LM1117 LDOレギュレーターの仕様：動作方式と使用時期

カタログ

LM1117ピン配置とパッケージタイプ

LM1117固定出力と可変出力バージョン

LM1117 は固定出力と可変出力の両方のバージョンで利用できます。固定出力のLM1117は、プリセット電圧を供給するため、一般的な回路での使用が容易です。たとえば、LM1117-3.3は、3.3Vマイクロコントローラー、センサー、ロジックモジュールに電力を供給するために使用されることがよくあります。LM1117-5.0は、安定した5V電源が必要なときに使用されます。

可変バージョンは通常LM1117-ADJとマークされており、1つの固定出力電圧を持ちません。代わりに、外部抵抗器を使用して必要な出力電圧を設定します。これは、回路が固定バージョンでは利用できないカスタム電圧を必要とする場合に便利です。

LM1117の内部動作

この画像は、LM1117線形電圧レギュレーターの機能ブロック図を示しています。これは、レギュレーターがどのように出力電圧を安定させ、デバイスを安全でない動作条件から保護するかを説明するのに役立ちます。

LM1117内部では、レギュレーターが出力電圧と内部基準電圧を比較します。負荷電流の増加により出力電圧が低下した場合、内部制御回路がパストランジスタを調整して、出力により多くの電流が流れるようにします。出力電圧が高すぎる場合、制御回路はパストランジスタへのドライブを減少させます。このフィードバック動作により、出力電圧が定格値に近く保たれます。

図には、2つの重要な保護ブロックも示されています: 電流制限と熱制限です。電流制限は、負荷が過剰な電流を引き出す場合や出力で短絡が発生した場合にレギュレーターを保護するのに役立ちます。熱制限は、チップが過熱したときに動作を停止または減少させるのに役立ちます。これらの保護により、LM1117は使用が安全になりますが、適切な回路設計に取って代わるものではありません。

固定出力バージョンでは、グラウンドピンが出力電圧の基準点を設定します。可変バージョンでは、ADJピンが外部抵抗器と連携して必要な出力電圧を設定します。これが、LM1117を単純な固定電圧レギュレーターまたはカスタム可変レギュレーターとして使用できる理由です。

LM1117の主な特長

LM1117技術仕様

LM1117可変レギュレーター回路

この回路は、LM1117-ADJを可変電圧レギュレーターとして使用する方法を示しています。出力電圧は、図に示された式に基づいて抵抗R1とR2によって設定されます。入力コンデンサは、供給電圧をスムーズにし、出力コンデンサは規制された電圧を安定させるのに役立ちます。オプションのCADJコンデンサはリップル除去を改善し、出力ノイズを低減するのに役立ちます。この設計は、回路が固定の3.3Vまたは5V出力の代わりにカスタム電圧を必要とする場合に便利です。

LM1117負荷電圧調整回路

この回路は、LM1117が配線、PCBトレース抵抗、または負荷距離によって引き起こされる電圧誤差を減少させる方法を示しています。レギュレーターは、レギュレーターのピンでの電圧だけでなく、負荷に達する電圧に基づいて出力を調整します。これにより、経路の抵抗を通る電流が流れるときに負荷電圧をより正確に保つことができます。負荷がレギュレーターから遠い、または電圧降下が性能に影響を与える可能性がある回路に便利です。

LM1117 5Vから3.3Vへのレギュレーター回路

この回路は、固定のLM1117-3.3Vレギュレーターが5V入力を安定した3.3V出力に変換する様子を示しています。入力および出力コンデンサはノイズをフィルタリングし、安定した動作を支援します。LEDと抵抗は5V入力ラインの電源インジケーターとして機能します。このタイプの回路は、3.3Vマイクロコントローラー、センサー、通信モジュール、およびデジタルロジックデバイスに電力を供給するために一般的に使用されます。

LM1117の安定性のためのコンデンサ選択

コンデンサの選択は重要です。なぜならLM1117は出力電圧を安定させるために適切な入力および出力コンデンサが必要だからです。入力コンデンサは、特にレギュレータがメイン電源入力から遠くに配置されている場合、供給源からのノイズや電圧の変動を減少させるのに役立ちます。出力コンデンサは、レギュレータの安定性、リプル制御、および負荷応答に影響を与えるため、より重要です。

不適切なコンデンサ値や不適切なESRは、出力振動、電圧リプル、起動問題、またはランダムな回路リセットを引き起こす可能性があります。典型的なLM1117回路では、コンデンサはレギュレータのピンの近くに配置し、PCBトレースは短く、良好なグランドパスを持つべきです。これにより、レイアウトでの望ましくない抵抗やインダクタンスが減少します。最良の結果を得るためには、特にセラミック、タンタル、または電解コンデンサを使用する場合は、常にコンデンサ値、コンデンサタイプ、およびESR範囲についてデータシートの推奨を遵守してください。

LM1117と他の電圧レギュレータの比較

LM1117は、AMS1117、7805レギュレータ、現代のLDO、及びバッックコンバータと比較されることが多いです。なぜなら、これらはすべて調整されたDC出力を提供できるからです。しかし、実際の回路設計では同じではありません。単純な低ノイズの調整に適しているものもあれば、より高い効率、低い熱、またはバッテリー駆動デバイスに適したものもあります。

LM1117 vs AMS1117

LM1117とAMS1117は非常に似ています。なぜなら、両者は1117スタイルの低ドロップアウト線形電圧レギュレータだからです。彼らは、マイコンボード、センサーモジュール、および小型埋め込み回路の3.3Vおよび5V電源レールに一般的に使用されます。基本的な回路接続も似ており、両方とも安定した動作のために入力および出力コンデンサが通常必要です。

主な違いは、ソースと仕様の管理です。LM1117はTexas Instrumentsなどの主要メーカーのレギュレータファミリーですが、AMS1117はさまざまなサプライヤによって一般的に製造されています。このため、AMS1117部品は出力精度、ドロップアウト電圧、熱特性、及びコンデンサ要件においてより多様性があります。単純な回路では、両者は置き換えとして機能する可能性がありますが、信頼性のある製品設計においては、選択した部品の正確なデータシートを常に確認すべきです。

LM1117 vs 7805電圧レギュレータ

LM1117と7805は両方とも線形電圧レギュレータです。これは、余分な入力電圧を減衰させることで電圧を制御し、未使用の電力は熱として消費されることを意味します。両方とも使用が簡単ですが、低電圧設計に対して同等には適していません。

7805は主に固定5Vレギュレータであり、安定した5V出力を維持するために通常より高い入力電圧が必要です。LM1117はドロップアウト電圧が低いため、入力と出力の間の差が小さくても調整できます。これにより、LM1117は5Vから3.3Vへの変換などの回路により適しています。7805は、入力電圧が十分高く、熱放散が適切に処理されている古いまたは基本的な5V電源回路で依然として有用です。

LM1117 vs 現代のLDOレギュレータ

LM1117はシンプルで手頃な価格であり、見つけやすいですが、多くの新しいLDOレギュレータは現代の電子機器に対してより優れた性能を提供します。現代のLDOは通常、ドロップアウト電圧が低く、静止電流が低く、遷移応答が改善されており、パッケージサイズが小さく、セラミックコンデンサのサポートが向上しています。

この違いは、バッテリー駆動およびコンパクトなデバイスで重要です。LM1117は、電力損失が許容されており、負荷電流が適度な単純な回路で十分に機能することができます。現代のLDOは、設計がより長いバッテリー寿命、少ない熱、小さな基板スペース、または小さなセラミックコンデンサでの安定した動作を必要とする場合に通常はより優れています。新しい製品設計の場合、LM1117がすでに電気的および熱的要件に適合しない限り、現代のLDOがしばしばより良い選択となります。

LM1117 vs バックコンバータ

LM1117とバックコンバータは、どちらも高いDC電圧を低いDC電圧に減らすことができますが、動作方式は非常に異なります。LM1117は線形レギュレータであり、シンプルで出力がきれいでノイズが少ないです。主な弱点は熱です。入力と出力の間の電圧差は電力として無駄にされます。

バックコンバータはスイッチングレギュレータです。エネルギーをスイッチングコンポーネントを使用して転送するため、より効率的で、余分な電圧を単に熱として燃焼させるのではありません。これにより、バックコンバータは大きな電圧降下、高い負荷電流、およびバッテリー駆動システムに対してより良いです。たとえば、LM1117を使用して12Vを3.3Vに変換すると、過度の熱が発生する可能性がありますが、バックコンバータははるかに少ない電力損失で同じ作業を行うことができます。

正しいLM1117バージョンを選ぶ方法

正しい出力電圧を選択してください

回路に必要な電圧を確認することから始めましょう。3.3Vのマイクロコントローラー、センサー、ワイヤレスモジュール、およびロジック回路にはLM1117-3.3を使用します。回路が規制された5Vの電源を必要とする場合はLM1117-5.0を使用します。1.8Vや2.5Vのような一般的でない電圧が必要な場合は、対応する固定バージョンを選択してください。固定出力のLM1117は、電圧設定に外部抵抗を必要としないため、使いやすくなっています。

カスタム電圧用の調整可能バージョンを使用する

回路に固定バージョンで利用できない出力電圧が必要な場合はLM1117-ADJを選択してください。調整可能なバージョンは、出力電圧を設定するために2つの外部抵抗を使用します。これにより設計の柔軟性が向上しますが、抵抗の選定とレイアウトに注意が必要です。カスタムアナログ回路、テスト用電源、または特別なロジック電圧レールに役立ちます。

入力電圧のヘッドルームを確認する

入力電圧は、出力電圧よりも少なくとも必要なドロップアウト電圧だけ高くなければなりません。例えば、3.3VのLM1117は、通常、重負荷下で安定した動作をするために約4.5V以上の入力を必要とします。入力電圧が低すぎると、出力が定格電圧を下回る可能性があります。常に最も低い入力電圧を確認し、通常の入力電圧だけでなく、注意してください。

負荷電流を推定する

LM1117は約800mAまで供給可能ですが、これはすべての回路が安全に完全な電流を使用できることを意味するわけではありません。実際の安全電流は、入力電圧、出力電圧、パッケージタイプ、PCBの銅面積、温度に依存します。センサー、ロジックIC、マイクロコントローラーなどの小さな負荷の場合、通常LM1117が実用的です。高電流モジュール、モーター、LED、または大きな電流ピークを持つワイヤレスデバイスの場合は、電力と熱を慎重に確認してください。

熱放散を確認する

LM1117バージョンを選択する際に最も重要な制限の1つは熱です。レギュレーターは電圧差を熱に変換するため、入力から出力までの電圧ドロップが大きいとデバイスが非常に熱くなります。例えば、12Vを3.3Vに変換するのは、中・高電流時には通常LM1117の良い使い方ではありません。回路が大きな電圧を落とす必要がある場合や、高い電流を供給する必要がある場合は、バッキュームコンバーターの方が通常は良い選択です。

右のパッケージを選択する

基板スペースと熱放散のニーズに基づいてパッケージを選択してください。SOT-223はコンパクトなPCB設計に一般的ですが、熱を拡散するために十分な銅面積が必要です。TO-220は冷却が容易で、ヒートシンクと一緒に使用できます。TO-252およびTO-263は、より優れた熱性能が必要な表面実装設計に適しています。パッケージは、機械的レイアウトと予想される電力放散の両方に適合する必要があります。

コンデンサの要件に従う

LM1117は安定した動作のために適切な入力および出力コンデンサを必要とします。出力コンデンサは特に重要で、間違った値やESRが発振、リップル、または起動問題を引き起こす可能性があります。データシートに基づいてコンデンサの値を選択し、レギュレーターのピンの近くに配置してください。デバイスから遠くにコンデンサを配置しないでください。長いトレースは安定性を低下させる可能性があります。

メーカーのデータシートを確認する

すべての1117レギュレーターがまったく同じ性能を持っているわけではありません。ドロップアウト電圧、許容差、パッケージのピン配置、熱抵抗、コンデンサの要件はメーカーによって異なる場合があります。設計を最終決定する前に、使用しているLM1117の正確な部品番号のデータシートを確認してください。これは、LM1117をAMS1117や他の互換性のあるレギュレーターと交換する際に特に重要です。

LM1117をアプリケーションに合わせる

LM1117は、シンプルな電源レール、プロトタイプボード、マイクロコントローラー回路、センサー電源、スイッチングレギュレーター後のローカルポストレギュレーションに適した選択です。バッテリー駆動の製品、高効率システム、大きな電圧ドロップ、または熱放散が限られたコンパクトなデバイスにはあまり適していません。LM1117を選択するのは、その電圧、電流、熱、および安定性の要件が回路の実際の動作条件に適合する場合のみです。

LM1117線形電圧レギュレーターの使用

• 3.3Vマイクロコントローラー電源 - LM1117-3.3は、安定した3.3Vレールが必要なマイクロコントローラーを給電するためによく使用されています。

• センサーモジュールの電源調整 - 埋め込み用およびIoT回路で使用される低消費電力センサーのためにクリーンな電圧を提供できます。

• 5Vから3.3Vへの変換 - ロジックデバイスのために5V電源を3.3Vに下げる必要がある場合によく使用されます。

• プロトタイプおよびブレッドボード回路 - 簡単なテスト回路に役立ち、外部部品が少なくて済みます。

• Arduinoおよび開発ボード - 多くの開発ボードは、ローカルな3.3Vまたは5V電源レールを作成するために1117スタイルのレギュレーターを使用します。

• ロジックIC電源供給 - 固定の低電圧動作が必要なデジタルロジック回路を電源供給できます。

• バックコンバータ後のポストレギュレーション - LM1117は、低ノイズが必要なときにスイッチングレギュレーターの出力をクリーンアップできます。

• 小型アナログ回路 - 基本的なアナログセクション、基準回路、および信号調整ステージに安定した電圧を供給できます。

•通信モジュール - Bluetooth、RF、またはシンプルなシリアル通信回路のような低〜中間電流モジュールに電力を供給できます。

• 軽負荷のバッテリー駆動回路 - 簡単なバッテリー回路で使用できますが、電圧降下、電流、熱が安全な範囲内である場合に限ります。

• PCB上の固定ローカル電源レール - 特定のICまたは回路セクションの近くにローカルで規制された供給を作成するのに便利です。

• 調整可能な電圧テスト回路 - テストや特別な回路要件のためにカスタム出力電圧が必要な場合にLM1117-ADJバージョンが使用できます。

機械寸法

結論

LM1117線形電圧レギュレーターは、シンプルで低コスト、中程度の電流の電源回路にとって実用的な選択肢のままです。5Vから3.3Vに変換する際、小型の組込み回路に電力を供給する際、または感度の高いICの近くにクリーンなローカル電圧レールを作成する際に特に便利です。固定出力バージョンは使用が簡単ですが、調整可能なバージョンはカスタム電圧デザインに対してより柔軟性を提供します。テキサス・インスツルメンツは、LM1117レギュレーターシリーズに関連する有名なメーカーの一つです。

よくある質問 [FAQ]

1. なぜLM1117には出力電圧より上の入力電圧が必要ですか？

LM1117は低ドロップアウト線形レギュレーターで、完璧な電圧コンバーターではないため、電圧の余裕が必要です。入力電圧が出力電圧に非常に近いと、レギュレーターはレギュレーションを維持できず、出力が定格値を下回る可能性があります。

2. 回路電流が800mA未満でも、なぜLM1117は熱くなるのですか？

800mAの定格は適切な熱条件に依存しています。入力電圧が出力電圧よりも大幅に高いと熱が増加します。例えば、12Vを3.3Vに減少させると、大量の電力が熱として無駄になるため、レギュレーターは800mAに達する前に過熱する可能性があります。

3. いつLM1117-ADJは固定出力LM1117より優れていますか？

LM1117-ADJは、回路が固定バージョンとして利用できないカスタム電圧を必要とする場合に優れています。ただし、外部抵抗が必要で、正しい計算と注意深いレイアウトが求められるため、固定バージョンは3.3Vや5Vのような一般的な電圧に対しては簡単です。

4. なぜLM1117回路で出力コンデンサーが重要ですか？

出力コンデンサーはレギュレーターを安定させ、負荷変化時のリップルを減少させるのに役立ちます。誤ったコンデンサーの値、悪いESRの選択、または不適切な配置は、振動、不安定な出力、起動問題、またはランダムなリセットを引き起こす可能性があります。

5. LM1117はセラミックコンデンサーと直接使用できますか？

これは正確なメーカーのデータシートに依存します。いくつかの1117スタイルのレギュレーターは出力コンデンサーのESRに敏感であり、非常に低ESRのセラミックコンデンサーは、部品がそれに対応していない場合に安定性の問題を引き起こす可能性があります。コンデンサーのタイプを選ぶ前に、常にデータシートを確認してください。

6. なぜLM1117は5Vから3.3Vへの変換によく使用されるのですか？

これは電圧差が中程度で回路がシンプルなため、良い使用事例です。LM1117-3.3は、負荷電流と熱が安全な範囲内にとどまるときに、マイコン、センサー、および論理デバイスのために安定した3.3Vレールを提供できます。