LM317による定電流回路の特性測定

目的

「LM317 定電流回路」で検索される方が多いようなので、実際どんな感じなのだろうと思い実測してみた。
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LM317の定電流回路について

LM317は、出力電圧を可変することのできるポピュラーなレギュレータICで、外付けの抵抗により出力電圧を1.2V〜37V位まで任意に設定することができる。
このICのデータシートには、応用例として定電流回路が記載されている。
この回路は、LM317に抵抗を1本外付けするだけで、任意の一定電流を流せるという簡単な回路だ。

VOUT−ADJ端子間のリファレンス電圧が1.25V一定なので、これを抵抗R1で割った電流を流すことができる。(実際にはADJ端子から電流が流れてその分加算されるが、最大でも0.1mA位と小さいので、用途にもよるが数100mA流す回路なら無視できる。)
ただし、このICの特性上、出力を得るためにはVINとVOUTの間に数Vのドロップアウト電圧が生じてしまう。そのため、たとえば3VのLEDに定電流を流したい場合は、ドロップ電圧分だけ余分に電圧をかけてやらなければならない。ドロップアウト分はすべて熱となり、損失になってしまう。
今回は、このドロップアウトがどのぐらいになるのか実測してみた。

ドロップアウト電圧の測定

今回はSTマイクロ製の互換品を使用した。
ブレッドボード上で、約100mAを流すようにR1=12Ωとし、可変電源で印加電圧を変えながら、出力電流(R1の両端の電圧とリファレンス電圧から逆算)とドロップアウト電圧(上記の回路のVIN−ADJ間の電圧)を測定した。
結果は下のグラフのようになった。(冬なので室温約20℃)

このグラフを見ると、だいたい3Vで出力電流が一定になっている。
実際に使用する場合は、温度特性やばらつきやマージンを考えないといけないので、3.5〜4Vぐらいを見たほうがいいだろうか。負荷がLEDの場合は、LEDの順方向電圧(Vf)のばらつきの方が大きいので、そちらを考えた方がいいかも知れない。また、ドロップアウト電圧は負荷電流によっても変動するので、データシートを確認した方が良いだろう。
この結果から分かるように、仮にLEDの定電流回路にLM317を使用しようとした場合、レギュレータ自体の損失がLED1個分と同じになり効率が悪い。パワーLEDを駆動しようとした場合、レギュレータにパワーLEDの放熱と同等以上の放熱処理が必要になる(LEDは半分は光で放出されるため)。それが許容できるような用途、たとえば放熱も効率も度外視できるので回路をなるべく簡単に組みたいといったような理由がないと厳しいと思う。それが許容されるのであれば、このICひとつで1A程度まで流せるので便利と言えなくもない(ただし、その場合はドロップアウト電圧も上がるし、発熱もそれに応じて増える。)

改訂履歴

2013.02.24 初版
2013.03.01 測定ポイントの説明が不足していたので追記

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