんか「電流制限」とか書いてありますね。
317T だと電流を3A流す能力があって過剰供給を防ぐ意図みたいですね。
外付け抵抗をうまくつかって実現してるみたいですね。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

データシートの他にも、ネットにはいろいろ紹介記事がありますね。それらとマゼコゼにしてみましたが、
やはり、データシートに載っているアプリケーションヒントに沿って検討してみます。

お礼日時：2014/09/29 06:07

No.3 回答者： unagi-pie2#1 回答日時： 2014/09/29 00:22

No.2 です。

＞外付け抵抗で電流制限云々は、LM317のデータシートに記述があります。

LM317 は供給するメーカーも多く、データシート以外にもアプリケーションノートやら
製作記事やらいろいろ出てるでしょう。
どれに書かれてたのか教えてください。

とりあえず

TI (テキサスインスツルメンツ)
http://www.e-ele.net/DataSheet/LM317T.pdf

NS (ナショナルセミコンダクタ)
http://www.e-ele.net/DataSheet/LM317T.pdf

は見たけどそのような記述はありませんでした。

＞プロを目指している訳でもなく、アマチュアが趣味で作るレベルですので、
＞質問に沿った解答や説明を頂きたく存じます。

「趣味だから深く勉強しないで設計する」というのははっきりいって無理が多いです。
もっとも、簡単に設計できるものもあるでしょうから全てに於いて、ではありませんが。

この回答へのお礼

ありがとうございました。

データシートの５ページに「ロード・レギュレーションについて」の解説で２４０Ωの事が書かれていますが、ここでは電圧設定抵抗（通常２４０Ω）となっています。これを電流制限する計算式に当てはめて１．２５V／２４０Ω・・・・・であれば、１．２５／５でも有りかなと考えた訳ですが、どうも勘違いだったようです。

お礼日時：2014/09/29 06:03

No.2 回答者： unagi-pie2#1 回答日時： 2014/09/28 23:49

＞LM317のメーカ推奨電流制限抵抗は２４０Ωのようでが

上の文は意味不明です。
LM317 は知ってますが「外付け抵抗の値によって出力電流に制限を与える」と
いう機能はありません。

LM317は、入力電圧や出力電流が変動してもそれを直ちに検出し出力電圧が一定になるよう
追従するという、「一定な電圧を出力」するものです。

基本的動作は、出力端子-センス端子(中央) の電圧が
(1) -1.25V より高ければ LM317 での電圧降下を増やし出力電圧が下がるようにします。
(2) -1.25V より低ければ LM317 での電圧降下を減らし出力電圧が上がるようにします。
というわけで、センス端子には、出力電圧を分圧し1.25Vになるような値を選択します。
ただし、抵抗値があまり小さければ無駄な消費になるし、あまり大きければセンス端子に流れる電流により誤差を生じるので、
極端に大きいまたは小さい値は避けます。

抵抗器に流れる電流値で電圧を起こしこれを検出させて...というアクロバット的な使い方も
たしかにありますけど。

＞LM317を使って定電圧・定電流の回路を設計してみました

そもそも「定電圧」と「定電流」制御を同時に実現するのは不可能です。

「定電流」制御は
電流が減ったと検知すると出力電圧を上げて電流を増やそうとし、
電流が増えたと検知すると出力電圧を下げて電流を減らそうとする制御です。
「定電圧」制御と両立しません。

この回答への補足

外付け抵抗で電流制限云々は、LM317のデータシートに記述があります。

補足日時：2014/09/29 00:07

No.1 回答者： toiawasedesuyo 回答日時： 2014/09/28 22:44

５４歳　男性

この回路図はどの様に設計されましたか

仮に４５Ωの抵抗が０だったとすると５Ωを経由して12Vが消費されると

半固定抵抗や５Ωの抵抗は焼損　その前にLM317で制限？

過電流保護の回路も無い様な気がします

電流はトランジスタを経由して流した方が安全です

部品にはそれぞれ得意な分野があります

トランジスタは電流回路や過電流保護

ＬＭ３１７は電圧制御

もっと回路の勉強をした方が良いと思います

この回答への補足

この回路は、LM317のデータシートにある回路を参考にしたものです。定数を決める計算式もデータシートにある計算式です。
メーカー推奨の定数より、Rの定数が小さいので試算した結果が妥当なのか自信がありません。

失礼ですがLM317のデータシートをご覧になった事はございますか？

もっと勉強しろとおっしゃられても、プロを目指している訳でもなく、アマチュアが趣味で作るレベルですので、質問に沿った解答や説明を頂きたく存じます。

漠然とした文言や、途中で切った日本語では意味が伝わりません。

補足日時：2014/09/28 23:57