シリーズスイッチング電源の動作原理

シリーズスイッチング電源の動作原理

シリーズ スイッチング電源の最も単純な動作原理図は、スイッチング電源の動作電圧、つまり DC 入力電圧です。 Kは制御スイッチ、Rは負荷です。 制御スイッチKがオンすると、スイッチング電源は幅Ton、振幅Uiのパルス電圧Upを負荷Rに出力します。 制御スイッチKがオフになると、スイッチング電源がToff幅、振幅0のパルス電圧を負荷Rに出力するのと等価になります。このように、制御スイッチKは継続的に「オン」となり、 「オフ」の場合、負荷の両端でパルス変調された出力電圧uoが得られます。

シリーズスイッチング電源の出力電圧、つまり制御スイッチKの出力電圧uoの波形は、パルス変調された方形波です。 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に等しくなります。これからシリーズスイッチング電源の出力電圧uoの平均値Uaは次のようになります。次のように取得されます。

式中、Ton は制御スイッチ K がオンになる時間、T は制御スイッチ K の動作周期です。制御スイッチ K のオン時間 Ton とオフ時間 Toff の比率を変えることにより、出力電圧uoの平均値Uaを変更できます。 一般に、人々はこれをデューティ サイクルと呼び、D で表されます。これは次のとおりです。

シリーズスイッチング電源の出力電圧uoの振幅Upは入力電圧Uiに等しく、出力電圧uoの平均値Uaは常に入力電圧Uiより小さくなります。 したがって、シリーズスイッチング電源では、平均値Uaを可変出力電圧として使用するのが一般的です。 したがって、シリーズモジュール電源は降圧スイッチング電源に属します。

チョッパーとしても知られるシリーズ スイッチング電源は、その動作原理が簡単で効率が高いため、出力電力制御に広く使用されています。 例えば、電動バイクのスピードコントローラーや照明用電源のパワーコントローラーなどはシリーズスイッチング電源の用途に属します。 シリーズスイッチング電源が電力出力制御のみに使用される場合、電圧出力は整流フィルタ回路に接続せずに負荷に電力出力を直接提供できます。 ただし、安定した出力に使用する場合は、整流とフィルタリングを行う必要があります。

シリーズ スイッチング電源の欠点は、入力と出力が同じグランドを共有するため、EMI 干渉やベース プレートの帯電が容易に発生する可能性があることです。 入力電圧が主電源の整流された出力電圧である場合、感電を引き起こしやすく、個人の安全にとって危険です。