レギュレータを作ろう！

きっかけ
LA�Uの電装はしょぼい。下図
LA�Uの発電機（オルタ）もしょぼい。
ヘッドライトを電球に替えると、
エンジンを吹かすと過電圧で切れる。
アイドリングでは暗すぎる。
という悲しい事態。

FK３１０のヘッドライトは自転車モードの時にもダイナモで付くよう、ヘッドライトの規格が自転車と同じ。
リアのでっかいテールランプ（１２V５W）で過電圧を防止し、
ダイオードで逆流防止と電力を半分にする方法を用いヘッドライトは点いていた。
これではムダが多すぎる。
おまけにアクセルを吹かすとテールランプが煌々と光るのでは逆ブレーキランプである。
これは電装を一新し、LEDブレーキランプとLEDウインカーをつけるためにもオルタの電力安定化は必至である。
（一般的にバイクにはこの機能が付いているが、LA�Uにはそんなものはない！）

どんなものにするか
電装一新

目標とするのは以下の系統図である。

検討する

とりあえず、欲しい特性は
常に電圧６±１Vを出力すること。
３Wのヘッドライトを安定して灯すこと。
アイドリングの弱い電力（５V前後の低い電圧）を無駄にしないこと。

しかし計ってみると

となった。
アイドリング時でも短絡電流は１．５A流れる。
オルタ内部のインピーダンスはテブナン的に考えると４．６Ωとなる。
では負荷が４．６オームの時に最大電力が取れたかというと、
抵抗値を変えて計っても直線にはならず、定量的に推測できない挙動を示した。
またオルタ出力の交流はかなりのリプルを含んでいるらしく、整流するとアイドリング時にも25Vの電圧がかかる。

詳しいことは知らないが、
アイドリングでも３W近く取れる。
回転数が高くなるほど内部インピーダンスも上がる。
ということが分かった。
そもそもテールランプ(12V5W)がつながっている状態ではMAXでも10〜12V
なので電圧を６V出力したいならば負荷抵抗を増やせばよい。
このときの消費される電力は数ワット程度になる。



電圧源と電流源

出力電圧を一定にしたい場合、並列型レギュレーションと直列型レギュレーションの２方法がある。
それは電源が電圧源なのか電流源なのかによって使い分けられる。
電圧源とは常に電圧が一定の内部抵抗のない理想電源である。
そして電流源は常に電流が一定の内部抵抗が無限の理想電源である。
一般的な電源はこの２つの中間に位置する。

利用する負荷のインピーダンスに対して電源が電圧源（内部インピーダンスが低い）場合は
直列型レギュレータを用いる。
これは直列に制御された抵抗（トランジスタ）を入れて電圧降下を生じさせ負荷に一定電圧を供給する。

逆に利用する負荷のインピーダンスが電流源（内部インピーダンスが高い）場合は
並列型レギュレータを用いる。
これは並列に制御された抵抗（トランジスタ）を挿入することで電流を負荷に流れすぎないようにする。

これらどちらを利用しても結果は負荷に掛かる電圧は一定になる。

FK-310のオルタネータは高回転時も本当に非力なので
２Aも流さないうちに６Vに落ち着く。よって並列型レギュレータを用いる。
また、並列型はトランジスタなどの回路素子によっての電圧降下や、
出力電圧を入力電圧が下回ったときにロスが全く発生しないのが利点であり、
ギリギリの電力まで変化する場合に有効である。
下図参照


上の図に置いて、並列損失型は余剰電流Ioverが、また直列損失型は余剰電圧Voverがそれぞれ熱となり損失する。

今回レギュレータのの損失は
仮に２Aもオルタが流せたとしても
（２-利用分）[A]×６[V]
となり、最大で１2Wとなる。
許容損失が５０W以上（無限大放熱機で１００W）のパワートランジスタ
２N3055が引き出しの奥に居たのでそいつを働かせることとした。

回路

なんて簡単な回路。単純が一番。

放熱には気をつけるのと、ツェナダイオードや電解コンを放熱器やエンジンの熱で焙らないように気をつけたい。
ラグ版に適当に配置し、振動に対応するためホットボンドかエポキシで止めるべきところをとめておく。

可変電源に接続し、６Vを超えたあたりから急に電流が流れるようにADJボリウムを調節する。

大体こんな感じになる。
ヘッドライトをいたわりたければもう少し低い電圧値にしてもいいと思う。


取り付け

風通しのよい安定したところに取り付ければいい。
お勧めはここ。






放熱器の裏にゴムをつけ、


裏でアルミ板を使いしっかり挟み込む。

出力は直流になりますが、絶対にどちらも車体アースをしてはいけません。
回路図を見ればわかりますね。



結果


安定化されてます。ヘッドライトに６V３Wの電球をつけてみると、
アイドリング時でもほぼ１００パーセントに近いぐらい十分明るく光っています。
もちろん飛ばしても明るさは一定。電球まで飛ぶことはありません（笑）
のちにウインカーも付けましたが十分な明るさです。
気になるロスですが、最高速を５分ほど出してみましたが、全く熱くなっていませんでした。
しっかり放熱されたのか、予想以上にオルタがしょぼかったのかもしれません。

とにかく完璧。

素晴らしい。

最初の回路をみればわかるとおり、
今まではテールランプに消えた分とダイオードで半波された分暗かったのです。