スイッチング電源 (英語の「スイッチモード電源」から SMPS とも呼ばれる) は、ほぼすべての電気および電子機器で使用され、電気エネルギーをある電圧から別の電圧に効率的に変換するために使用されます。
今日の記事では、スイッチング電源とは何かを見てみましょう。また、それらがどのように機能するのか、また従来の電源と比較してどのような利点と欠点があるのかについても説明します。
スイッチモード電源 (SMPS) とは何ですか?
二言で言えば？スイッチング電源は、電気エネルギーをある電圧から別の電圧に効果的に変換できる電子電源です。通常、DC/AC 電源から DC 負荷 (コンピュータ、携帯電話など) に電流を転送するために使用されます。ほとんどのスイッチング電源は、より高い電圧 (110 V または 220 V AC) を 24 V、12 V、または 5 V などのはるかに低い DC 電圧に変換します。
私たちが毎日使用するほぼすべての電化製品には、このタイプの電源が搭載されています。 特にコンパクトなもの。 冗談は言わないでください。本当にどこにでも存在します。 たとえば、SMPS は携帯電話の充電器やコンピューターなどに含まれています。 見つけるのも簡単です。家電量販店だけでなく、オンラインの専門サイトでも見つけることができます。 RS.
スイッチング電源の歴史
スイッチング電源の発明は 1836 年に遡ります。実験室条件下で高電圧スパイクを生成するためにいくつかの誘導コイルが使用されたという証拠があります。 ほぼ 1959 世紀後の XNUMX 年に、ベル研究所で、カーンとアタラは、現代の電源の基礎となるパワー MOSFET を発明しました。
1958 年に IBM によって出願された特許文書には、トランジスタ発振に基づく SMPS の設計が示されています。同年頃、ゼネラル・モーターズ・コーポレーション（GM）も同様の特許を出願した。
スイッチング電源を内蔵した最初の商用製品で広く知られている製品は何ですか?ヒューレット・パッカード社のポケット電卓 HP-35 です。それ以来、スイッチング電源は LED、ROM、時計などの主要な要素に電力を供給するために使用されてきました。多くの大手ベンダーによって開発されましたが、Microchip Technology は 1976 年に「スイッチモード電源 (SMPS)」という用語の使用に関する特許を申請し、事実上、それに対して多額の抵当権を設定しました。
現在、最新世代の機械に至るまで、最も多様な分野の多くのデバイスで使用されています。 ロボット工学へ.
それらはどのように機能しますか
これらの各デバイスは、非常に高い周波数 (20 kHz ～ 10 MHz) で動作する複雑な回路で構成されています。高速スイッチングにより、スイッチング電源は従来のリニア電源よりも効率的に電気を変換できます。
SMPS 電源回路には、多数のサブ回路が含まれています。 効果的に変換できるのは彼らです ある電圧から別の電圧への電流。 それがどのように起こるかを見てみましょう。
入力段階では、AC 電源電流が整流器を通過し、フィルタリングされた同じ電圧の DC 出力が得られます。 例として、入力段では 110V AC が 110V DC に変換されます。 リップルをさらに除去するために、追加の LC フィルタ (インダクタとコンデンサ) もこのレベルにあります。
次のフェーズも最も重要です。通常、スイッチング電源には、主スイッチング デバイスとして使用される 1 つ以上のパワー MOSFET が含まれています。 PWM 信号は MOSFET を素早くオンまたはオフにし、スイッチとして機能します。これにより、DC 電圧 (前のステップの結果) が高周波方形波に変換されます。
これにより、出口フェーズに移行します
また、電源トランスの出力には、さらにフィルタリングされた発振信号があります。ステージでも、入力で見たものと同様のフィルターが見つかりますが、より低い電圧でより多くの電流を処理できます。これは、接続された負荷にエネルギーを伝達する回路の最終段階です。
最後に、スイッチング デバイス (トランジスタまたは MOSFET) です。 PWM信号を使用して変流器に電力を供給するために必要な方形波を生成するには、素早くオン/オフする必要があります。デューティ サイクルは、合計サイクル時間に対するオン時間の比率です。 SMPS 出力電圧は、トランジスタに供給される PWM 信号のデューティ サイクルを増減することで制御できます。
