スイッチング電源・直流安定化電源・AC/DCコンバータ EMS(基板実装)

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回路の特徴のご理解は装置品質向上に役立つ

電源の必要性

近年の市場のニーズは省スペース、省エネ化が進み、様々なものに半導体集積回路(IC)が使用されています。そのICを駆動させる為には直流電圧が必要であり、電源を用いて各ICに必要な直流電圧を得ることが可能です。通常家庭用のコンセントから得られる電圧は交流 100VでそのままICに使用してしまうとICが破損してしまいます。そこで、スイッチング電源(直流安定化電源)やAC/DCコンバータを使用して交流 100Vを整流し、ICに必要な電圧まで降圧することにより直流電圧を発生することが出来ます。

電源に使用される回路

現在電源に使われている回路は主にドロッパ方式の電源とスイッチング方式の電源です。各方式には長所・短所があり、お客様の使用する環境・条件に合わせて各方式を選択し設計・開発を行います。また、安全性の面から電源にはトランス(変圧器)を介して直流電圧を得る方法があります。トランスを使用することにより入力側(1次側)と出力側(2次側)を絶縁し、お客様の装置側回路を保護する役割もあります。

整流・平滑回路

通常家庭用コンセントから得られる電圧は100VAC(交流)です。100VACつまり0Vを基準に±140Vpeakある電圧を、電源内部ではD1(ブリッジダイオード)を介して正弦波から144Vpeakの全波整流に変換します。正弦波から全波整流に変換する事を整流と言います。さらにD1にて全波整流されたものをC1(電解コンデンサ)にて平滑を行い140VDCの直流電圧を得る事が出来ます。

ドロッパ方式とスイッチング方式

ドロッパ方式とは直流電圧(DC)をそれより低い電圧に降圧させ任意の直流電圧を取り出す方式です。また、スイッチング方式とは直流電圧(DC)を一度スイッチングさせ任意の直流電圧を取り出す方式です。それぞれの方式の特徴は下記の通りです。

ドロッパ方式とスイッチング方式の特徴
項目 ドロッパ方式 スイッチング方式
効率 低い 高い
寸法 大型 小型
重量 重い 軽い
回路構成 簡単 複雑
安定度 良い 普通
リップル・ノイズ 普通
過渡応答 速い 普通
入力電圧範囲 狭い 広い
コスト 低い 普通
温度上昇に関して信頼性 悪い 良い
不要輻射
フィルターで抑える事が可能

ドロッパ方式は入力電圧を降圧することにより任意の直流電圧(DC)を得る事が可能です。つまり、入力電圧が高いとその電圧を単に降圧するのみなので、その差が全て損失となってしまいます。(入力電圧−出力電圧=電源の損失)になります。よって、入力電圧が高くなると、効率が悪くなる→大きな冷却板が必要(温度上昇が大)→重くなる といった現象になります。

反面降圧するのみなので、上記の通り回路が簡単になりスイッチングしないためノイズも少なく安定性が高くなります。但しコストに関しては入力電圧と出力電圧の差が極めて少なく小電力であれば一概には言えません。

スイッチング方式は全ての項目に対して標準的で一般的に使用される方式です。ドッロパ方式とスイッチング方式の特徴を理解し組合わせる事により理想的な電源が可能です。

スイッチング回路

スイッチング方式の回路例では、DC入力(電源ではAC入力を整流し平滑した電圧)をQ1(FET)にてスイッチングさせ、T1(変圧器)両端電圧は基準に対して±の矩形波が発生いたします。また、トランス(変圧器)によって一次側(入力側)の電圧を巻数比分2次側(出力側)に伝えます。
(1次側:2次側=2:1の場合2次側に1次側の半分の電圧が発生します)

2次側に発生した電圧を基準に対して整流し平滑する事により任意の電圧を得る事が出来ます。ドロッパ方式に比べトランス(変圧器)にて電圧を変換するため、効率が良くなります。

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