単電源から正負電源を作る

センタータップ切りのトランスから正負電源を作るのが常道であると認識した上で、あえて単電源（スイッチング電源）から正負電源を作る方法を質問させてください。

単電源（単電源 ex)+32V スイッチング電源) から正負電源を作ろうと下記のような回路を試作してみました。

+32－|－－7812－|－－ +12V (仮GNDから見て)
　　 Ｒ 　　｜　Ｄ
　 仮GND－|－－|－－ 仮GND
　　 Ｒ　 　｜　Ｄ
GND－|－－7912－|－－ -12V (仮GNDから見て)

Ｒは１ｋΩ、Ｄは整流ダイオード10E1です。
実測してみますと、二つの抵抗Ｒで分圧されている
入力電圧は、
仮GNDから見て 正側が11.62V、負側が-19.3V
出力電圧は、
仮GNDから見て 正側が10.35V、負側が-12.13V
となりました。
期待に反して、7812は入力電圧が不十分のためレギュレーションできていませんでした。もっと高い電圧のスイッチング電源を使えば正負電源が成立すると予想はしますが、入力電圧がこのように偏って分圧されてしまう現象が不可思議ですし、また7912側のドロップ分が過大のためこのような回路はよろしくないと認識しています。
また、正電源、負電源に各々1kΩを負荷してみましたが状況に変化はありませんでした。

ここで質問です。
Ｑ１.
入力電圧の抵抗による電圧の分圧がここまで偏ってしまうのはなぜなのでしょうか。7812、7912各々の負荷状況の違いで多少仮GNDがどちらかに寄ってしまうのは予想できるのですがここまで偏るものなのでしょうか。

Ｑ２．
単電源（スイッチング電源）から正負電源（GNDは上図のような仮GNDのような別電位でも構わない）を作る良きアイデア・実現例をご紹介いただければ幸いです。
絶縁型のDCDCや負電源用のスイッチングICの使用は考えていません。

以上宜しくお願いいたします。

No.3 ベストアンサー 回答者： hs001120 回答日時： 2009/01/14 06:59

>入力電圧を分圧している抵抗1kΩｘ2では、32Vに対して16mAしか流れておらず

これが解っているということは、オームの法則　電圧=抵抗×電流 はご存知であるのだと判断しますが
踏み込みが、もう一歩足りていないのだと思います。

抵抗1kΩの両端電圧が16Vになるのは、電圧(16V)=抵抗(1kΩ)×電流(16mA)　の時です。
これは同時に、電流が1mA変われば
電圧(15V)=抵抗(1kΩ)×電流(16mA-1mA)
電圧(17V)=抵抗(1kΩ)×電流(16mA+1mA)
と変動してしまう事も意味しています。

何となく変動する。のでは無くて、物理法則に沿って変動するべくして変動しているので
その認識が必要です。

>１Ａタイプの7812,7912を使用しても今度はオペアンプ側の制限で
オペアンプの出力に7812,7912を使用するのは無駄というより、デメリットが多いですよ。
7812,7912の必要入力電圧の範囲にご注意

>がんばって何が正解か思案してみたいと思います。
実用的になにが正解かと言ったら、32Vではなく最初から+12V,-12Vの電源を用意する事ですが、
趣味なのですから、正解は一つではないですよ。

この回答へのお礼

追加でご回答いただきありがとうございます。

とても良く理解できました。
今まで先人の方々が公開して頂いた定電圧源の回路に定電流源回路があったりとその理由が分からずに済ましておりましたがその理由まで納得できました。

回路をそのまま模倣する楽しみ方からもう一歩進んで自分で設計して楽しめるように精進していきたいと思います。

ご回答どうもありがとうございました。

お礼日時：2009/01/15 00:42

No.2 回答者： 145435 回答日時： 2009/01/13 13:10

回路をよく見れば単に電源に対してレギュレータを直列接続しただけです。

最初の方の言うとおり消費電力のちがうものを直列にしたのですから中間電圧が違って当たり前です。入力電圧が高くても正負の負荷によってはレギュレーションが変化します。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

複数の方に指摘していただくことで、着目しなければいけない点がよく分かりました。
Ｎｏ．１さんの欄に指摘していただいたあとの現状の理解を書きました。指摘しておくべきことがまだまだございましたら宜しくお願いいたします。

お礼日時：2009/01/13 23:20

No.1 回答者： hs001120 回答日時： 2009/01/13 02:12

>Ｑ１.

>入力電圧の抵抗による電圧の分圧がここまで偏ってしまうのはなぜなのでしょうか。7812、7912各々の負荷状況の違いで多少仮GNDがどちらかに寄ってしまうのは予想>できるのですがここまで偏るものなのでしょうか。

7812と7912では、レギュレータその物が消費する電力が異なるためです。
データシートに書いてある情報ですから、目を通しておくことをお勧めします。
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/13 …
のデータを見れば、おかしな事でも何でもない事が解るはずです。

>多少仮GNDがどちらかに寄ってしまうのは予想できる
具体的に計算してみることをお勧めします。3端子レギュレータの必要入力電圧を考慮すれば
Ｒが１ｋΩでは、mAオーダのアンバランスが生じただけで破綻する事がわかりますよ。

>Ｑ２．
>単電源（スイッチング電源）から正負電源（GNDは上図のような仮GNDのような別電位でも構わない）を作る良きアイデア・実現例をご紹介いただければ幸いです。
>絶縁型のDCDCや負電源用のスイッチングICの使用は考えていません。

例えば定番の一つに、オペアンプを使う方法があります。
http://sanwa.okwave.jp/qa4190778.html
回答1の一番下の例など
32V→24V 後、オペアンプで擬似GNDを生成します。

この回答へのお礼

丁寧にご回答頂きありがとうございます。

趣味で０からのスタートでして定量的な判断ができるように精進していますが、未だ壁を乗り越えられていません。知識も歯抜けのため直面している問題に応えてくれる情報をデータシートから読み解くのが難しく、ご助言とても助かります。

7812 QuiescentCurrent 4.7mA　（無負荷時の静止電流？）
7912 QuiescentCurrent 1.5mA　（無負荷時の静止電流？）

これにドロップ電圧を乗じたものがレギュレータその物が消費する電力で、そもそもこれが異なるのだから入力電圧の分割にアンバランスが生じる。（と自信ありませんが理解しました。）

また、入力電圧を分圧している抵抗1kΩｘ2では、32Vに対して16mAしか流れておらず、レギュレータの静止電流　4.7mA, 1.5mAと比べても大差は無く、レギュレータの負荷がmAオーダー程度のアンバランスが生じるだけで擬似GNDの電位は変動してしまう。（と自信ありませんが理解しました。）
実際、正側に+5Vのレギュレータを無負荷で繋いでみましたがその静止電流5.3mAが増えたことに寄ると思われる入力電圧の分圧のアンバランスの進みが確認できました。

このような理解の仕方で正しければ良いのですが。

また、ご紹介頂いたオペアンプによる擬似GNDを作る方法ですが、定番とありましたので今日一日探していましたらNECELのアプリケーションノートにトラッキング・レギュレータ回路というレギュレータとオペアンプによる発展型も見つけることができました。
このようなオペアンプを使用して擬似GNDを作る方法は抵抗のみによる場合と違い動的に擬似GNDの電位を決定しているので安定した電源になるのだなと理解しました。
疑問としては、オペアンプにも出力可能な電流量があるのでそれに迫る電流が負荷側に流れる場合は、擬似GNDのアンバランスが抵抗のときと同様に生じてくるのだろうかといま考えています。
１Ａタイプの7812,7912を使用しても今度はオペアンプ側の制限で安定動作させられる範囲に条件が生じてくるんじゃないかと予想しています。
がんばって何が正解か思案してみたいと思います。

お礼日時：2009/01/13 23:14