AC DC コンバータ:完璧な DC 電源ソリューション

AC DC コンバータは、AC から DC への変換プロセスを必要とする電子デバイスに電力を供給します。近くの DC コンセントにアクセスできない場合は、このデバイスのさまざまなアプリケーションが役立つ場合があります。それにもかかわらず、このテクノロジーを理解することは、その複雑な性質のために混乱し、圧倒される可能性があります。この詳細な記事では、これらのデバイスが何を達成し、どのように動作するかについて詳しく学びます。 WellPCB では、AC-DC コンバータの理想的なアプリケーションに関する情報を提供しています。したがって、これらのコンバーターがどのように機能し、安全に使用するかを理解できます。ここに記載されていることはすべて、あなたを正しい方向に導きます。読み続けてください!

1. AC DC コンバーターとは

AC-DC 電子電源は、電源から AC 電圧を引き出し、バッテリ駆動デバイス用の DC 出力電圧に変換します。さらに、このデバイスは低電圧値を変換するため、AC または DC 出力電圧を必要とする日常の電子機器に最適です。各コンバータには異なる設計が含まれていますが、通常、単一または複数のトランス、フィルタ、および整流器が付属しています。さらに、一部の AC-DC コンバーターはアクティブ モード効率を備えているため、エネルギー消費が少なくなります。

(DC 電源アダプター)

これを DC 電源アダプターと混同しないことが重要です。これは、DC 電源が回路基板などのデバイスに定電流を供給するためです。 ACをボルトDCに変換しません。エンジニアは通常、テスト目的で DC 電源アダプターを使用します。 DC-DC 電源も、バッテリーから電力を取り込み、別の電圧レベルに変換するため、これらとは異なります。

一般に、現在市場に出回っている AC-DC コンバータには、リニアとスイッチングの 2 種類があります。手頃な価格でシンプルなソリューションであるリニアは、余分なエネルギーを熱として失うため、高温でうまく機能しないアプリケーションに問題を引き起こします.より複雑なデバイスであるスイッチング電源は、フルオンとフルオフを切り替える機能により、エネルギー損失を低減します。これらはまた、データセンター、ネットワーキング、およびサーバー アプリケーションにより高い電力密度を提供します。

軽量で効率的で小型ですが、これらは抑制なしで電気ノイズを生成します。設計を単純化すると、力率が制限される場合もあります。このため、力率補正器はその問題の解決に役立ちます。

(スイッチング電源、フルオンからフルオフに切り替わる複雑なデバイス。)

2. AC DC コンバーターのしくみ

統合された変圧器は、接続されたデバイスへの DC 供給機能を改善するために、AC 電圧を交互に切り替え、電圧レベルを下げたり上げたりします。整流と呼ばれる変換プロセスでは、負荷端の接続で整流器を使用し、AC 電力を DC 電力に変換します。最後に、フィルターは AC 電力波のノイズをキャンセルし、DC 電源回路のエネルギーをより滑らかにします。

通常、回路はさまざまな形式をとりますが、必要な部品が含まれています。さらに、1 つ以上の変換ステージを提供します。

ヒートシンクがユニットを効率的に冷却できない場合、一部のデバイスには冷却ファンも含まれる場合があります。ただし、一部のファンはスペースを占有するため、理想的なサイズを選択する必要があります。高速で回転する冷却ファンを使用すると、放熱効果が向上します。

3. AC-DC コンバータ アプリケーション

(充電器には AC-DC コンバーターが含まれています)

基本的に、これらのデバイスは AC をボルト DC に変換して、さまざまなアプリケーションの既存の電子機器に使用します。外部アダプターや内部アダプターなど、さまざまな形式があります。内部アダプターは、Blu-ray プレーヤー、医療機器 (650W AC-DC 電源) などの電子機器で構成されます。一方、外部アダプターはラップトップなどのデバイスで構成されます。

(テレビや携帯電話には AC-DC コンバーターが搭載されています)

アプリケーションの他の例には、給湯器、扇風機、掃除機、テレビ、携帯電話、充電器などがあります。さらに、軍用および電気通信機器、産業機械 (250W AC-DC 電源)、および DC モーターを備えたキッチン家電は、AC-DC 電源を利用しています。

また、これらのデバイスには過電圧、過電流、および短絡保護機能が備わっており、ユーザーとデバイスを安全に保ちます。

DC 電源コンバータは、振幅変調無線信号検出機能も提供します。

(ラップトップ用 AC-DC コンバーター)

4. AC DC コンバーターの設計方法

(変圧器と電子部品を備えた AC-DC コンバータ回路基板。)

開始する前に、AC 電圧出力が多くの危険をもたらすことを考慮する必要があります。そのため、AC-DC コンバーターは細心の注意を払って時間をかけて構築する必要があります。露出した各ワイヤの位置を確認し、隔離された作業エリアが安全であることを確認する必要があります。次に、DC コンバーターを接続する前に、接続を再確認してください。そうしないと、ユーザーとデバイスに損害を与えます。

この DC 電源アダプターを設計するには、次の部品が必要です:

• トランスフォーマー
• ダイオード 5x
• コンデンサ 4x
• 78XX 電圧レギュレータ 1x
• ワイヤー
• ヒートシンク

(ヒートシンク放射)

必要なツール:

• ソルダーレス ブレッドボード
• はんだごてとはんだ
• プリント基板
• ワイヤー カッター

(プリント基板)

まず、AC 電源ケーブルを一次巻線側に接続する必要があります。次に、二次巻線側をブリッジ整流器にクリックします。マルチメーターは、電源ケーブルを接続するときに、2 次ピンの出力電圧を確認するのに役立ちます。

(昇圧トランスと降圧トランス)

定格が 12 ～ 24VAC であることを確認する必要があります。ただし、220VAC の主電源には 10:1 のステップダウン トランスが必要です。回路の消費電力に注意してください。取り付けられたヒートシンクは、電圧レギュレータが 1A の電力を供給するのに役立ちます。

(整流とも呼ばれる変換プロセスを示す図。)

4.1 AC-DC コンバータ コンポーネント

• 入力フィルタリング ブロック – 入力フィルタリング ブロックは、スイッチング コンポーネントの電気ノイズを抑制し、主電源に影響を与えないようにします。また、この部品はノイズが回路に侵入するのを防ぎます。

(ダイオードブリッジ整流器)

• 整流 – AC-DC コンバーターは、整流器を利用して AC を DC に変換する整流を受けます。

(力率補正)

• 力率補正 (PFC) – 力率補正により、AC-DC コンバーターの効率が向上します。電流と AC 回路の無効電力成分を低減します。一部の力率補正器は、連続伝導モードと不連続伝導モードをサポートしています。
  
• パワー ステージ – パワー ステージは、変圧器を介してメインから二次側へのエネルギーを調整します。スイッチと、高周波で遷移する出力フィルターが付属しています。
  
• 変圧器 - 変圧器には、接続を形成する電磁誘導を備えた土台に巻き付けられたワイヤが含まれています。したがって、高電圧接続はこの機能の恩恵を受けます。
  
• 出力回路 – 出力回路は、各コンポーネントのエネルギー貯蔵プラットフォームとして機能します。バランスの取れた出力電圧レベルを提供するために、各部品に供給されるエネルギーはフィードバック制御ループを通過します。
  
• レギュレーション – レギュレーションは、フィードバック制御回路を介して各スイッチに一定の出力電圧を提供し、再充電された電源を確保します。したがって、ボタンをハード オンまたはハード オフに設定すると、より効率的になります。
  

• 電圧制御モード – レギュレーション回路が出力電圧を検出し、特定の電圧と比較します。エラーが発生すると、電圧レベルが調整されます。
  
  
• 電流制御モード – 電圧制御モードの変更版である電流制御モードは、回路のインダクタ電流を検出します。検出は MOSFET のハイサイド抵抗から行われます。また、電圧制御モードと比較して、より迅速な変化検出ソリューションを提供します。
  

コンバーターの種類 – 最も一般的なコンバーターの種類であるフライバックとバック フライバックには、少数のコンポーネントが含まれています。さらに、これらの安価なトポロジーは変圧器を組み合わせています。

5. AC-DC コンバータの安全ガイドライン

コンバータを使用する前に、安全を確保するために特別な注意を払う必要があります。有益であることが証明されるいくつかの手順について説明しました。

• ヒートシンクやケースに触れると火傷の危険性が高まるため、これらの部分に触れないようにしてください。
• 入力端子や内部部品には触れないでください。感電や火傷の恐れがあります。
• AC-DC コンバーターを実行している間は、手と顔を安全な距離に保つようにしてください。そうしないと、デバイスが誤動作した場合に怪我をする可能性があります。
• コンバーターの入力にスロー ブロー ヒューズを取り付けると、動作中も安全に保つことができます。

結論:

AC-DC コンバータは、日常の電子機器にとって非常に便利です。彼らは、デバイスが正しい電力タイプを受け取ることを安心させます.さらに、コンポーネントの数が複雑に見える場合でも、マシンは変換プロセスを安全かつ効率的にします。このトピックについてかなりの知識を得たので、始める準備ができているはずです!

AC-DC コンバーターに関するご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください!