自動車用の最適3端子レギュレータ回路を教えて下さい。 自動車搭載用の最適な3端子レギュレータを作成したいです。

Question

そこで、ググってインターネット上で探していたら、
自動車搭載用として、ある方のサイト(http://amahime.main.jp/syasai/main.php?name=syasai)で紹介して下さっていました。
自分の欲しい情報だったので、有り難いと思いました。
回路をそのまま載せてくれていたので、早速、その通りに製作しようと思いました。
でも良く考えて見ると、私の場合は、エンジン始動させて使用する為、電源供給については、約14.4Vあたりまでの上昇が考えられると思いました。
だとすると、この回路通りに3端子レギュレータを製作して問題ないのかな？と言う疑問が湧きました。
なぜなら、このサイトで紹介されている電源は、回路図上、バッテリの12Vしか記載されていなくて、エンジン始動後の、バッテリー電圧の変動に関する記述がありません。
電圧が変化するので、私的にはコンデンサーの容量が気になったりしました。
そこでお聞きしたいのが、このコンデンサ容量も含め、このまま製作しても問題ないでしょうか？
と言う所です。
それとも、この回路は、電圧変動に関しても、十分考慮されていて、しっかりとした機能を果たせているのでしょうか？
私は、3端子レギュレータについては、まだ勉強中の身です。
なので、知識的に未熟で、正しいかどうかの判断に悩んでしまいます。

どなたか詳しい方、この件について、下記質問の回答をお願い致します。
①この回路で電圧が変動しても問題なく、機能として対応するかどうか？この回路図通りに製作してOKか？
②もし仮に問題だとしたら、何をどうしたら、12～14.4V変動にも対応する、最適な3端子レギュレータになるのか？
以上、①②について、ご回答をお願い致します。
お待ち申し上げておりますｍ（＿ ＿）ｍ

Answer 1

①この回路で電圧が変動しても問題なく、機能として対応するかどうか？この回路図通りに製作してOKか？

基本的にＯＫです。

負荷電流が少なければ、回路的にはこの三端子レギュレータ回路で問題ないでしょう。製作は自己責任でお願いします。

12Vから5Vへの電圧降下ですから、0.1Aも流せば0.7Wの発熱です。ですから放熱器をキチンと三端子レギュレータにつけるべきでしょう。この回路のコンデンサは、耐圧が50Vですから問題ありません。

これ以上の負荷電流を取りたければ、jsnkmnrkjoyjさんお薦めの「絶縁型DC-DCコンバーター」を使って、12V~14Vを5Vに変換したほうが良いと思います。

②もし仮に問題だとしたら、何をどうしたら、12～14.4V変動にも対応する、最適な3端子レギュレータになるのか？

電圧変動に対して、問題はありません。ですが、このままの回路では、安全対策不足です。

車載時、一番気になるのは異常な高圧のパルス性ノイズの侵入です。

・保護のため入力に逆方向にシリコンダイオードを入れ、そしてさらに三端子レギュレータの入出力間に逆方向のシリコンダイオード、そして出力にも逆方向のシリコンダイオードを入れます。

・異常な高電圧ノイズが侵入する可能性があるので、これを抑圧するためバッテリーから入力する電源ライン間に、適切な抑止電圧の大きめの電流値のＺＮＲを必ず挿入します。

・ノイズ対策を行います。

絶縁型DC-DCコンバーターを使えばある程度は軽減されます。ノイズモードによって取り切れない場合もあります。

車体と絶縁して使うのか、それとも車体と接触させて(例えば、ダッシュボード下の金具に取り付けるとか）不明ですが、まずは動作させてみます。

誤動作していると感じたら、対策を取ります。

・絶縁型DC-DCコンバーターを使う場合も、この回路を使う場合も（C1の手前）ノイズフィルターを入れると良いでしょう。

ノイズは２本の電源ライン間を伝わって混入するノーマルモードノイズと、車体と機器の静電容量等を介して混入するコモンモードノイズがあります。

・ノーマルモードノイズの対策として、コアに２～３回、電源線２本をくぐらせたフィルターをC1の入力側、あるいは絶縁型DC-DCコンバーターの手前に入れます。

・コモンモードノイズの対策として、ノーマルモードノイズの対策をしたうえで回路全体を金属箱に入れ、車体と接触させて同電位にし、内部でC4あたりから、数百PFのコンデンサで金属箱に設置します。

コモンモード対策でグランドラインを直接、金属箱内で接地しないでコンデンサを経由して接地するのは、３端子レギュレータ使用時は安全確保のため、バッテリーへのグランド接続ラインをフィルター経由の１本だけにします。絶縁型DC-DCコンバーター使用時は入出力回路間の分離のためです。

質問者からのお礼コメント

非常に具体的なアドバイスくださり、ありがとうございます。ノーマルモードと、コモンモードについては、初めて知りました。他の方も有益な情報を沢山くださいましたが、より具体的に回答下さりましたので、ベストアンサーとさせて頂きます。ありがとうございました。

Answer 2

車で１２Ｖから５Ｖを作りたいなら、ＵＳＢ電源が作れるＤＣ／ＤＣが１０００円位で売られています。
オッサンは小学校から秋葉に通って学校も会社もその道ですが。
車載の機器を自分で作るとかはしません、信頼性に問題が有ります。
3端子電源とか素人が使う物です。
オッサン２かい使っただけです。

Answer 3

車載にする場合・・・・・ 安全性を害さない、夏の高温、冬の零度以下の環境に耐える設計が必要です。 自動車用のＩＣは仕様上シビアーな要求がされます。 アマチュアさんが知識もなく車載用機器を作ってそれが原因で事故を起こす可能性もあります。 十分安全で、信頼できることを確かめて、自己の責任で行うことになると考えてください。 ３端子レギュレータは出力電流＋αの電源電流が流れ、電圧降下Ｘ電流の電力が熱になって、放熱しなければなりません。 レギュレータは出力の電圧を条件下で一定に保つので出力電圧は入力電圧が変動してもマイコンの動作電源電圧を保ちます。 セルモーターが作動する時、電圧が降下するので、その条件でもマイコンが誤動作しないように設計する必要があります。主にマイコンのリセット回路で工夫したり、電源にダイオードとケミコンでセルが動作する間電圧を保持したり工夫します。以上のようなことを考えると添付の回路図はアマチュア的で十分とは言えません。先にも言いましたがご自分で安全で、信頼できることを確認して、公道を走るときは特に万一に備え、注意してください。私は産業用電子応用のプロですので、仕様上車載用に自作のものは作れないので載せないことにしています。

Answer 4

既出のご回答に記載のない大事な注意点を書きます。

現在はキーを指して回して始動をするというタイプではなく、キーレスのリモコンが室内に入ればあとはエンジンスタートのボタンを押下する事でセルモーター始動するようになっています。

そのような始動状況なのでお忘れされているかも分かりませんが、キーを差して回してエンジン始動した時代。ACC「アクセサリー」電源がセルモーター始動期間に休止されていて、始動後にACC「アクセサリー」電源が復帰するような論理になっていたことをご記憶されていますか？

何故あのような方法に変更されたのは、丁度昭和４６年前後にカーステレオであるとかに代表される集積回路搭載の車載音響機器の搭載が普及をはじめて、その集積回路を爆発粉砕させる事故が相次いだ事がきっかけであり、その理由がセルモーター始動の時に電源ラインに混入される高電圧の雷ノイズが原因でした。

セルモーターの回転中に一旦バッテリ電圧が一瞬低下した途端に逆起電圧がセルモーターに発生してその高電圧がACCライン=バッテリラインに重畳する事が車載機器を壊す原因になっていたから、それならばセル回転中はACCを切り離せばそんな事故は起こらないという事です。

私はガソリンスタンド店長の友人から幾台ものDC-DCコンバーターの取り付け不良で壊した新品同様のものをたくさんもらいましたが、ほとんどが内部の３端子レギュレーターを爆発粉砕させたものでした。取り付けたバイトの人間に聞くとほとんどが２４ボルトトラックなどからのバッテリ直付けを施行してその後壊れたからと新品交換されたものでした、あくまでも推測ですが「セルモーターの高電圧が爆発粉砕の原因」と疑うのです。

★そのサイトの記載の方も「セル回転時に回路を切り離せ」と言う注意がないので私はそれを見て「自動車電装技術」をご存知ない方と思われました。

■24V-13.8Vと言うDCコンが現実品物として存在します。特に1970年代からあるこの品物は約１２Vという電圧かける電流分の電力をおばけのような大きな放熱器に取り付けたパワートランジスタで熱損失させて実現されていました。

■電解コンデンサの耐熱は85度が普通品ですが、車内温度は夏期に１００度近くまで上昇しますだから１０５度耐熱を採用しなくてはいけません。

■電解コンデンサは１６V耐圧でもSV(サージ電圧)に耐えるかもわかりません、だけど安全値を見て、25V耐圧を採用するのが常識的です。

■電解コンデンサ容量というのは、必要とする取り出し電流に比例する=取り出す電流がおおくなればリップルリジェクション能力が低下する、だから容量は取り出す電流の多さによって決定するのが普通の設計です。

★何故→リップルリジェクション=交流除去能力が必要なのかは、オルタネーターが三相交流発電機でありそれをレクティファイヤ(整流器)で一方通行の脈流にしてバッテリ充電に還流されているからです。凸状の脈流は交流波形の上側のみとほとんど同一でノイズ源です。

■三端子レギュレータには各種保護装置が備わっていますがまだその内装のみでは不完全です。だから外にダイオードを外つけして逆流保護であるとか三端子レギユレータの前に過電流保護や高電圧保護回路を先行させるのが『DCコンとして市販されている製品』には当たり前に装着されています。

Answer 5

まず三端子レギュレーターに入力してもよい最大の電圧を超えないか？

それから電解コンデンサーの耐圧は？
アマチュア無線用の車載器などだと、耐圧 16Vのコンデンサーが使ってあったりしますけど、それでも大丈夫ちゃ大丈夫です・・
でも耐圧 25Vが指定されているようなので、25Vのものを使えばよいでしょう。

オルタネーター由来のリップルが有ると思いますが、このような安定化電源回路を通せば大丈夫でしょう。
「出力側の電圧を一定に保つ」というのが そもそものコンセプトですから。

基板内にヒューズが付いてますけど、バッテリーから直接に電線を引いてくる場合は、バッテリーを出て すぐのところにもヒューズを付けておくのがよいでしょう。
バッテリーから当回路までの間の配線でトラブルが有ったときのために。

あと、使う機器によるんですけど、エンジン始動時に電圧低下しますが、大丈夫でしょうか？
セルモーターが回るときには、バッテリー直結だと「ふわぁ」と電圧が落ちて「ふわぁ」と回復します。コンピュター内蔵機器は この あいまいな電圧変動で誤動作する場合があります。
ACCラインだと、車種によっては「スパッ」と止まって「パッ」と入りますけど。
いずれにしても、電子機器にとては「予期せず電源が不安定になったり止まったりする」こととなります。
使う機器によっては対策が必要になるかもしれません。

・・・趣味の電子工作なら、それくらいで良いかと思います。


万全を機っすなら
他の電装品から発生するノイズに対する対策。
他の電装品から発生する逆起電力によるパルスに対する対策。
なども必要になるかもしれません。

Answer 6

１４Ｖから１２Ｖを一気に５Ｖまで下げるのは勇気がいるので、一度９Ｖほどに下げて、もう一度５Ｖにするのが良いような気がする。

Answer 7

車載の場合、デバイスの選定が重要です。
ロードダンプへの対応なども考えると、入力が60Vまで耐えるとか、ロードダンプ保証とか、車載用の専用デバイスを使用するとか、が基本です。

それと、瞬時電圧低下にも注意が必要です。これは、コンデンサの容量などに影響します。

なお、参照された情報は「電子工作」用途ですから、電子工作であれば、このまま製作して構いません。

Answer 8

自動車の場合、絶縁型DC-DCコンバーターの使用を強くオススメします。

もし自作した回路が原因で事故・火災が起きたら大変ですから。
後、エンジンなどのノイズによる誤動作も防げます。

Answer 9

２０ＶまでＯＫだから、だいじょうぶです。
正確な型名がわかりませんが・・・

http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07903/