目次
- 三端子レギュレータについて
- なぜ三端子レギュレータを使うのか(1)
- なぜ三端子レギュレータを使うのか(2)
- 三端子レギュレータの許容電流と許容損失
- 三端子レギュレータの種類
- 三端子レギュレータの規格
- 三端子レギュレータが制御できる電圧
- 放熱器と放熱ファン
- 蛇足
三端子レギュレータについて
Jan 1, 2024.
三端子レギュレータ(3-pole regulator)とは安定化電源用ICの事です。普通は余り鉄道模型用に使う機会は多くないと思いますが、この中で電圧可変を前提とする品種は模型車輛の速度制御をするのに好都合なのと、流石に電子工学のスキルがかなり低い私であっても多少の事が出来る稀有な素子であるので当サイトでは無駄に頻出させていると言う事です。格好悪いなぁ(^^;)。
少し真面目な事を書きますと、トランス＋整流器の組み合わせで整流しただけの直流はでは、多少ではありますが交流時代のクセ？が残っていると言うか、多少波が残ったような状態の直流しか得られません。これを「脈流(みゃくりゅう)」と言います。古くから鉄道模型を楽しんでいる方であれば「半波(はんぱ)」と言った方が判り易いかも？。「半波」とまで言ってしまうと極端ですが、普通の直流の上に僅かな「半波」が載った状態のモノが「脈流」です。
脈流は「波が残っている」とは言っても漣(さざなみ)ですから、回路によっては問題になる場合もあるし、このままでも構わない場合もあります。例えば、鉄道模型の運転ではほぼ間違いなく問題にはならないと思いますが、オーディオ機器などでしたら「波が残っている」部分はそのまま「ブーン」と言うハムノイズとして現れます。どの程度「ハムノイズとして現れ」るかは装置の特性や地域によって異なります。恐らくは、西日本の方がハムノイズが目立つはずです。東日本ではハムノイズは50Hzですが、西日本のハムノイズは60Hzなので、可聴周波数帯域の中心に近い分だけノイズとして目立ちやすくなるからです。
安定化電源とはこの漣(さざなみ)を取り除くための装置で、三本足のICの中に安定化電源を収納したのが三端子レギュレータ(3-pole regulator)です。それでは、「波が残っている」部分をどうやって取り除くかと言うと、簡単に言ってしまえばヤスリを掛けたり、カンナで削ったりするような作業をします。例えばパワーパック用に安定化した直流12Vが欲しければ、安定化していない直流15V程度を入れてやります。つまり、表面を平滑にしてやるために3V分くらいを削り取ってしまうわけで、この3V分は熱として空気中に捨ててしまいます。カンナ屑などを捨ててしまうのと同じことなので、この3V分は「削りしろ」とでも考えれば間違いは無いでしょう。
模型の場合でしたら材料の表面を平滑にするためには削ったりしないでパテ埋めする、と言う手法も考えられますが、電気工学・電子工学の場合にはパテ埋めに相当する手法は不可能ではありませんが結構厄介なので、あっさりと削り取って平滑にしてやる方法が無難です。15Vから12Vを引き算すると3Vとなることは初歩的な算数ですから直ぐに判りますが、この3Vの差を「入出力間電圧差」と言って、個々の三端子レギュレータによって決まっています(メーカーで発行している規格表、データシート、アッセンブリノートなどを見れば判ります)。
この他にも安定化電源には、設定した以上の電圧を出さないと言う効果もあります。安定化していない単なる整流電源では、無負荷の際には定格電圧よりも高い電圧が出てくる傾向があります。例えば「定格出力12V・1A」と言う電源があったとして、無負荷の場合には15Vとか17Vとか出て来る可能性があります。安定化していない整流電源とは、元来がそのような性格を持っているモノです。当然ですがこの手の電源を日常的に使って鉄道模型を運転していれば、「モーターが焼ける」「電球が直ぐに切れる」と言った悪影響が考えられます。安定化電源を使えば所定の電圧よりも高い電圧は出て来ないので、安心して模型を走らせる事が出来ます。鉄道模型の運転に安定化電源を使う事の最大の利点は、この点にあると言っても宜しいでしょう。
なぜ三端子レギュレータを使うのか(1)
Jan 1, 2024.
「三端子レギュレータは、簡単に電圧制御パワーパックが作れる」からであって、この点に尽きます。自慢できる話ではありませんが、私は電子工作が好きな割にはスキルが低いので、トランジスタ制御のパワーパックの回路を設計するようなことは出来ません。だから殊更に三端子レギュレータを使おうとしているだけです。私自身は電子工作関係の文章を偉そうに書いているつもりは毛頭ないのですが、もしも三端子レギュレータに関して偉そうに書いているように見えたとしたら、、、多分、はしゃいでいるだけでしょうから見逃してやってくださいm(__)m。
鉄道模型の車輛を運転する際に、車輛の速度を変化させるために「電圧を変化させる」と言う機能に関して言えば、「三端子レギュレータ」「固定抵抗」「可変抵抗(所謂“ボリューム”)を一個づつ揃えれば、これだけで可変電圧の安定化電源回路が組めてしまえるからです。恐らくは電子工作一般の中で、こんな簡単な回路はゲルマニウムラジオ程度のモノだと思われます。回路を安定動作させるためにはもう一寸部品を追加する必要がありますが、原理的な事を言うならここに列記した部品だけでも間違いなく動作はします。
「簡単かどうか」と言う点についていえばスライドトランスを使ったり、レオスタットを使ったりしたパワーパックの方が簡単な回路ですが、「スライドトランス」も「レオスタット」も、最近では些か一般的とは言い難い部品なので高価だし大きくて重いです。特に、小型のスライドトランスと言う点では唯一無二の存在であった松永製作所の「MT-105(と言う50VA型のスライドトランス)が製造終了してしまったので、普通の、乗用ではない鉄道模型に使うには大き過ぎる100VA型が新品で入手できる唯一の存在となってしまいました。電力が100VA≒100Wと言う事は直流12Vに降圧して使う場合の電流値は8.3Aにもなってしまうので些か過大です。
三端子レギュレータも安定した動作をさせるために真面目に放熱器を取り付けると大きくて重くなりがちですが、それにしても価格は間違いなく安いです。安いし、簡単な回路なので先ず失敗はしないし、小型軽量だから楽に楽しく工作が出来ます。私にとっては非常にありがたい存在です。
なぜ三端子レギュレータを使うのか(2)
Oct 1, 2024.
このコンテンツの中には「安定化電源」と言う言葉がたびたび出て来ますが、普通の鉄道模型用パワーパックは「非安定化電源」であって、安定化電源ではありません。例えば出力電圧が12Vのパワーパックがあったとして、単にテスターを繋いだだけであれば出力電圧は最大で12Vを越える筈です。どの程度越えるかは装置の設計次第です。鉄道模型用に限りませんが、非安定化電源は無負荷で(メーターやテスターを接続しただけで)は出力電圧は大抵高い目に出ます。
例えば「出力電圧：直流12V」と言うような表示の有るパワーパックの場合無負荷では直流15Vとか、どうかすると直流17Vとかが出て来ます。「出力電圧：直流12V」と言う表示は「定格負荷を接続した場合に出て来る定格負荷電圧が直流12V」と言う事です。例えばこの「出力電圧：直流12V」と言うパワーパックが「定格出力電流が1A」だったとすれば、出力電流が1A流れている時に出力電圧が12Vになっていれば正常に動作していると言えます。それでは出力電流が0.1Aしか流れていない場合はどうなるのかと言えば、大抵の場合は出力電圧は12Vよりも高い電圧になります。
「“出力電圧：直流12V”と書いてあるのに12V以上の電圧が出るのはおかしいではないか」と思われるかも知れませんが、これで正常です。「定格出力電流が流れた時に、定格出力電圧になる」と言うのが正常な動作だからであって、定格出力電流よりも少ない電流しか流れていない場合は出力電圧は往々にして高くなります。だからと言って無闇に高い電圧が出て来ても困ると言えば困るので、それを防ぐための機能が実は「安定化電源」の機能です。
出力電圧が高いと何が拙いのか、、、これは大体予想が付くと思いますが、車輛は早く走ります。初めて鉄道模型を買って貰ったお子ちゃまを喜ばすために15Vとか17Vとかを掛けると、車輛はビュンビュン走ります。なんだったら20Vとか掛けてしまえばもっと早く走るようになりますが、モーターやら照明用電球やらの寿命は相当に短くなる事でしょう。「出力がどんな状態でも所定の電圧が出て来る」と言う点が、安定化電源を使う最大の理由です。その安定化電源を、最も簡単に実現する事が出来る素子が「三端子レギュレータ」です。
三端子レギュレータの許容電流と許容損失
Jan 1, 2024.
「許容電流」と言うのは、その三端子レギュレータで取り扱うことできる最大限度の電流値のことです。例えば、「許容電流が1A」とあれば、このレギュレータでは1Aまでの電流であれば問題無く取り使うことができる、と言う意味です。概ね。普通の製品では1.5Aまで、3Aまで、5Aまで、7.5Aまでと言うのが目一杯の処です。
それでは「もっと出力電流が欲しい場合はどうするのか」と言うと、補助用にブースター的な役割のトランジスタを用意します。「三端子レギュレータを並列接続したら出力電流を増やせないか？」と言うと、それは結構難しいです。設計・製作をしくじると一方のレギュレータばかりに出力電流が集中してしまうので破裂するとか、まぁロクな結果にはなりません。この件を説明しきるスキルは私には無いので「止めた方が良いでしょう」とだけ書いておきます。
この件以外にも出力電流に拘わる事柄としては、三端子レギュレータには3V程度の入出力間電圧差があるので、これが損失＝発熱になります。例えば回路の出力電流が1A、入出力間電圧差が3Vだとすれば、3Wの損失＝発熱が発生します(3W＝3V×1A)。乱暴な表現をすれば、この状態では三端子レギュレータは3Wの電熱器を兼ねていると言っても良いでしょう。実はこの辺りがパワーパックに三端子レギュレータを使うに当たって困る点でして、鉄道模型の速度制御(＝電圧制御)は、三端子レギュレータにはかなり過酷な使われ方を強いることとなります。
しかし、鉄道模型の世界ではもっと過酷な現実？が待ち構えています。12Vのパワーパックを作るために15Aの電源を用意して1A流している分には損失は3Wですが、車輛を低速で走らせる為に15Vの電源から5V程度の電圧を取り出したいと言うような事をすると相当に厳しい事になります。三端子レギュレータの入力が15Vの時に、このパワーパックの出力電圧を5Vまで絞って1A流すと、なんと10Wの損失が発生します。10W＝(15V-5V)×1A、と言うことです。これだけの損失が発生すると、小型のハンダごて並みの発熱ですからかなり対応が厄介です。
三端子レギュレータを使ったパワーパックでは、車輛を低速にするほど三端子レギュレータ自体の発熱が多くなります。車輛を低速にすればするほど、損失・発熱が多くなると言う事です。
三端子レギュレータの入出力間電圧差を10Vも見込む、なんて使い方は普通の三端子レギュレータの使い方としては、いささか過酷な部類に入ります。この辺りの事情はCQ出版から発売されている「電源用IC規格表」にも「高入出力電圧差の条件では、最大出力電流を供給できません」と明記されています。最大出力電流にたどり着くよりも先に、最大許容損失の限界にたどり着いてしまうからです。普通に電子回路の知識がある人に「三端子レギュレータの入出力間電圧差は10V見込んである」なんて話すと、恐らく相手は呆気に取られて黙り込んでしまうか、回路設計を変えた方が良いと説得されてしまうか、どちらかだと思います。入出力間電圧差が10Vある、と言う点だけ取り上げれば、三端子レギュレータの回路設計としてはかなり無理があるからです。
そのようなわけで、極端に大出力なパワーパックに三端子レギュレータを使うと設計はかなり苦しくなりますから、精々1A程度までにとどめておくのが無難です。尤も私自身は余り消費電流の大きい車輛は持っていないので、電流を流し過ぎたから許容損失を突破しちゃった、、、と言うような経験はありません。1Aも消費するようなモーターを使って二個モーターの機関車で重連、なと言う運用は止めた方が宜しいです。その昔のカツミ製品はやたらに二個モーターの電車、二個モーターの電気機関車が多数販売されていましたが、実物並みにするつもりで電車の編成の中に二個モーターの動力車を複数連結すれば途方もない消費電流の編成が出来上がります。悪いことは言わないですから、この種の列車はMPギヤ・ACEギヤでも使ってモーターを減らした方が得策です。
三端子レギュレータの種類
Jan 1, 2024.
三端子レギュレータには膨大な種類があります。大雑把には、次のように分ける事が出来ます。
- 出力電圧が固定のものと可変のもの。固定電圧ならば3.3V、5V、6V、9V、12V、15V、24V等々です。パワーパックの電圧調整≒車輛の速度調整に使うなら、出力電圧が可変のモノが宜しいでしょう。
- 正電源(プラス電源)用のものと負電源(マイナス電源)用のものがあります。「正負両用」と言うようなものは有りません。両方の電源が必要ならばそれぞれに正電源用と負電源用を揃えて、「二個セット」のようにして使う必要があります。所謂「コンプリメンタリ・ペア」のような使い方をします。
- 正電源(プラス電源)と負電源(マイナス電源)が同時に取り出せるものも無くは無いのですが、それは三端子レギュレータと言うよりは「IC」の範疇に入る部品です。模型のパワーパックに使うためには補助的に電流を増強するためのトランジスタ等が必要になります。当然乍ら回路も複雑になるのでお勧めできませんし、なによりも正負二電源を用意しなければ走らない鉄道模型と言うモノも普通には市販されていませんからこの際無視します。
- 許容電流や許容損失により、似たような型番でも特性も形状も異なります。
固定電圧の三端子レギュレータの回路例で、これが三端子レギュレータの基本的な回路です。補助的に若干の部品を追加して接続する事が多いのですが、、、まぁこれだけでも正常に動作します。この回路に使う三端子レギュレータの型番は「7805」「7812」などと言った固定電圧のモノで、必要な出力電圧のモノを使います。出力電圧を全く変化させない事が前提ですが、型番末尾の「05」「12」などの数字が出力電圧を示していますので必要な電圧のモノを選びます。精度の問題がありますから実際の出力電圧は5.00000123Vと、12.00000456Vとかになる事が殆どですが、この程度の誤差は充分に無視しうる範囲内です。要するに、無視しうる程度の誤差しか出してこないのが安定化電源の安定化電源たる所以です。
可変電圧の三端子レギュレータの回路例で、これが三端子レギュレータをパワーパックに応用する際の基本的な回路です。これも補助的に若干の部品を追加して接続する事が多いのですが、、、まぁこれだけでも動作します。この回路に使う三端子レギュレータの型番は「LM317」「LM350」などと言った可変電圧のモノで、出力電圧を自由自在に変化させて車輛の速度制御を行おうと言うものです。この「出力電圧を自由自在に変化させて車輛の速度制御」と言うのが、三端子レギュレータ使用のパワーパックの神髄と言えます。
なお、上の回路図では二つの抵抗の内の一方が可変抵抗になっていますが、これを二つとも抵抗値が変化しない固定抵抗にする使い方もあります。そのようにすれば、出力電圧は変更できない代わりに、相当に独特な電圧に設定する事も可能だからです。例えば出力電圧が19V固定だとか27V固定などと言う三端子レギュレータは販売されていませんが、外付け(≒別付け)の抵抗の値を変えさえすれば自由な出力電圧が設定できますから、これは相当に便利です。ありがちな話ですが、ありとあらゆる出力電圧の三端子レギュレータを実験用などに揃えておいたのではきりがないので可変電圧のモノを用意しておいて、必要に応じて出力電圧を変更して使います。この方が、圧倒的に経費が掛からなくて済むからです(三端子レギュレータよりも、単純な抵抗の方が遥かに安いです)。
LM350K・LM333K
Jan 1, 2024.
下の写真の三端子レギュレータはLM350Kと言う正電源用の可変電圧レギュレータです。普通に販売されている三端子レギュレータとしては、最大級の出力を持つ製品と考えて宜しいでしょう。この形状の三端子レギュレータはLM317K、LM350Kなどと言うように型番末尾に「K」が付き、「TO-3」と呼ばれる古い外観形状です。同じ特性で負電源用(極性が反対になっている)はLM333Kと言う名前です。LM350Tの相方であればLM333T、LM350ABCD？の反対側の極性であればLM333ABCDと言うように名付けられています。
古いパワートランジスタ(電力増幅用トランジスタ)などによくある外観で、有名な処では2N3055とか、鉄道模型ファンなら誰でも知っていそうな2SB250とかのトランジスタがこのような外観です。簡単に言えば、「放熱器への取り付けし易さを最優先にしたらこのような形状になった」と言う事のようですが、実際には複数の取付穴を開けなければならないのでそれなりに面倒です。私はコレクション用として買い求めてありますが、使うのが面倒なので買っただけ、保管しているだけです。
同じ型番のLM350同士、LM317同士であれば流せる許容電流は原則として同じですが、同名機種の中に許容損失の違いで外観形状が異なるものがあります。概ねLM350KとLM350T、LM317KとLM317Tと言う組み合わせは許容損失が最も大きな種類のものです。負電源用のLM337Kなどと言う品種もあります。LM350とLM337を使ってトラッキングレギュレータを使ってコンプリメンタリ・ペアを組ませたら最高におしゃれじゃないかと数十年前に思い付いて、思い付いただけに止まっています。
「コンプリメンタリ」と言うのは出力を増やすために正極性の素子と負極性の素子をペアにして組み合わせてあると言う事であり、このペアになる組み合わせを「コンプリメンタリ・ペア」と言います。鉄道で言えば「上り線」と「下り線」がペアになっているようなもので走行方向は正反対ですが、普通は上下線で本数は同じです。半導体の場合は極性は正反対だけれども、特性が同じモノ同士を組み合わせて「コンプリメンタリ・ペア」として使います。その為に、電源用ICの代表とも言える三端子レギュレータにも「コンプリメンタリ・ペア」に相当する組み合わせが存在する訳です。このコンテンツには「正電源用」「負電源用」と書いてある素子が出て来ていますが、「正」「負」の組み合わせでコンプリメンタリ・ペアになります。
なんとなく想像は付くと思いますが、上の写真のような「TO-3」と呼ばれる外観形状の半導体の取り付けには穴を四つ開ける必要があります。ケースを固定する穴が二つと、二本の電極を引き出す穴が二つ、合計四つです。後述の「TO-220」と言う外観形状の三端子レギュレータならば穴は一つだけ開ければ済むのですから大違いです。それでは「“TO-3”で二本の電極を引き出す穴を一つに纏められないか」と言う考えがありますが、それはダメです。配線用の穴を大きくしなければならない訳で、それでは三端子レギュレータと放熱器が接触する面積が減ってしまうために放熱効率が悪くなるからです。
LM317T・LM337T
Feb 1, 2024.
こちらはもう少し許容損失の小さなもので、LM317T・LM337Tと言う型番の出力電圧可変の三端子レギュレータです。恐らくは、出力電圧を可変出来る三端子レギュレータとしては最も普及している品物と言えるでしょう。写真の品物は「TO-220」と言う外観形状をしており、正電源用・電圧可変のものがLM317T、負電源用・電圧可変のものがLM337Tです。取り付けやすさの点もあって、今ではこの形状のモノが主流です。なによりも、「穴開け一カ所・ネジ一本」だけで取り付けできるので、取り扱いが簡単です。
このコンテンツの説明の中で「負電源用」と言う物が出てきますが、これは音声信号の回路や、オペアンプの回路などでプラス・マイナスの2電源が必要な場合に使うもので正電源用に比べると流通量はやや少なめ、価格は10％から20％ほど高めです。負電源用で出力電圧が可変のものを使っても勿論パワーパックの電圧制御には不都合はないのですが、散々探し回った上に高い金額で買わなければならないのだから、これを選ぶ積極的な理由は何もありません。「プラス・マイナス2電源でなければ走らない」と言う鉄道模型も恐らくは存在しないでしょうから、マイナス電源用の三端子レギュレータを敢えて選ぶ必要はありません。
「固定電圧」のものとはその名の通り出力電圧が5V、6V、9V、12V、15V、と言ったように三端子レギュレータ自身で決まってしまっているものですから、パワーパックの電圧制御に使うわけには行きません。その一方でポイントマシンの電源などのように電圧を変化させる必要が無いならば、固定電圧の三端子レギュレータの方が面倒がありません。少なくとも、買い間違えたりしない限りは、電圧は所定の然るべき数値のままで勝手に変動するようなことは無いからです。
結局の処、使用上の便利さや価格の安さ、入手の容易さなどを勘案すると、三端子レギュレータをパワーパックの電圧制御素子として使用するのであれば、使用対象となるのは「正電源用で、出力電圧が可変のもの」と言うことになります。ポイントマシンやストラクチャーの照明電源用として使うのであれば「正電源用で、出力電圧が固定のもの」と言う事になります。どのような種類の三端子レギュレータであっても、大抵は負電源用のモノの方が価格は10％から20％ほど高めで気に入らないから？です。処分品とかで負電源用のモノが安く売られているのであれば、それはそれで、安い方を買ってしまえば宜しいでしょう。但し、正電源用のモノと、負電源用のモノでは、端子の配列が異なるので配線は相応に変える必要があります。
三端子レギュレータを使ったパワーパックを自作なさるなら、此処にご紹介したLM350TかLM317Tのどちらかになさる事をお勧めします。純粋な鉄道模型用の電源(パワーパック)を作る前提であれば、これ以外の品種を使うと、些か難があります。率直に言って面倒が増えるだけなので、LM350T・LM317T以外の品種はお使いにならない方が宜しいでしょう。
三端子レギュレータの規格
Jan 1. 2024.
「三端子レギュレータ」の主な品物の規格をお目に掛けます。型番は些か省略してありますが、LM317K、LM317Tなどのように、型番末尾に「K」「T」が付くものがこの表に該当します。
| 型番 | 極性など | 許容電流 | 出力電圧 |
|---|---|---|---|
| LM317K・LM317T | 正電源・電圧可変 | 1.5A | 1.2V～37V |
| LM337K・LM337T | 負電源・電圧可変 | 1.5A | -1.2V～-37V |
| LM317LZ | 負電源・電圧可変 | 0.1A | -1.2V～-37V |
| LM350K・LM350T | 正電源・電圧可変 | 3A | 1.2V～33V |
| LM333 | 負電源・電圧可変 | 3A | -1.2V～-37V |
| LM338 | 正電源・電圧可変 | 5A | 1.2V～32V |
出力電圧は「この範囲内に設定する事が出来る」と言う意味です。この範囲内であっても許容損失や入出力間電圧差などとの兼ね合いで最大出力を出す事が出来ない場合があります。
正電源用(プラス電源用)と負電源用(マイナス電源用)があるのは、両方を組み合わせて正負二電源方式で使うためです。例えば「プラス15V＝0V」と言う電源ではなくて、プラス15V＝0V＝マイナス15V」と言うような電源を組むために使うからです。しかし、鉄道模型の場合は正負二電源方式などではないので、正電源用(プラス電源用)だけあれば充分です。「負電源用(マイナス電源用)を使って、極性を反転させれば良くないか」と言うと、それは余り意味がありません。負電源用(マイナス電源用)の三端子レギュレータの方が概ね高額だからで、意味が無いのに高い金は支払いたくありませんから。但し、「負電源用(マイナス電源用)なら在庫が余ってしまったので、微妙に安い金額で売っている」とか言うような特価商材が部品屋さんの店頭にあるのなら、それはそちらを使ってもダメと言う事はありません。尤も、正電源用の三端子レギュレータと負電源用の三端子レギュレータの価格差は、精々一個辺りが二十円とか三十円とかが関の山ですので念のため。
三端子レギュレータが制御できる電圧
Jan 1, 2024.
三端子レギュレータが制御できる出力電圧の範囲は概ね1.2V～37Vの間くらいです。0Vとかまで電圧を絞り切ることは出来ないのでごく低電圧域でも走り出すような調子の良い(調子の良過ぎる)車輛の場合は、運転操作をちょっと工夫する必要があります。尤も、1.2Vでラビットスタートになるような車輛も無いでしょうから、実質的には無視してしまっても大丈夫でしょう。どうしても気になるようであれば、ツェナーダイオードで出力電圧を調整すると言った使い方をする必要がありますけど。
その一方で、高い方は37Vまで電圧を出す事が出来ますが、これは電圧が高過ぎるので鉄道模型の世界では余りお呼びではありません。「12V以下で使っておいて、それ以上の高電圧粋は無視すれば良いのか？」と言うと、それはダメです。なぜならば12Vから37Vの間は無駄に電圧が高い訳で、その分は損失となって発熱させて放出しなければならないからです。出力電圧が30V程度の装置を動作させると言う事でもない限りは、無駄に高い電圧を掛けると発熱が増えるだけで無意味です。
もう少し例外的な事まで書くと、低い方では33V程度までしか出せない品物があります。その一方で最高125Vまで出せる品物もあります。最高電圧が125Vになるような三端子レギュレータを使うような場面は、鉄道模型の世界には先ず存在しないと思いますけど。大体、このような規格の品物は大抵は電子部品店の店頭には無いので、電子部品商社を通じてロット単位で取り寄せると言う事になると思います。
放熱器と放熱ファン
May 1, 2026.
「三端子レギュレータを使う際の放熱の必要性」については散々書き散らして来た訳ですが、それでは「放熱器には放熱ファンが必要ではないか？」と言う考え方があります。これは考え方次第ですが、放熱ファンを取り付けては宜しくないと言う事はありません。但し、率直に言って工作が面倒になるし、放熱ファン自体の故障リスクもあります。電源スイッチを入れると「ぶ～ん」と唸って放熱ファンが回り始めると格好良いような気がしなくも無いですが、、、まぁ、気のせいでしょうなぁ(^^;)。
因みに「放熱器」と言うのは、熱伝導効率の良いアルミや銅などの金属を使って作り、放熱面積を稼ぐために折り曲げたり、ヒダを付けたり、波型にしたりします。段ボールのような形状のアルミ板があれば、それを流用しても良いでしょう。率直に言ってアルミ製の放熱器はジャンク店の常連的存在なので、適当に大きめのモノを買って来ただけでも用は足ります。用が足りなかったら、更にジャンク店で追加で放熱器を買っても数百円程度の出費で済むのですから気楽なものです。
上の写真は「アルインコ」と言うメーカーの安定化電源の後ろ側に取り付けてある放熱器(ヒートシンク)です。かなり大きいですが、これは出力電流が大きい機種に使われているから大きいのであって、パワーパックに使う場合に出力が小さいなら放熱器も小さくて済みます。些か複雑な形状をしていますが、放熱面積を稼ぐ手段の一つとして形状を複雑にしているだけです。
序でに書くと、上の写真の放熱器は装置のケース自体に取り付けてありますから、「放熱器」と「装置のケース」は熱的に接続されています。放熱するために、ケース自体も一種の放熱器的に使っていると言う事です。「ケースも放熱器的に使う」と言う発想は、電子機器を設計する際にごく普通にありがちな手法です。
蛇足
Jan 1, 2024.
「LM＊＊＊」と言う型番
Jan 1, 2024.
多くの出力電圧可変の三端子レギュレータには「LM＊＊＊」と言う型番が付いています。元々はナショナル・セミコンダクターと言う半導体メーカーが作った自社製のIC・LSIには「LM＊＊＊」と言う型番が付きます。三端子レギュレータではないIC・LSIも「LM＊＊＊」と言う型番が付きます。これに対してセカンドソース(正規模造品)には、これ以外の型番が付きます。例えば「ワールド・セミコンダクター(World Semiconductor)？」と言うメーカーの製品であれば「WS-317」と言う型番になるだろうし、ウルトラ・シリコン(Ultra Silicon)？」と言うメーカーの製品であれば「US-317」と言う型番になるでしょう。共通しているのはLM-317も、WS-317も、US-317も、数字の「317」と言う部分のみです。尤も最近は、同業他社も「LM-317」と言う型番で販売している場合が多いようです。
この辺りにどのような事情があるのかは知りませんが、共通しているのは数字の「317」の部分だけで、購入する際には「そこの“317”をください」とかってやる訳ですね。このLM-317と言うICは余りにも世界中に普及しているので、「317」とさえ呼べば世界中の電子関係のエンジニアにはそれ以上の説明が不要なくらいです。因みに、余程拘りがある人以外はメーカーの指定もしないでしょうから「317」「350」とか呼びさえすれば十分な筈です。但し、このような手法を採っている限りは、買い物に行った際にどのメーカーの「317」「350」を手にする事になるのかは定かではありません。「チャンと動作するのなら、何処のメーカーの製品でも良いですよ」と言うような部品に限って通用する注文方法です。
それでもなんらかの理由があって特定のメーカーの製品のみに限定したいような場合は、メーカー・商社の法人営業部的な部署を通じて買い付けないと入手できない可能性があります。部品屋さんの店頭に立っているような生きのいいお兄さんだと、「どの製品だって同じ型番ならば中味も同じなんだよスットコドッコイ」とか言い出しかねないですからねぇ。然し乍ら政治的・道義的？・宗教的？な問題が電子回路の部品入手に係わって来ないとも限らないので、その場合には「法人営業部を通して買い付ける」と言うようなややっこしい手段を採る必要があるかも知れません。まぁ、そこまでの事をしなくても部品屋さんのエサ箱の中から掴んで来れば、ハズレくじを引くような事はありません。「-317」などの三端子レギュレータICはその位に安定している製品であると言う事です。
低速運転のために
Jan 1, 2024.
一般的な鉄道模型用パワーパックの最高電圧は直流12Vですが、三端子レギュレータを使ったパワーパックでは低速運転になればなる程発熱が増えます。モーターを目一杯回すと発熱が激しくなるとかではなくて、パワーパックそのものの発熱は低速にすればする程多くなります。ナローゲージなどで低速運転が好ましいと思っている場合、常時低速にすると発熱が増える一方です。もしも低速でしか運転しないことが前提ならば、一思いに三端子レギュレータに掛ける電圧を下げてしまうと言う方法があります。
「ゆっくり走らせる専門」と割り切って、三端子レギュレータ自体に供給する電圧を6Vとかにしてしまえば、パワパック全体としての出力電圧差が減少するので発熱は大幅に減少します。「たまには高速で運転したい」と言う事ならば、三端子レギュレータに供給する電圧を15Vとかに出来るように切換スイッチを取り付けてしまえば解決します。「電圧を下げると発熱が増える」と言う辺りは感覚的に理解しにくいかも知れませんが、こればかりは事実なので受け入れるしかありません。
「LM-217」「LM-117」はあるのか？
Jan 1, 2024.
「LM-317があるなら“LM-217”や“LM-117”はあるのか？」と言うと、あります。但し、-217、-117は民生用では無くて軍需用などであったりするので、普通に市場では入手することは出来ません。これも電子部品商社経由で取り寄せ扱いになると思います。但し、入手できるまでには相当時間が掛かるし、場合によっては軍需物資を民需に転用する訳ですから、相当に厳しい審査？や厄介な書類作成とかが待ち構えているかも知れません。難なく入手できるのかも知れません。博物館的な趣味でもない限りは、-317を使った方が無難でしょう。
この辺りの感覚は少々判り難いかと思いますが、普通にスーパーマーケットやホームセンターで売られている包丁は民需として考えれば「調理用具」に過ぎませんが、軍需として考えれば充分に殺傷能力のある兵器です。尤もこれを言い出すと、鉛筆だって相手を殺害できなくは無いですし、消しゴムだって無理やり相手の口に詰め込めば窒息させて、、、とまぁ、寝言を言い出せば枚挙にいとまがありません。こう言った屁理屈は兎も角も、普通に鉄道模型を走らせる程度の民需であればLM-317とかのレギュレータICを使えば性能的には十分な筈です。
LM317はTL431とは違うのか？
Apr 1, 2024.
「TL431」も定電圧IC、安定化電源用ICとして有名ですし同じような使い方が出来ますし、なによりも脚の数が同じく三本です。但し、「TL431」は元来が出力電圧の精度が厳しく求められる「基準電圧源」「シャントレギュレータ」なのでパワーパックに使うような使用方法には向きません。「基準電圧源」と言うのは信号源としての出力電圧の精度さえ高ければ電流なんてどうでもよい訳で、必要ならば外付けトランジスタとかを使って出力電流値を増大させれば済む事です。この事は普通の三端子レギュレータでも同じと言えば同じですが、TL431の出力電流はLM317に比べると圧倒的に少ないです。
「必要ならば外付けトランジスタを追加して」とやると解決策としては簡単なんですが、私のように電子工作低スキルの人間にとっては「部品は一個でも増えるのはイヤ」なので可能な限り使いたくありません。やはり鉄道模型用には基本に忠実に？、LM317を使う方が宜しいと思います。そう言う問題よりも、TL431を使わなければならない程の「高精度安定化電源」と言うような代物は、鉄道模型には不要だと思います。