スイッチング電源と通常の電源の違いを例で説明します。
パワーエレクトロニクス技術の進歩と革新に伴い、スイッチング電源技術も進化を続けています。 スイッチング電源は、そのコンパクトなサイズ、軽量、優れた効率により、現在、事実上すべての電子機器に使用されています。 現在の電子情報産業の急速な発展を考えると、欠かせない電源技術となっています。
最新のパワー エレクトロニクス技術は、一定の出力電圧を維持するためにスイッチング電源のオンとオフの時間比率を調整するために使用されます。 スイッチング電源の主要部品はMOSFETとPWM制御ICです。 スイッチング電源とリニア電源は関係があります。 スイッチング管は、高周波発振回路の影響を受けながら入力端子で交流を直流に直接整流し、電流のオン・オフを制御して高周波パルス電流を生成します。 インダクタは、安定した低電圧直流を供給するために使用されます。
通常、MOSFET とパルス幅変調制御 IC でスイッチング電源を構成します。 スイッチング電源は、パワーエレクトロニクス技術の進歩・革新に伴い、小型・軽量・高効率であることから普及が進んでおり、その重要性が証明されています。
スイッチング電源は、回路内のスイッチング素子の接続方法により、直列スイッチング電源、並列スイッチング電源、トランススイッチング電源の3つに大別できます。 トランス型スイッチング電源はさらにプッシュプル、ハーフブリッジ、フルブリッジなどに分類できます。 トランスの励磁方法と出力電圧の位相により、フォワード形、フライバック形、片励磁形、両励磁形の4つに分類されます。
では、スイッチング電源と通常の電源の違いは何でしょうか？
リニア電源、または調整チューブが線形状態で動作する電源は、通常、「通常の電源」という用語で意味されます。 これに対し、スイッチング電源ではスイッチング管がオンとオフの２つの状態で動作します。抵抗が最小のオンと、抵抗が大きいオフの状態です。 スイッチング電源と呼ばれる比較的新しい形式の電源には、高効率、軽量、昇圧および降圧機能、および巨大な出力電力という利点があります。 ただし、回路はスイッチング モードで動作するため、ノイズがかなり大きくなります。
例として、降圧スイッチング電源の回路は、スイッチ、フリーホイール ダイオード、エネルギー蓄積インダクタ、およびフィルタ コンデンサで構成されます。 スイッチが閉じると、電源はスイッチとインダクタを介して負荷に電気を送り、同時に電気の一部をコンデンサとインダクタに蓄えます。 インダクタンスの自己インダクタンスにより、スイッチがオンになった後、電流の立ち上がりが遅くなり、出力がすぐに電源電圧値に達することがなくなります。スイッチが切り替わった後も、回路内の電流は左から右に流れ続けます。インダクタの自己インダクタンスにより、所定の時間オフになります。 この電流は負荷を循環し、アース線から出てフリーホイーリング ダイオードのアノードに流れ、ダイオードを通って流れ、インダクタの左端にループして戻ります。 スイッチの開閉時間を調整して、出力電圧を制御できます。 出力電圧を監視してオン時間とオフ時間を管理し、出力電圧を一定に維持すれば、電圧レギュレーションの目的は達成されます。
スイッチング電源とコモン電源の両方に使用される電圧調整管は、フィードバック原理を利用して電圧を安定させます。 スイッチング電源はスイッチング管を使用して調整しますが、従来の電源は通常、三極管の線形増幅領域を使用して調整します。 対照的に、スイッチング電源は消費エネルギーが少なく、AC 電圧の適用範囲が広く、リップルの少ない DC を生成します。 スイッチングパルスの干渉が欠点です。
ハーフブリッジスイッチング電源の基本的な動作コンセプトとして、上部ブリッジと下部ブリッジのスイッチング管が一度に1つずつオンになります。 上部ブリッジのスイッチングチューブは、電流が最初に入る場所です。 電気エネルギーはその蓄電能力を利用してインダクタンスコイルに蓄積され、最終的に上位ブリッジのスイッチがオフになります。 下部ブリッジのスイッチング管が作動すると、インダクタンス コイルとコンデンサーが外部に電力を供給し続けます。2 つのスイッチ管を順番にオン/オフする必要があるため、スイッチング電源として知られています。 下部ブリッジのスイッチチューブをオフにした後、上部ブリッジを開いて電気を流します。 異なるのはリニア電源です。 上部の水道管にはスイッチがないため、常に水が排出されます。 水が多すぎると漏れてしまいます。 一部のリニア電源調整管では、これが頻繁に観察されます。 無限の電気エネルギーはすべて熱エネルギーに変換されます。この観点から見ると、リニア電源の変換効率は非常に低く、熱が高い場合には必然的に部品の寿命が短くなり、最終的な利用効果に影響を及ぼします。
ただし、スイッチング電源と通常の電源の主な違いは、その動作方法です。 リニア電源のパワー調整管は増幅領域で連続的に動作しており、常に動作しています。 調整チューブでの大幅な電力損失の結果、巨大な出力調整チューブが必要となり、大きなラジエーターが構築されます。その結果、大量の発熱と低効率 (多くの場合 40% ～ 60%) が発生します。 リニア電源の機能原理では、高電圧から低電圧に切り替えるために電圧デバイスを使用する必要があります。 通常はトランスで構成されますが、信号を整流して直流電圧を出力するKX電源などの代替手段もあります。この方式では体積が大きく、重く、効率が悪く、発熱も大きくなります。リップルが小さい、調整率が良い、外部干渉が少ないなどの利点があり、アナログ回路や他のアンプでも動作します。 スイッチング電源のパワーデバイスはスイッチング状態で動作します。 変圧器とエネルギー貯蔵用であり、電圧調整時にエネルギーがインダクタンスコイルを介して一時的に蓄えられるため、損失が少なく、効率が高く、放熱の必要が少なくなります。インダクタンスにはより高い基準が適用され、インダクタンスを構築する必要があります。低損失、高透磁率の材料を使用。 そのトランスはワードサイズのサイズです。 全体の効率は 80% から 98% の範囲です。 スイッチング電源は小型で高効率ですが、リップル、電圧、電流の調整率の点でリニア電源に比べて効率が劣ります。
