過電圧保護回路

　回路図は５０Ωの負荷抵抗に設定値以上の電圧が掛からないようにするものです。
　この回路定数で、４．２Ｖ以上の電圧が加わった時、出力電圧が０になります。
　入力電圧は無制限に高くは出来ず、素子の耐圧や許容損失の制限を受けます。
　この回路では実験により、４．２Ｖ〜３０Ｖの範囲で遮断を確認しています。
　４．２Ｖの閾値は定電圧ダイオードに依存しますが、定電圧ダイオードはバラツキが大きく、正確な遮断電圧を決定する のは困難ですので、精密さを必要としない用途に使用します。
　回路の定電圧ダイオードはＲＤ５．１Ｅですが、立ち上がりが甘く、もう少し低い電圧から電流が流れ始めます。
　その際、トランジスタのＨＦＥや、４．７ＫΩと５．６ＫΩの値によっても、閾値は若干、影響を受けます。
　この回路の負荷電流は５０ｍＡ〜８０ｍＡ程度ですが、もっと電流を流したいときは、さらにチャンネル抵抗の低いＦＥＴ を使用します。
　パラに接続してチャンネル抵抗を下げるという方法もあります。
　低電圧側ではＦＥＴのゲートＯＮ電圧の影響を受けます。
　２ＳＪ３７７はゲートに−２Ｖ掛けなければＯＮしません。

　今回の実験データを下に示します。

注意事項

　この回路ではＭＯＳ　ＦＥＴのゲート耐圧以上の電圧を印加することが出来ません。
　一般的に、ゲート耐圧は２０Ｖ〜３０Ｖのものが多いです。

実際の使用例

　上の回路は過電圧保護と逆接続保護を兼用した真空管ラジオの電源部です。
　ヒーター電圧もプレート電圧も６．３Ｖで動作する６ＧＭ８という特殊な真空管を使用したラジオを製作しました。
　１．５Ｖ電池４本を電源としますが、電池の消耗が早いので外部電源を接続出来るようにしました。
　外部電源で定格外の電圧を出力したときの保護の為に入れてあります。
　ラジオは６Ｖの時、実測で３２０ｍＡの電流を消費し、９９％以上がヒーターで消費されます。
　回路は７．５Ｖ以上で遮断されます。（２０Ｖまで）
　７．５Ｖは６．３Ｖの１．２５倍以内ですので、ヒーターを保護することが出来ます。
　回路図でＦＤＳ４９３５ＡはＰＣＨＭＯＳが２素子入った８ピンのＩＣで、ピン名称のＳはソースＧはゲートＤはドレインを 示します。
　Ｓ２、Ｇ２、Ｄ２で逆接続保護、Ｓ１、Ｇ１、Ｄ１で過電圧保護をしています。
　６Ｖ３２０ｍＡの時の電圧ロスは３０ｍＶでした。
　１Ａの基板用ヒューズの電圧降下は５０ｍＶでした。
　尚、ラジオの回路全体の紹介は「電子回路」＞「その他の製作：単球レフレックスラジオ」の頁にあります。

　過電圧保護回路�U

検出精度を上げる

　前出の回路では電圧基準に定電圧ダイオードを使いました。
　定電圧ダイオードは切れが 悪く、２Ｖ程度から、わずかに電流が流れ始めます。
　つまり、流れる電流によって電圧が変化してしまいます。
　また定電圧ダイオードもトランジスタも温度特性があります。
　遮断電圧を計算で求めるのは困難で、カットアンドトライとなってしまいます。
　今回は基準電圧を温度特性のの良い基準電圧ＩＣにし、差動回路でトランジスタのＶＢＥ温度特性を打ち消しています。
　この基準電圧ダイオードは２０ｕＡあれば動作します。
　尚、回路中の定電圧ダイオードＲＤ５．１Ｅは保護用で、過電圧が１０Ｖ以上になったとき、回路図のＱ３のエミッタ→ベース→ Ｑ２のコレクタ→エミッタ→Ｑ１のエミッタ→ベース→ＬＭ３８５という短絡経路が発生します。
　Ｑ１のベースエミッタ接合は９Ｖ程度の逆電圧でブレークダウンしてしまいます。
　この状態を避ける為に入れてあります。
　過電圧の最大値が５Ｖ程度であれば省くことが出来ます。
　通過電圧を１．３Ｖ〜２Ｖ程度と想定しましたが、この範囲ではＲＤ５．１Ｅには電流は流れず、回路に影響は与えません。

低電圧化

　低電圧で動作できる素子は種類が限られます。
　一般的に入手出来る基準電圧ＩＣは１．２Ｖが最低電圧ですので、遮断電圧はこれ以上となります。
　これ位の電圧でＯＮ出来、尚かつ内部抵抗の低いＰ−ＭＯＳを探したところ秋月で販売しているチップＦＥＴが目に留まったので 購入しました。
　チャンネル抵抗が０．１Ω以下で４Ａ流せるものです。
　その代わりにゲート耐圧が±８Ｖ、ドレイン耐圧が２０Ｖと低いものです。
　遮断電圧は８Ｖ以下、過電圧は２０Ｖ以下にしなければなりません。

評価

　今回は遮断電圧を１．５Ｖとしてみました。
　１０回転の可変抵抗で１．３５〜２Ｖ程度まで可変可能です。
　負荷電流による電圧降下でＯＮ→ＯＦＦ、ＯＦＦ→ＯＮにはヒステリシスが若干あるので設定には０．１Ｖ程度の余裕を見た ほうが良いと思います。
　負荷抵抗として５Ωの抵抗を接続したので１．５Ｖの時３００ｍＡ近い電流が流れます。
　下表は入出力特性のデータです。
　入力電流は回路の消費電流を含んでいますが、通過領域の消費電流は１ｍＡ以下です。
　過電圧で出力が遮断されると徐々に消費電流が増え、１９Ｖでは消費電流が２５ｍＡまで増加しますが負荷電流は ０のままです。
　通過領域では４０ｍＶ程度の電圧降下がありますが、負荷電流が少なければもっと小さくなります。

　負荷抵抗は５Ω

実際の使用例�U

　実は上記の実験は電池管のヒーター電圧の保護を考えています。
　完成後は電池を使えば問題無いのですが調整時はＣＶＣＣ電源でヒーター電圧を０．８Ｖ〜１．５Ｖに可変して動作を 確認します。
　怖いのは電圧の設定ミスです。
　電圧設定ＶＲを回しすぎて電圧を上げすぎヒーターにストレスを与える可能性があります。
　上記の実験を踏まえ、実際に使用した回路と動作結果を下に示します。
　尚、詳しい説明が別の頁「電子回路やソフトウエア　真空管ラジオ　→　電池管ラジオＢ電源�U」あります。

　回路図をクリックすると拡大表示されます。
　拡大図から本文に戻るにはブラウザの←戻る釦を使用してください。

　実験回路は実用的に不十分です。
１Ｖ以下では電圧降下が大きすぎて使えません。
　そこで考えたのが上の回路です。

装置外観	装置内部

　動作結果

実際の使用例�V

　私は製作製作した機器の動作を確認するとき先ず実験用のＣＶＣＣ電源に接続します。
　古い機種ですが菊水のＰＡＢ１８Ｖ−１．８Ａです。
　電流を絞れるので安全ですが電圧も自由に設定できます。
　５Ｖの基板を調整しようとして電圧を設定するのですが電流を調整しようとして電圧調整ＶＲを回してしまうことが あります。
　そこで５Ｖ以上が入力されたとき出力を遮断する装置をＣＶＣＣ電源と被調整機器の間に入れています。

　回路図をクリックすると拡大表示されます。
　拡大図から本文に戻るにはブラウザの←戻る釦を使用してください。

　回路は５Ｖ専用ですが遮断電圧は多回転トリマで微調整できます。
　電流はＣＶＣＣ電源の設定値に依存しますが上記の菊水電源の最大電流は余裕で流せます。
　この装置の通過電圧を５Ｖに設定し、負荷に４Ω１０Ｗの抵抗を接続したときの電圧ロスは約０．１Ｖでした。
　私の用途では十分ですが、さらに電圧降下を下げるにはＦＥＴの選択、パラ接続で対応出来ます。
　通常の使用ではＦＥＴの発熱は全くありませんが短時間の負荷短絡に耐えるように軽く放熱してあります。

装置外観	装置内部