スイッチング電源におけるスイッチングトランジスタの動作原理
厳密に言えば、トランジスタを導通から遮断に切り替えるプロセスは非常に複雑ですが、その動作原理を分析するときは、通常、最初にいくつかの重要でない問題を単純化します。たとえば、電源スイッチ管がオンまたはオフになる場合、それはオンまたはオフの 2 つの状態のみで動作する理想的なスイッチであると考えられます。しかし実際には、スイッチング トランジスタの導通とオフはどちらも非常に複雑なプロセスです。導通またはオフに加えて、高周波では無視できないもう1つの問題があります。それは、スイッチングトランジスタが導通するときに遮断領域から増幅領域に、そして増幅領域から飽和領域に至るまでの動作プロセスです。この作業プロセスでは、微分方程式を使用して解く必要がありますが、ここではあまり複雑なことは説明しません。
簡単に言えば、電源スイッチ管のオンとオフに時間がかかるということです。一般に、スイッチ管の導通時間tonは単純に導通遅れ時間tdと導通立ち上がり時間trに分けられ、スイッチ管のシャットダウン時間toffはシャットダウン遅延時間tstg（またはシャットダウン蓄積時間）とシャットダウン立ち下がり時間tfに分けられます。
動作サイクル中に電源をオフにすると、出力電圧でフィルタリングエネルギー蓄積コンデンサを充電する必要があります。充電電流が大きいため、負荷が重くなります（または負荷短絡と同等）。このため、一般的なスイッチング電源ではソフトスタート対策が必要となります。最初はデューティ サイクルが非常に小さく、その後徐々に正常になる傾向があります。つまり、出力電力は最初は非常に小さく、その後徐々に増加します。最初は動作電圧が比較的低く、その後徐々に通常の値まで上昇します。
厳密に言えば、スイッチモード電源は常に不安定な状態で動作し、安定性は相対的なものにすぎません。たとえば、スイッチング電源の電圧安定化プロセスは次のとおりです。出力電圧が上昇すると、サンプリングと比較の後、サンプリング回路はパルス幅変調回路にエラー信号を出力し、デューティ サイクルが減少して出力電圧が低下します。出力電圧が低下した後、サンプリングと比較の後、サンプリング回路はパルス幅変調回路にエラー信号を出力してデューティサイクルを増加させ、それによって出力電圧を増加させます。このサイクルが繰り返され、スイッチング電源の出力電圧は常に平均電圧を中心に一定の周波数で振動します。いわゆる電圧安定化とは、平均出力電圧が比較的安定していることを指します。
