三端子レギュレータ、その他のための保護回路について

Question

先日は「ドロップアウト電圧」についてのご回答ありがとうございました。
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/9309698.html
実際、電気工作してみると十分に電圧が高くないときに２Ｖほどドロップし定格を下回った出力電圧を観察できました。

さて、引き続き保護回路を考えてみることにしました。（当方電気の知識ほぼゼロですのでつたないですが）回路図は添付画像のとおりです。電力供給をスイッチで切り換えます。

まず、９Ｖに繋いだ時に、（ａ）を通ってＣ２、Ｇ、Ｃ1方面に電気が流れ、7812を壊したりよからぬことが起きるのではと心配になりました。シロート考えでは（ａ）にダイオードを入れればよいのでは（赤字……以下同様）と考えたのですが、たぶん間違ってますよね？検索してみると（ｂ）のようなダイオードを入れるのが正しいようですが、これで7812は守れるでしょうか？

次に、１５Ｖに繋いだ時に、なんらかの異常な電圧（？）からＡＭＰやＬＥＤも保護したくなりました。（Ｃ）の位置にツェナーダイオードとやらを入れると保護できるようですが、これで守れるでしょうか？

（ａ）（ｂ）（ｃ）いずれか（あるいは全て）つけたほうがよいとか、別のところにつけたほうがよいとか、加えてそれぞれのダイオードの推奨値（型番？）とかを、アドバイスいただけますとありがたいです。

m-jiro · Accepted Answer

＃１です。
車載バッテリーを使うとのことですが、ならば添付図のようにC1を470μＦ(25～50V)程度にし、直列に５Ω１Ｗ程度の抵抗を入れておきましょう（規格では4.7Ωがあります）。
理由は車のイグニッションやワイパーモーターからのノイズを軽減するためです。車の電源は意外にノイズが多く、特にバッテリーがくたびれると多くなります。当然のことですがカーステレオ等はこの対策がしてあります。
電源ノイズを軽減するには電源に大容量のコンデンサを入れればよいのですが、車のバッテリーは内部抵抗が極めて低くコンデンサだけではノイズが取れません。そのため直列に数Ω程度の抵抗を入れるのです。
この抵抗は大きいほど効果がありますが、大きいと電圧も下がるので本件では５Ω程度が適当でしょう。ちなみに５Ωでは電圧は0.5V程度下がります。
また電源スイッチの保護にも役立ちます。抵抗がないとスイッチを入れた瞬間に、時間はごく短いのですが、莫大な電流が流れてスイッチの接点を痛めます(溶着して切れなくなる)。５Ωを入れておけば突入電流は約3A以上は絶対に流れないので接点の保護になります。この抵抗はスイッチの前に入れても構いません。

xpopo · Answer

回答NO.3です。ダイオードは１Aクラス（汎用整流用ダイオード　１０００Ｖ１Ａ　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08332/）で十分だと思います。ダイオードに電流が流れるのはスイッチが入った瞬間に流れるコンデンサC1への充電電流だけですから、定常的には流れませんのでそれで十分なわけです。

miran_2006 · Answer

＃２です。
#3が仰るように、（ｂ）の対策だけにすると、両方のスイッチがONした場合に、９Vの電池に１２Vが印可され、液漏れ、最悪の場合、破裂などの事態のリスクを伴います。
＃２でも言いましたが、（ｂ）は、あくまでもレギュレータ素子単体の安全回路です。

また、電圧効果による出力電圧の変動の指摘があるようですが、入れようと思っているダイオードの特性カーブを確認してください。
おそらく、0.1V未満の変動です。
もともと9Vと12Vで使う思想なら、12Vに正確な縛りは必要なく、気にするとしたら動的な変動になってくると思いますが、その場合でも0.1V未満です。

xpopo · Answer

１）
＞まず、９Ｖに繋いだ時に、（ａ）を通ってＣ２、Ｇ、Ｃ1方面に電気が流れ、7812を壊したりよからぬことが起きるのではと心配になりました。シロート考えでは（ａ）にダイオードを入れればよいのでは（赤字……以下同様）と考えたのですが、たぶん間違ってますよね？

回答＞＞確かに（ａ）にダイオードを入れれば7812の破壊対策にはなります。しかし7812と負荷（この場合はＡＭＰ）の間にダイオードを入れてしまうとＡＭＰを動作させた時に大きな負荷電流の変動が発生した時にダイオードの順方向電圧も変動してしまい、せっかくの高精度な電源ＩＣ(7812)の性能が発揮できなくなってしまいます。
結論としては（ａ）にダイオードを入れるのは不適切です。他にもっと良い方法があります。

２）
＞検索してみると（ｂ）のようなダイオードを入れるのが正しいようですが、これで7812は守れるでしょうか？

回答＞＞（ｂ）にダイオードを入れるのが正しい方法になります。７８１２は内部の回路の都合でＯＵＴ端子の電圧がＩＮ端子の電圧よりもダイオード1本分の順方向電圧降下より大きな電圧が加わるとＯＵＴ端子からＩＮ端子に向かって大きな電流が流れてＩＣを破壊してしまいます。ダイオードを（ｂ）のように接続するとこのダイオードがバイパス経路となってＯＵＴ端子から流れ込む電流を大きく制限し、ＩＣを破壊から守ってくれます。

３）
＞次に、１５Ｖに繋いだ時に、なんらかの異常な電圧（？）からＡＭＰやＬＥＤも保護したくなりました。（Ｃ）の位置にツェナーダイオードとやらを入れると保護できるようですが、これで守れるでしょうか？

回答＞＞まず、7812はＩＮ端子に印加できる最大の電圧はデータシートの　ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS　の表の先頭で　
　　　Input Voltage (VO = 5V, 12V and 15V) 　　35V
となってますので保護対策は不要です。
　また、「（Ｃ）の位置に小信号用ツェナーダイオードとやらを入れる」とツェナーダイオードはそのツェナーダイオードのツェナー電圧を超えた瞬間に焼き切れてしまいます。焼き切れない強力なツェナーダイオードもありますが、高価ですし、7812　が　３５Ｖ　まで保証されてるのでそこまでしてやる必要はないでしょう。

以上より、7812の保護には「（ｂ）のようなダイオードを入れる」のが最適だということになります。

miran_2006 · Answer

一般的に２種類の電源を組み合わせる場合、スイッチが両方ONになってしまったときのような場合を想定して、ダイオードORを使います。
図で言うとａのダイオードの左側の線に、もうひとつ、ａと同じ向きでダイオードを追加して、２つのダイオードのカソード同士がつながるようにします。

ｂは、素子単体をマクロ的に見た場合、レギュレータの出力側が入力よりも大きくなった場合に素子を守るという意味合いで、回路全体で考えた場合は、ちょっと違います。
回路全体で考えた場合は、他の素子の保護も考えなくてはいけませんので・・・

ｃのツェナーは、不要です。
この場合のツェナーは入力電圧の上限保障として使いますが、今回は入力が15Ｖみたいですので、保障する意味がありません。

m-jiro · Answer

このような使い方をする場合には(a)のダイオードは必須です。
出力側から電圧が加わった場合、レギュレーターは破損する恐れがあります（7812の性能として保障されていません）。
また破損しないとしても幾分かの電流が流れるため無駄な電流を消費してしまいます。
ダイオードは100V 1A程度の一般的な整流用でOKです。1N4002など。
しかし(a)を挿入することで電圧が約0.6V低下することは了解してください。

(b)は不要です。
カタログ等の回路例では(b)が入っていることもありますが、これはC2の容量が非常に大きい場合です。
すなわち、電源スイッチを切ってもC2に残った電圧が逆流してレギュレーターを破壊することがありうるためです。一般にC1、C2はレギュレーターの発振止めが目的なので 10μF 程度で十分です。この値なら(b)は必要ありません。

(C)のツェナーも不要です。
7812は最大入力電圧が35Vです。ノイズ成分を含めた値が35V以下であれば必要ありません。
つまりこのままの回路で15Vの電源のところに20V～30Vを加えても構いません。（ただし7812の発熱量が増えるのでその対策は必要です。）

★　ところでAMPに流れる電流はどの程度ですか？
300mA程度以下なら特に注意することはありませんが、もっと大きいと7812が熱を出します。金属ケースに取り付けるなどして熱を逃がしてください。7812はオーバーヒートから自身を保護する機能があるので焼損することはありませんが、出力電圧が下がります。

三端子レギュレータ、その他のための保護回路について

＃１です。

回答NO.3です。

＃２です。

１）

一般的に２種類の電源を組み合わせる場合、スイッチが両方ONになってしまったときのような場合を想定して、ダイオードORを使います。

このような使い方をする場合には(a)のダイオードは必須です。

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