ツェナーダイオードにつなげる抵抗について

Question

いつもお世話になっております。

Vz=5.1Vのツェナーを用いて、12V→5.1Vの簡単な安定化電源を作りました。
しかし、12V電源とツェナーの間に入れる抵抗値（Rzとして)を低い値で入れてしまいました。
具体的には900Ω入れるところを260Ωにしてしまいました。

目的としている負荷をつなげると問題なく動作します。
この場合、負荷に流れる電流を考慮して、
●Rzの消費電力
● ツェナーの最大損失電力
が十分であれば大丈夫でしょうか?

ご意見お願いします。

Accepted Answer

抵抗器に加わる電圧は、12 V－5.1 V＝6.9 Vということです。
抵抗器の消費電力は、（6.9V）^2 ÷ 260 Ω＝0.183 W、
抵抗器の定格電力は、消費電力の3倍以上、0.183 W×3＝ 0.55 W以上を確保したいところです。
定格電力1 Wの抵抗器の抵抗器ならば常識的な設計だと思います。
定格電力0.5 Wの抵抗器を使うのであれば、表面温度がかなり高くなるので、プリント基板から浮かせて取り付けるなどの配慮が必要と思います。

一方、ツェナーダイオードの消費電力は、負荷電流がゼロの場合が最大であって、5.1 V×26.5 mA＝135 mW
定格電力0.5 Wのツェナーダイオードであれば、OKでしょう。
ツェナーダイオードの動作温度を低下させるためには、プリント基板の銅箔面積を広く設計することなどが有効です。

Answer

ツエナーの最大損失電力と言われますがおそらく環境の条件を考えていないでしょう。カタログのPdは25℃の場合ですが電子機器は屋内環境40℃以下をクリアするために筐体に収める回路の環境条件を50℃で設計するのが一般的です。これでも、気温が40℃の日に使うと壊れるんですねと言われる甘い条件です。

file:///C:/Users/toshi/Downloads/MSZ5V6_datasheet_ja_20200623.pdf

p.3左下のグラフは設計目標ではなく、これ以上の温度では壊れるかもという数値です。半導体は10℃温度が上昇する毎に寿命が半分になるのですから、自分のこのグラフより何十℃低く使うか自分の設計基準を持って電流を選ぶ必要があります。抵抗もトランジスタも同様です。

Answer

まぁ、負荷がない状態でツェナの内部損失が足りていればダメということはないでしょう。ただし、電源側に余計な電流が流れることにありますから、電力の無駄にはなりますね。負荷がかかっていない状態でツェナの内部損失が足りずに負荷ありきであれば、これはだめですね。何らかの原因で負荷電流が減少した場合にツェナが壊れます。もし、この時オープンモード（ツェナの導通がなくなる）で壊れると、負荷に対して電圧の制限がされていない（単純に260オームの抵抗での電圧降下だけ）状態で電圧がかかることになり、負荷である回路自体の破壊にもつながりかねません。どのような負荷であるのかがわかりませんが、アンプのようなものであれば、消費電力は出力の状態によって大きく変わる場合もありますので要注意です。

お礼

2020/09/06 21:07

早々にご回答ありがとうございます。
また、丁寧な説明ありがとうございます。

質問者

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ツェナーダイオードと抵抗値　- 安定化電源の注意点とは？