トランスによる電気的絶縁：SPICE解析と実用応用

電気的絶縁のSPICE解析

トランスはACおよびDC回路での電圧・電流変換を可能にするだけでなく、電気的絶縁という重要な機能も提供します。この機能により、2つの回路を直接配線で接続することなく磁気的に結合でき、感度の高いコンポーネントを保護し、安全性を向上させます。

この効果を説明するため、二次側に高いDC電圧を印加し、両回路を接地した状態でSPICEシミュレーションを実行します：

トランスがV1の10 VacをV2の250 VDCから絶縁

v1 1 0 ac 10 sin
rbogus1 1 2 1e-12
v2 5 0 dc 250
l1 2 0 10000
l2 3 5 100
k l1 l2 0.999
vi1 3 4 ac 0
rload 4 5 1k
.ac lin 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
.end

DC voltages referenced to ground (node 0):
(1) 0.0000 (2) 0.0000 (3) 250.0000 (4) 250.0000 (5) 250.0000
AC voltages:
freq v(2) i(v1)
6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 Primary winding
freq v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 Secondary winding

SPICEは、250 VDCがグラウンド基準で二次回路に存在する一方で、一次回路ではノード1と2でゼロDC電圧を示すことを確認しています。AC変換は変わらず、トランスがコモンモード電圧を一次側から効果的にブロックすることを示しています。

二次側に印加される電圧は、共通点（グラウンド）を参照し、複数のノードに現れるため、コモンモード電圧と呼ばれます。トランスの絶縁により、この電圧が一次回路に影響を与えるのを防ぎます。

この絶縁特性は、コモンモード電圧がDCであってもACであっても、さらには異なる周波数であっても成立します。

両側で同一の電圧と電流レベルが必要な用途では、1:1絶縁トランスが使用されます。これらのデバイスは電圧と電流比を変えずに電気的絶縁を提供します。典型的なベンチトップ絶縁トランスを以下に示します。

トランスによる電気的絶縁：SPICE解析と実用応用

絶縁トランスが商用電源から電力を絶縁

まとめ：

トランスは直接導体なしで回路間の電力伝達を可能にし、電気的絶縁を提供する
絶縁トランスは、電圧や電流比を変えることなく、この絶縁を提供するために特別に設計されている

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