電源周波数トランスとスイッチング電源の動作原理
電源周波数変圧器の動作原理は比較的単純です。 1次コイルに入力された電源周波数の交流電圧は磁場に変換され、磁場が磁気伝導性材料（通常は珪素鋼板）を介して2次コイルに伝わり、電圧を誘導します。 出力周波数は入力周波数と同じで、一次コイルと二次コイルの巻数の比率に応じて電圧が低下します（二次巻数が多い場合は昇圧されます）。 変圧器の出力は交流であり、ほとんどの電気回路は直流を使用するため、変圧器の出力電圧は、負荷回路が動作するために比較的滑らかで安定した電圧になるように、整流、フィルタ、安定化およびその他の回路を行う必要があります。
スイッチング電源の中核となる変圧素子は依然として変圧器であり、電圧比は巻数比に等しいという規則にも従います。 電源周波数トランスとは異なり、スイッチング電源は動作周波数を高める、つまり低周波交流電圧を高周波交流電圧に変換する必要があるため、追加の制御回路を実現する必要があります。 回路の動作には直流が必要なため、後続の回路で制御する前に、入力 AC 電圧を整流して直流電圧にする必要があります。 スイッチング電源の動作原理を簡単に理解するために、一般的に使用される携帯電話の充電器回路を例に挙げてみましょう。
入力された AC 220V 電圧は、整流およびフィルタリングされた後、約 310V (つまり、AC 220V 電圧のピーク値) の DC 電圧になります。 次に、この DC 電圧を高周波 AC 電圧に変換する必要があります。 この電圧を高周波の交流にするには、スイッチを使ってスイッチを素早く開閉することで、直流を高速のパルス状の直流電圧に変えるのが最も簡単です。 このスイッチを実現する部品がトランジスタです。 一般的に使用される三極管や電界効果トランジスタなどのトランジスタ、これら 2 つのコンポーネントは電子スイッチとして使用できます。つまり、ピン (三極管のベースと電界効果トランジスタのゲート) の電圧によって制御されます。他の 2 つのピンはオン/オフを制御できます。
スイッチの場合、次のステップはスイッチを制御する回路を作成することです。 この回路の機能は、スイッチ管のオン/オフを制御する高速スイッチング信号を出力することです。 この回路を発振回路と呼びます。 スイッチング電源には多くの種類の発振回路がありますが、いずれの発振回路であっても、その機能はスイッチング管に制御信号を供給することです。
制御回路の制御により、入力電圧は低周波交流から高周波パルス直流電圧に変化し、降圧用トランスに入力され、トランスから出力される電圧も整流され、フィルタリングされて直流出力となり、負荷Workに供給されます。 電源周波数変圧器とは異なり、スイッチング電源には電圧検出回路の一部もあり、検出後の電圧調整のために出力電圧信号を変圧器の一次制御回路にフィードバックするため、スイッチング電源の出力電圧は電源供給が安定しています。 性能が向上し、広い入力電圧範囲が可能になりました。 したがって、スイッチング電源の動作プロセスは、実際には、AC-DC、DC-AC、さらにAC-DCといういくつかのプロセスによって実現されます。
ここで疑問に思うかもしれませんが、トランスは交流電力しか通さないのに、なぜスイッチング電源の直流電力もトランスを介して変圧できるのでしょうか？ 確かに、変圧器は交流のみを流すことができます。 具体的には、磁束の変化が必要です。 電源周波数の交流は正弦波であり、正負の半周期を持つため、磁束に変化が生じます。 スイッチング電源は、スイッチング管を使用して直流をパルス直流に変換します。 スイッチングチューブは遮断から導通に変化し、次に導通から遮断に変化し、磁束にも変化が生じます。
