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スイッチング電源

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スイッチング電源(スイッチングでんげん、英語:switched-mode power supply、略称:SMPS)あるいはスイッチング方式直流安定化電源とは、商用電源の電力変換装置などとして広く利用されており、フィードバック回路によって半導体スイッチ素子のオン・オフ時間比率(デューティ比)をコントロールする事により出力を安定化させる電源装置である。高速にスイッチングを行う事からEMIが発生しやすい。 スイッチングトランジスタなどを用い、交流電源を直流電源に変換する装置。スイッチング式直流安定化電源とも呼ぶ。小型、軽量で、電力変換効率も高いものである。交流は直流に整流され、スイッチングレギュレータと呼ぶ電力調整部分は、起動回路、平滑回路、過電流・過電圧保護回路、ノイズフィルタ回路等を付加したものである。シリーズレギュレータのように、高い入力電圧から低い電圧を得るために電圧降下分を半導体素子の能動領域や抵抗に合わせジュール熱として放出する方式とは異なり、半導体素子の飽和領域と遮断領域における動作のみで所望する電圧を得ることができるため、半導体素子の電力損失を少なくでき、電力変換効率を高くすることができる。スイッチング電源には「降圧(ステップダウン)、昇圧(ステップアップ)、昇降圧」という分類と「定電圧、定電流、定電力」という分類がある。出力電圧制御は、スイッチングレギュレータ部のデューティ比で行う。デューティ比の設定は、出力電圧の検出電圧と基準電圧を誤差増幅器によって比較しスイッチングレギュレータ部に帰還をかけることで行う。入力・出力間を絶縁する場合は、誤差増幅信号をフォトカプラでスイッチングレギュレータ部に伝達する。スイッチングレギュレータ部のオン・オフ周波数は高いほど電圧の変動(リップル)が小さくなり高速な応答が可能であり、使用するトランス、平滑リアクトル、コンデンサ等の小型化も可能となり、電源全体の小型化、軽量化を図ることができる。回路設計においては、伝導ノイズや不要輻射も考慮される。LED点灯回路など電圧による制御が困難・非効率な場合には定電流型を使用する。

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