リニア電源 vs スイッチング電源（SMPS）：アダプター技術の核心を理解する

アダプターは現代生活で広く使用されています。通常レンガのような黒い箱の形をしており、電子機器を使う第一歩はアダプターを接続し、壁コンセントに差し込むことです。

見た目はシンプルですが、内部構造はかなり複雑です。一緒に学んでいきましょう。

アダプターとは

名前が示す通り、アダプターは電気機器を商用電源（メイン電源）に適合させるデバイスです。

通常、冷蔵庫や洗濯機などの家電製品は、米国であれば商用電力が供給する120V・60Hzの交流電圧で直接動作できます。

しかし、私たちが使用する一部の電子デバイスは20Vなどの低電圧で動作するため、電圧を降圧して適切な電源を得るためにアダプターが必要です。

家電製品にますます多くの機能が追加されるにつれ、それらを制御する制御回路が必要になります。

制御回路は低電圧で動作することが多いため、家電製品の内部回路の一部がアダプターの役割を果たします。これは、独立したアダプターがデバイスのメイン部分を小型化するのに役立つことを示しており、これは現代の電子デバイスに極めて必要とされています。

アダプターの種類

最も一般的なアダプターは：リニア電源とスイッチング電源（SMPS）です。

詳細に入る前に、理解を深めるためいくつかの概念を紹介します。

• トランス：常に同一コアに2つの異なるコイルが巻かれ、2つの回路間で電圧調整に使用
• 整流器：周期的に方向を変える交流（AC）を、一方向のみに流れる直流（DC）に変換。真空管ダイオード、半導体ダイオードなど多くの種類あり
• フィルター：コンデンサ、インダクタ、抵抗で構成。整流されたDCの脈動波形を平滑化

リニア電源

基本的に、リニア電源内部にはトランスがあり、商用電源電圧を低い電圧に変換します。

その後整流器で脈流DCに変換し、最終的にフィルターがDCの脈動波形を平滑化し、残留リップルを駆動デバイスに影響しないレベルまで小さくします。

リニア回路は特定の狭い範囲の入力電圧向けに設計され、周波数（通常50/60Hz）に適したトランスを使用しなければなりません。一般に、比較的低い周波数のため、リニア回路のトランスは大型になります。

より安定・精密な電圧を必要とする機器にはリニア電圧レギュレーターが必要です。大型トランスと電圧レギュレーターの損失により、相対的に低い効率となります。

同時に、トランスのサイズがリニア電源の最大出力電力を制限します。

結論として、ハイファイオーディオなど、精度が求められ比較的軽負荷で動作するデバイスの電源選定では、リニア電源がより良い選択です。

スイッチング電源（SMPS）

SMPSはリニア電源よりはるかに複雑です。

SMPSでは、AC商用入力を直接整流・フィルタリングしてDC電圧を得ます。その後、電子スイッチング回路により、このDC電圧を非常に高い周波数（典型的に10kHz〜1MHz）でオン・オフ切り替え、交流電流を生成します。次にこの交流電流を高周波トランスまたはインダクタに通します。

インダクタまたはトランスを通過後、高周波交流は整流・フィルタリングされ、DC出力電圧が生成されます。

ここがポイントです：高周波ACにより、商用周波数で動作するリニア電源のものより、はるかに小型・軽量・低コストなトランスとフィルターコンデンサを使用できます。

SMPSで使用されるスイッチング素子の特性により、高効率（90%以上）を実現。トランスのサイズ制約から解放されるため、SMPSはリニア電源より大電力を供給できます。

これが、PCやスマホなど多くの電子機器の充電アダプターがすべてSMPSである理由です。

また、SMPSの高速スイッチング素子は電気ノイズを発生させる可能性があり、接続デバイスに影響を与えることがあります。

したがって、リニア電源の出力電圧は自然にSMPSより純粋であり、精密な場面ではリニア電源がより良い選択となります。

以上でこの記事を終わります。

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