直列接続スイッチング電源の動作原理

直列接続スイッチング電源の動作原理

直列接続の簡単な動作回路図スイッチング電源スイッチング電源の動作電圧、つまり DC 入力電圧を示します。K は制御スイッチ、R は負荷です。制御スイッチ K がオンの場合、スイッチング電源は負荷 R に幅 Ton、振幅 Ui のパルス電圧 Up を出力します。制御スイッチ K がオフの場合、スイッチング電源は負荷 R に幅 Toff、振幅 0 のパルス電圧を出力します。このように、制御スイッチ K は常に「オン」と「オフ」であり、負荷の両端でパルス変調出力電圧 uo を得ることができます。

直列スイッチング電源の出力電圧波形は、図に示すように、制御スイッチ K の出力電圧 uo はパルス変調された矩形波であり、パルス振幅 Up は入力電圧 Ui に等しく、パルス幅は制御スイッチ K のオン時間 Ton に等しく、直列スイッチング電源の出力電圧 uo Ua の平均値として得られます。

ここで、Ton は制御スイッチ K のターンオン時間、T は制御スイッチ K の動作サイクルです。制御スイッチ K のターンオン時間 Ton とターンオフ時間 Toff の比率を変更すると、出力電圧 uo Ua の平均値を変更することができます。これは一般にデューティ サイクル (Duty) と呼ばれ、D で表されます。

直列接続された出力電圧uoの振幅Upは、スイッチング電源は入力電圧Uiと等しく、その出力電圧uoの平均値Uaは常に入力電圧Uiより小さいため、直列接続スイッチング電源は一般に平均値Uaの電圧を可変出力電圧として出力します。したがって、直列接続モジュラー電源は降圧型スイッチング電源に属します。

直列接続スイッチング電源は、動作原理が簡単で効率が高いため、チョッパーと呼ばれることもあります。そのため、出力電力制御における応用範囲が非常に広いです。たとえば、電動バイクのスピードコントローラーや照明電源コントローラーなどは、直列スイッチング電源に属するアプリケーションです。直列スイッチング電源を電力出力制御にのみ使用する場合は、電圧出力を整流フィルタ回路に接続して、直接負荷に接続して電力出力を提供することはできません。ただし、出力電圧の調整に使用する場合は、整流とフィルタリングを行う必要があります。

シリーズの欠点スイッチング電源入力と出力が共通の接地を共有しているため、EMI干渉が発生しやすく、ベースプレートが充電され、入力電圧が商用整流器の出力電圧に達すると、感電や人身の不安を引き起こしやすくなります。