シント電圧レギュレータとシリーズ電圧レギュレータの違い

線形電圧レギュレータは主に2種類に分類されます：シャント電圧レギュレータとシリーズ電圧レギュレータです。これら2つのタイプの主要な違いは、制御要素の接続方法にあります：シャント電圧レギュレータでは、制御要素が負荷と並列に接続されています。一方、シリーズ電圧レギュレータでは、制御要素が負荷と直列に接続されています。これらの2種類の電圧レギュレータ回路は異なる原理で動作し、それぞれ独自の長所と短所を持っています。それらについてはこの記事で詳しく説明します。

電圧レギュレータとは何か

電圧レギュレータは、負荷電流や入力電圧の変動に関わらず出力電圧を一定に保つ装置です。これは、電子回路や電気回路において重要な部品であり、DC出力電圧が指定された範囲内に保たれるように、入力電圧や負荷電流の変動から影響を受けないようにします。

基本的に、規制されていないDC供給電圧が規制されたDC出力電圧に変換され、出力電圧には大きな変動が見られません。なお、制御要素は回路の核心的な部品であり、その配置は2種類のレギュレータ間で異なります。

シャント電圧レギュレータの定義

以下の図はシャント電圧レギュレータを示しています：

上記の図から明らかなように、制御要素が負荷と並列に接続されています。これが「シャント電圧レギュレータ」と呼ばれる理由です。

この構成では、規制されていない入力電圧が負荷に電流を供給し、一部の電流が制御要素（負荷と並列のブランチにある）を通過します。この分配により、負荷に安定した電圧が維持されます。負荷電圧が変動すると、サンプリング回路がフィードバック信号をコンパレータに送信します。コンパレータはこのフィードバック信号を基準入力と比較し、その差に基づいて制御要素を通る電流量を調整して負荷電圧を一定に保ちます。

シリーズ電圧レギュレータの定義

以下の図はシリーズ電圧レギュレータを示しています：

このタイプの電圧レギュレータでは、制御要素が負荷と直列に接続されています。これが「シリーズ電圧レギュレータ」と呼ばれる理由です。

シリーズ電圧レギュレータでは、制御要素が入力電圧のうち出力端に到達する部分を制御し、規制されていない入力電圧と出力電圧の間に中間の制御部品として機能します。シャントレギュレータと同様に、ここでも出力信号の一部がサンプリング回路を通じてコンパレータにフィードバックされ、コンパレータは基準入力信号とフィードバック信号を比較します。

その後、コンパレータの出力結果に基づいて制御信号が生成され、制御要素に送られ、負荷電圧が適切に調整されます。

シャント電圧レギュレータとシリーズ電圧レギュレータの主な違い

• 制御要素の接続：主な違いは制御要素の配置にあります：シャントレギュレータでは、制御要素が負荷と並列に接続されています；シリーズレギュレータでは、制御要素が負荷と直列に接続されています。

• 電流の流れ特性：シャントレギュレータでは、全体の電流の一部のみが制御要素を通過して安定したDC出力を維持します。一方、シリーズレギュレータでは、全負荷電流が制御要素を通過します。

• 制御性能：シリーズ電圧レギュレータはシャント電圧レギュレータよりも高い制御精度を提供します。

• 補償メカニズム：負荷電圧を一定に保つために、シャントレギュレータは制御要素を通る電流を調整します。一方、シリーズレギュレータは出力電圧の変動を補償するために制御要素にかかる電圧を調整します。

• 効率依存性：シャントレギュレータの効率は負荷電流に依存し、可変負荷条件には適していません。一方、シリーズレギュレータの効率は出力電圧に依存します。

• 設計の複雑さ：シャント電圧レギュレータはシリーズ電圧レギュレータよりも設計が簡単です。

• 電圧操作範囲：シャントレギュレータは固定電圧操作に限定されていますが、シリーズレギュレータは固定電圧と可変電圧の両方のアプリケーションに適しています。

• 制御要素の定格：シャント構成では、制御要素は低電流・高電圧部品です（負荷電流の一部のみが制御要素を通過するため）。シリーズ構成では、制御要素は低電圧・高電流部品です（全負荷電流が制御要素を通過するため）。

結論

要約すると、シャント電圧レギュレータとシリーズ電圧レギュレータはどちらも電圧制御という基本的な目的を果たしますが、それぞれの回路における制御要素の配置によって異なる動作メカニズムがあります。接続方法、電流処理、制御性能、および応用シナリオの違いにより、特定の使用ケースに適していることが前述の分析で詳細に説明されています。