電源回路

電源には3つの主要な種類があります：規制されていない （ブルートフォースとも呼ばれます ）、線形規制 、および切り替え 。 リップル調整と呼ばれる4番目のタイプの電源回路 は、「ブルートフォース」設計と「スイッチング」設計のハイブリッドであり、サブセクションに値します。

規制なし

安定化されていない電源は、変圧器で構成される最も基本的なタイプです。 、整流器 、およびローパスフィルター 。これらの電源装置は通常、DC電源に重畳された多くのリップル電圧（つまり、急速に変化する不安定性）およびその他のAC「ノイズ」を示します。入力電圧が変化すると、出力電圧も比例して変化します。規制されていない供給の利点は、安価で、シンプルで、効率的であるということです。

線形規制

線形安定化電源は、単に「ブルートフォース」（非安定化）電源と、それに続く「アクティブ」または「線形」モードで動作するトランジスタ回路であるため、線形という名前が付けられています。 レギュレーター。 （振り返ってみると明らかですよね？）一般的なリニアレギュレータは、広範囲の入力電圧に対して固定電圧を出力するように設計されており、過剰な入力電圧を下げるだけで、負荷への最大出力電圧が可能になります。この過剰な電圧降下により、熱の形で大きな電力損失が発生します。入力電圧が低くなりすぎると、トランジスタ回路のレギ​​ュレーションが失われ、電圧を安定させることができなくなります。それは過剰な電圧を落とすことができるだけであり、回路の力任せのセクションからの電圧の不足を補うことはできません。したがって、レギュレータのタイプに応じて、入力電圧を目的の出力より少なくとも1〜3ボルト高く保つ必要があります。これは、少なくともに相当する電力を意味します 1〜3ボルトに全負荷電流を掛けると、レギュレータ回路によって消費され、大量の熱が発生します。これにより、線形安定化電源はかなり非効率になります。また、すべての熱を取り除くには、大きなヒートシンクを使用する必要があります。これにより、大きく、重く、高価になります。

切り替え

スイッチング調整された電源 （「スイッチャー」）は、ブルートフォースと線形安定化設計の両方の利点を実現するための取り組みです（小さく、効率的で、安価ですが、「クリーン」で安定した出力電圧）。スイッチング電源は、入力AC電源ライン電圧をDCに整流し、オン/オフスイッチとして動作するトランジスタを介して高周波方形波ACに再変換し、軽量を使用してそのAC電圧を上下させるという原理で動作します次に、変圧器のAC出力をDCに整流し、最終出力用にフィルタリングします。電圧レギュレーションは、変圧器の一次側のDCからACへの反転の「デューティサイクル」を変更することによって実現されます。トランスコアが小さいため軽量であることに加えて、スイッチャーには、以前の2つの設計に比べてもう1つの大きな利点があります。このタイプの電源 入力電圧から完全に独立させることができるため、世界中のあらゆる電力システムで機能します。これらは「ユニバーサル」電源と呼ばれます。スイッチャーの欠点は、スイッチャーがより複雑であり、その動作のために、電力線に多くの高周波AC「ノイズ」を生成する傾向があることです。ほとんどのスイッチャーは、出力にかなりのリップル電圧も持っています。安価なタイプでは、このノイズとリップルは、安定化されていない電源の場合と同じくらい悪い場合があります。このようなローエンドスイッチャーは、安定した平均出力電圧を提供し、「ユニバーサル」入力機能を備えているため、価値がありません。高価なスイッチャーはリップルがなく、一部のリニアタイプとほぼ同じくらいノイズが低くなっています。これらのスイッチャーは、リニア電源と同じくらい高価になる傾向があります。優れたリニアの代わりに高価なスイッチャーを使用する理由は、ユニバーサル電源システムの互換性または高効率が必要な場合です。スイッチング電源がデジタルコンピュータ回路に電力を供給するためにほぼ普遍的に使用されている理由は、高効率、軽量、小型です。

リップル調整済み

リップル安定化電源は、線形安定化設計方式の代替手段です。「ブルートフォース」電源（変圧器、整流器、フィルター）は回路の「フロントエンド」を構成しますが、トランジスタは厳密にオン/オフで動作します。 （飽和/カットオフ）モードは、DC電力を大きなコンデンサに転送します 必要に応じて、出力電圧を高い設定値と低い設定値の間に維持します。スイッチャーの場合と同様に、リップルレギュレーターのトランジスターは、「アクティブ」または「リニア」モードのときにかなりの時間電流を流すことはありません。つまり、熱の形で無駄になるエネルギーはほとんどありません。ただし、この規制スキームの最大の欠点は、DC電圧が2つの電圧制御設定値の間で変化するため、出力にリップル電圧が必要になることです。また、このリップル電圧は負荷電流に応じて周波数が変化するため、DC電力の最終的なフィルタリングがより困難になります。リップルレギュレータ回路は、スイッチャー回路よりもかなり単純である傾向があり、スイッチャートランジスタが処理する必要のある高電力線電圧を処理する必要がないため、安全に作業できます。

関連ワークシート：

• 安定化電源ワークシート