ACまたはDCから1つ以上のDCレベルに電力を変換できる 電源 をお探しですか?その場合は、スイッチモード電源が必要になります。仕組みは以下のとおりです。
一般に「スイッチャー」と呼ばれるこれらのデバイスは、1秒間に何度も電源のオン/オフを切り替えます。このスイッチングにより、多くの場合メガヘルツ範囲に達する有効な入力周波数が生成されます。
「スイッチングモード」とはどういう意味ですか?
スイッチング電源の「スイッチ」は、実際には半導体（オンまたはオフのMOSFET）であり、飽和範囲まで駆動されてほぼゼロの抵抗で電力を伝送します。これを毎秒何千回も繰り返して、高周波のAC中間体を生成します。半導体は飽和状態まで駆動されているため、抵抗が実質的にゼロとなり、効率が高く、発熱もほとんど発生しません。一方、リニア電源は、整流器が線形範囲で動作するため、このように呼ばれています。つまり、電力を伝導する際には抵抗を介して伝導するため、その過程で発生する電力と熱がすべて無駄になります。
半導体がオンとオフを切り替える周波数が何であれ、各「オン」パルスの開始間の時間はスイッチング周期として定義されます。スイッチング周期の一部としてのオン時間は、デューティ サイクルと呼ばれます。デューティサイクルを変化させることで出力電圧を制御します。オンザフライでデューティ サイクルを変更すると、電圧が目標値に維持されます。
SMPSの利点は何ですか?
高効率 – 発生する熱ははるかに少なくなります。低電力ユニットではヒートシールドが必要ない場合が多く、PCBに直接取り付けることができます。
コンパクトなフォームファクター – スイッチャーはより高い周波数で動作するため、関連するフィルタリング コンデンサーとインダクターの値とサイズが小さくなり、ユニット全体が占めるスペースが少なくなります。
多用途なデザイン – スイッチャーは、アプリケーションの要件に応じて、電圧を昇圧 (ブースト) または降圧 (バック) するように設計できます。
スイッチング電源の設計方法
用語
スイッチャーは、多くの場合、ブリック、ハーフ ブリック、クォーター ブリックという用語で説明されます。フルブリックの寸法は4.6 x 2.4 x 0.5インチ、ハーフブリックの寸法は2.3 x 2.4 x 0.35インチ、クォーターブリックの寸法は2.3 x 1.45 x 0.35インチです。これらの定義は広く受け入れられていますが、一律に遵守されているわけではありません。仕様にはピン配列も含まれているため、標準に準拠したスイッチャーを使用する場合、設計者が必要とする場合や選択した場合に、製品を置き換えるのは非常に簡単です。新しいモデルのクォーターブリック電源は、250ワット以上の電力を供給できます。これは、これまで電源に必要だったスペースの量を大幅に改善したもので、設計中の製品にさらに多くの機能を組み込むためのスペースが解放されます。
工事
スイッチャーの物理的性質を説明する方程式は、一見すると単純です。ほとんどの電気技師が通常扱うマイクロアンペアとは対照的に、アンペアを扱うという現実的な現実は、遅延、追加費用、さらには製品の完全な故障につながる可能性があります。 スイッチャーの設計は常に電力専門家に任せるのが最善であり、これは構築するよりも購入する方がほぼ常に良いシナリオの1つです。
エンジニアには、スイッチング電源の設計に主に2つの選択肢があります。1つ目は、電力が供給されるシステムに必要なすべての電圧を生成する単一の電源です。2つ目は、1つのユニットが外部ACとインターフェイスしますが、DC出力は1つだけであり、通常は12、24、または48ボルトのいずれかです。この場合、主電源によって生成される電圧が、必要となる最高電圧となります。システム内のどこかでより低い電圧が必要な場合は、降圧コンバータを使用して必要なDCからDCへの降圧変換を行うことができます。
降圧コンバーターは非常に効率的で、損失はわずか5パーセント以下です。スイッチング レギュレータと呼ばれることもあります。すべてのスイッチャーと同様に、降圧コンバーターの心臓部は、1秒あたり数千回以上、電源電圧のオン/オフを調整する半導体スイッチです。
スイッチ モード電源は、設計上の利点により、最も技術的で厳格なアプリケーションを除いて、急速に標準になりました。効率、小型化、軽量化の面で設計は継続的に改善されています。電源に関するその他のヒントをお探しですか?スイッチングDC-DCコンバーターの 主なタイプの詳細をご覧ください。また、 無停電電源装置を使用するタイミング と 適切なAC-DCソリューションを選択する方法についても説明します。