三端子レギュレータの使い方をマスターしよう！
三端子レギュレータについて
三端子レギュレータは最も身近なＩＣですので、これまでに使ったことのある方も多いと思います。図１に三端子レギュレータのバリエーションを示します。三端子レギュレータは、各メーカーから発売されており、５Ｖの正電源１Ａ用なら通称は、「７８０５」ですが、メーカーによって正式名称は「ＬＭ７８０５」であったり、［ＮＪＭ７８０５］であったりします。どこのメーカーのものでも同じように使えます。
電圧は一般に、５Ｖ，６Ｖ，７Ｖ，８Ｖ，９Ｖ，１０Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，１８Ｖ，２４Ｖのものが用意されています。
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| 図１． 三端子レギュレータのバリエーション |
三端子レギュレータ使用上のノウハウ（１）
実際に使用する場合には、図２のように入力と出力（なるべくレギュレータの足の近く）に必ず、０．１μＦ程度の発振防止用コンデンサを入れ、定格値の４０％以上の電流を取り出すには、必ず放熱器に取り付けて使用します。
また、最低入力電圧は、「使用レギュレータ電圧＋２．５Ｖ以上」となるように選びます。入出力間電位差を極端に小さくすると、平滑回路で発生するリプル電圧の谷間でＩＣが動作できなくなり、出力電圧に大きなリプル・ノイズが発生します。ＡＣラインの電圧が−１０％〜−１５％低下したときに、レギュレータの入出力間電位差が確保されている必要があります。
低消費電力化のため、入出力間電位差をどうしても小さくする必要がある場合には、入出力間電位差が０．２Ｖ〜０．５Ｖでも動作できる、低ドロップ・アウト型のレギュレータを使うようにします。
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| 図２． 三端子レギュレータの使い方（１） |
さて、逆に出力電圧値に対して、あまりに入力電圧が高いと、その差分がロスになるため、発熱が増加しますから注意が必要です。
簡易型の安定化回路を構成する場合には、三端子レギュレータは非常に便利なのですが、取り出し得る電流値について説明します。
規格を見ると、７８シリーズのパッケージ（ＴＯ−２２０）で、７８○○は最大電流が１Ａ(max)となっていますが、放熱器をつけなければ、例え定格の半分の５００ｍＡで使ったとしても壊れることがあります。(^^;)
さて、放熱器なしの場合の許容損失ＰＤ(max)は、式（１）のようになります。
ここで、Ｔj(max)は、最大ジャンクション温度で１２５℃、Ｔａは最大周囲温度で６５℃とします。θja(max)は放熱器無しの熱抵抗で、ＴＯ−２２０パッケージでは６５℃／Ｗです。
仮に、図２のように入力電圧Ｖｉｎ＝２２Ｖを、７８１２を使用してＶｏｕｔ＝１２Ｖの出力電圧を得るものとします。Ｖｉｎ−Ｖｏｕｔ＝１０Ｖが入出力間電位差になります。
このとき、取り出せる最大電流 Ｉ は、式（２）のようになります。最大１Ａ取り出せるＩＣがなんと、０．１Ａしか流せません。そんなのウソつきだ！なんて思わないで下さい。データシートにもウソは書いていません。よく誤解している人がいますが、負荷電流はＩＣ設計上の電流であって、許容消費電力とは無関係なのです。
そうすると、ＩＣ内部のジャンクション温度の上昇を抑えて、許容消費電力をアップさせることが必要になってきます。すなわち、発生した熱を外気に逃がすため、放熱フィンが必要になってくるわけです。
三端子レギュレータに放熱器をつけよう！
放熱器の放熱能力を表す単位に放熱器の熱抵抗θsaがあり、単位は℃／Ｗです。たとえば、θｓａ＝６．７℃／Ｗ（リョーサン製Ｐ４５Ｌ３０）の放熱板に、ＴＯ−２２０パッケージの三端子レギュレータを実装すると、最大許容損失は、式（３）のようになります。
ここで、θｊｃはＩＣ内部と外周器までの熱抵抗で、およそ５℃／Ｗくらいです。θｃｓは外周器と放熱器までの熱抵抗で、シリコンゴムやマイカ（雲母）板を使って絶縁するときに生じます。
ここで、入出力間電位差を先ほどと同じく１０Ｖとすれば、最大負荷電流は式（４）となり、放熱器無しの場合と比べて、大きな電流が取り出せるようになります。
熱抵抗の小さな（放熱面積が大きい）放熱器を使用することが得策ですが、コスト的な面で金属ケース（アルミケースが良い）にレギュレータＩＣを取り付ければ、ケースが放熱器の役目を十分してくれます。
三端子レギュレータ使用上のノウハウ（２）
＋５Ｖのロジック回路電源を、図３のように本来のアナログ電源から流用したい場合がよくあります。この場合には、入出力間電位差が大きくなってしまうため、ロジック回路で使える電流値が小さくなってしまいます。
もし、負荷電流 Ｉ が分かっていれば、三端子レギュレータ（７８０５）の入力に抵抗Ｒを付けて、電圧ドロップを作ると良いでしょう。図３の例では、入力電圧Ｖｉｎ＝２２Ｖが抵抗の電圧ドロップにより、三端子レギュレータ７８０５の入力電圧は、１０Ｖになっています。三端子レギュレータの発熱は抑えられますが、その代わり抵抗にて発熱を処理する必要があります。
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| 図３．三端子レギュレータの使い方（２） |
三端子レギュレータ使用上のノウハウ（３）
入手しやすい三端子レギュレータの出力電圧は、５Ｖ，６Ｖ，８Ｖ，１２Ｖ，１５Ｖ，１８Ｖ，２４Ｖで、これ以外の電圧を選るには、図４、図５のような電圧ブーストの方法があります。知っていると、何かの役に立つでしょう。
図４では、抵抗Ｒ２に流す電流ＩＲは、ブーストした電圧Ｖｏｕｔに関係しないように、なるべく大きな電流を流します。ＩＲと三端子レギュレータ自身の消費電流ＩＱを加算した電流を抵抗Ｒ１に流し、Ｒ１（ＩＲ＋ＩＱ）なる電圧を発生させます。
７８１５を用いて１７Ｖの出力電圧を得るには、ＩＱ≒５ｍＡ，ＩＲ＝（５〜１０）ＩＱを設定し、
Ｒ２＝ＶＲＥＧ／ＩＲ＝１５Ｖ／２５mA＝６００Ω
Ｒ１＝（Ｖｏｕｔ−ＶＲＥＧ）／（ＩＱ−ＩＲ）＝６６Ω
として定数を求められます。
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| 図４．三端子レギュレータの電圧を可変する方法（１） |
図５は、三端子レギュレータのＧＮＤ端子に、ダイオードＤ１，Ｄ２を挿入する方法です。出力電圧は約１３．２Ｖとなります。
ダイオードの順方向電圧として、ＶＦ＝約０．６Ｖが電圧ブーストされます。２個であれば２×ＶＦ＝１．２Ｖが電圧ブーストされます。ただし、ダイオードのＶＦは温度係数として、約−２．２ｍＶ／℃ですので、温度により変動することをご承知下さい。
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| 図５．三端子レギュレータの電圧を可変する方法（２） |
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