電圧レギュレータの温度補償の主な理由は、電子部品の電気パラメータが温度によって変化し、電圧レギュレータの精度と安定性に影響を与えることです。温度補償技術により、コンポーネントの性能に対する温度の影響を軽減し、周囲温度の範囲内で電圧レギュレータの安定した出力電圧を確保できます。詳細は次のとおりです。
I. 電圧レギュレータの主要コンポーネントに対する温度の影響
抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタなど、電圧レギュレータの主要コンポーネントの電気パラメータは温度とともにドリフトし、出力電圧が設定値からずれる原因となります。具体的な症状は以下のとおりです。
抵抗変化
金属フィルムの抵抗の温度係数は ± 100 ppm/℃ (つまり、温度が 1 度変化するごとに抵抗が . 0.01% 変化する) でした。
たとえば、温度が 50 度上昇すると、100 Ω の抵抗器の + -500 Ωが変化し、分圧回路の出力電圧に直接影響を与える可能性があります。
ダイオードの順方向電圧降下変化
シリコン ダイオードの正の電圧降下は温度の上昇とともに減少し、通常は -2 mV/℃です。
たとえば、基準電圧回路では、ダイオードの電圧降下が 0.7V から 0.6V に低下すると、出力電圧は約 14% 低下します。
トランジスタパラメータのドリフト
トランジスタの電流利得 (ベータ) や基礎放出電圧 (Vbe) などのパラメータは温度の影響を受けます。
たとえば、Vbe が 1 度増加するごとに約 2 mV 減少し、その結果トランジスタの動作点がシフトし、増幅回路のゲインと安定性に影響を与える可能性があります。
コンデンサ値の変更
電解コンデンサの静電容量は温度とともに増加し、セラミックコンデンサの静電容量は温度とともに減少します。
この容量の変化はフィルタ回路のカットオフ周波数に影響を与え、出力電圧リップルの増加を引き起こします。
ii.温度補償の必要性
温度補償電圧レギュレータがないと、温度変化により次の問題が発生する可能性があります。
出力電圧オフセット
たとえば、自動車のオルタネータ レギュレータでは、温度上昇により基準電圧が低下すると、オルタネータの出力電圧がバッテリを充電するのに十分ではなくなり、バッテリの消耗につながる可能性があります。
調整精度の低下
精密機器（医療機器や実験用電源など）では、温度による電圧変動が許容誤差を超え、機器の性能や実験結果に影響を与える可能性があります。{0}}システム安定性のリスク
温度の変化により、レギュレータが非線形動作領域に入り、発振、不安定性、さらには負荷デバイスの損傷を引き起こす可能性があります。
寿命の短縮
-長期にわたる温度ドリフトはコンポーネントに応力が蓄積し、劣化が促進され、レギュレータの寿命が短くなります。
Ⅲ．温度補償方式
電圧レギュレータは、次の技術を使用して温度補償を実現します。
1. ハードウェア補償
(1) サーミスタ補償
分圧回路では、負の温度係数を持つ一連の熱抵抗器。温度が上昇するとその抵抗は減少し、他の抵抗の温度ドリフトを補償します。
たとえば、基準電圧回路では、NTC 抵抗が固定抵抗と直列に接続され、温度変化時に全抵抗が安定するようにします。
(2) ダイオード補償。
ダイオードの負の温度係数 (約 -2mV / ℃) は、トランジスタの Vbe の温度ドリフトを補償するために使用されます。
たとえば、バンドギャップリファレンス回路では、2 つのダイオード間の電流比を注意深く設計することで、出力電圧は温度に対してほぼ一定に保たれます。
(3) 温度補償回路を内蔵
温度センサーと補償ネットワークは、出力電圧を自動的に調整するための専用の電圧レギュレーターチップ (LM7805 や LM317 など) に統合されています。
たとえば、LM317 は内部オペアンプとトランジスタ回路を使用して、50 ppm / oC 未満の出力電圧温度係数を実現します。
2. ソフトウェア補償（デジタル規制）
(1) 温度センサーのサンプリング。
-DS 18B20 などのデジタル温度センサーを使用した、周囲温度またはコンポーネントの温度のリアルタイム監視。
(2) マイコン補正
温度データに応じて、PWM出力PWM電圧を動的に調整して、PWMデューティ比またはデジタルポテンショメータの抵抗計算方法を作成します。
たとえば、スイッチング電源では、マイクロコントローラーが温度フィードバックに基づいてフィードバック ループ パラメーターを調整し、出力電圧を安定に維持します。
IV.はじめに 一般的なアプリケーション シナリオ
カーエレクトロニクス
エンジンルームは -40℃ ～ 125℃ になることがあります。電圧レギュレータには、オルタネータの出力電圧を安定させ、バッテリの過充電や過充電を防ぐために温度補償が必要です。
産業用制御
工場環境では、温度変動が PLC やセンサーなどの電圧に影響を与えるため、温度補償を行うことでシステムの信頼性を向上させることができます。通信機器
基地局装置は、摂氏マイナス 40 ～ 55 度の温度でも安定して動作する必要があります。温度補償により、電圧変動による通信中断を防ぐことができます。
再生可能エネルギーシステム
太陽光発電インバータや風力コンバータ用の電圧レギュレータは、効率的なエネルギー変換を確保するために、屋外温度の変化に適応する必要があります。
V. 選択と設計の推奨事項
温度補償付きモデルを選択してください
温度係数 (例: ±0.01%/度) または統合された温度補償チップを備えたサーモスタットが推奨されます。
補償パフォーマンスの検証
高温/低温テスト (-40 度 ～ 85 度) は、出力電圧の安定性を検証し、アプリケーション要件を満たしていることを確認するために実施されます。
放熱設計を考慮する
コンポーネントのレイアウトを最適化し、ヒートシンクまたはファンを増やし、コンポーネントの温度上昇を低減し、温度補償の負担を最小限に抑えます。
デジタルとアナログのアプローチを組み合わせる
複雑なシステムでは、ハードウェア補償とソフトウェアキャリブレーションを組み合わせることにより、高精度の温度補償が実現されます。