スイッチング電源を選択する際に考慮すべき要素は何ですか?
エンジニアにとってスイッチング電源の選択は、電源を計画するたびに完了する必要があるプロセスです。 表面的には単一選択の質問ですが、最終的な選択の前に、エンジニアは多くの要素を考慮する必要があります。 もちろん、最初に考えたのはコストの問題でしょう。 今日の記事で説明したいのは、スイッチング電源を選択する過程で、最適な電源モジュールを選択するには、コストに加えていくつかの内部要因に注意を払う必要があるということです。
スイッチング電源モジュールの選択に関しては、多くのルールに注意し、考慮する必要があります。 たとえば、保険ワイヤーの公称値は 1A で、これは 25 度での目標値を指しますが、機器が 50 度で動作する場合、保険ワイヤーの公称値は 1A よりも低くなる可能性があり、この温度での設計マージンは次のとおりです。大きいものを選択してください。 同様に、インダクタンスの 1mH は必ずしも 1mH であるわけではなく、1kHz での値です。1MHz で使用する場合、プロセッサによって送信される 1mH インダクタンスの値は 1mH ではありません。これは、1M ではインダクタンスコイルの分布容量が初期値にあるためです。大きな役割を果たし、インダクタンスの一部を相殺します。 フィルタの挿入損失 IL=25dB は、MHz Rs/RL=50 オーム (ソース インピーダンスと負荷インピーダンス) の場合ですが、実際には、この要件を満たすインピーダンスを達成することは困難です。フィルタを適用すると 25dB の挿入損失が大幅に減少します。 ビーズ、コンデンサ、ダイオード、抵抗器などにはすべて同様のルールがあります。 コスト以外のスイッチング電源モジュールの選択ルールについてお話します。 パワーモジュールにはフライバック、フォワード、プッシュプル、ハーフブリッジ、フルブリッジなど多くのトポロジがあり、それぞれ原理が異なるため、特定の特性指標において優れています。
ここでは、いくつかの代表的なトポロジ構造の使用規則を説明します。 1つ目はフライバック電源です。 スイッチの 1 サイクルでは、充電期間中に放電はありません。 この特性により、優れた時間管理やリップル特性を実現することが困難になります。 それは大きなエネルギー貯蔵によって達成できますが、コンデンサはそれを少し解決するのに役立ちますが、結局のところ原理的な欠陥があり、知性の欠如は努力によって補うことができますが、それを補って重大な問題に遭遇すると、あるハードルを越えられない。 漏れインダクタンスが大きいなどの問題もありますが、回路が簡単、低コスト、小型、磁気リセット巻線の追加が不要、入力電圧方式が比較的広いなどの利点があります。 まさにこのおかげで電力市場全体の7割以上を占めているのです。
電源市場における他の重要なスイッチング電源のトポロジ構造について話しましょう。 順方向電源の出力電圧過渡制御特性は優れており、負荷容量は強力ですが、欠点も明らかです。 大きなエネルギー蓄積フィルタインダクタとフリーホイーリングダイオードが使用されており、体積が大きく、トランスの一次コイルの逆起電圧が高くなります。 スイッチングチューブに対する要求は高い（故障しやすく、損傷しやすい）。 プッシュプル電源電流過渡応答速度が非常に速く、電圧出力特性も優れています。 あらゆるトポロジー構成の中で最も利用率が高く、磁束漏れがなく、駆動回路がシンプルなスイッチング電源です。 ただし、2 つのスイッチング デバイスには高い耐電圧値が必要であるという欠点があります。 1次コイルが2組あり、プッシュプルスイッチング電源なので出力が小さいのが難点です。 2 つのフォワード コンバータが完全に対称または平衡していないと、数サイクル後に蓄積されたバイアス磁化によって磁気コアが満杯になり、その結果、高周波トランスの励磁電流が過剰になり、スイッチ管が損傷することもあります。 ブリッジスイッチング電源の出力電力は非常に大きく、動作電力は非常に高く、スイッチ管の耐電圧値は比較的低く、変圧器の一次コイルは1つの巻線のみを必要とします。 欠点は、電力が低いこと、半導性領域が存在すること、損失が大きいことです。
上記の問題は、トポロジ構造の固有の長所と短所によって引き起こされます。 電源モジュールはブラックボックスと考えることもできますが、これも電源を選ぶ際に注意すべき点です。 同じ機能を実現できるソリューションがあるため、一方は簡単に実現でき、もう一方は苦労して実現できます。
