スイッチング電源とは、スイッチング素子を用いた電力の交換や調整を行っている電源装置を指します。
電力の交換と調整を行うことにより、出力を安定化させることが出来る特徴を持っています。
スイッチング電源の用途
スイッチング電源の用途としては、安定した電源供給であり安定化電源の一種です。
この安定化電源とは名の通り一定の電流や電圧を供給するために使用される電源装置であり、ボリュームを回転させると可変式で値を調整することが可能です。
ただ出力が大きくなるほど装置が大きくなってしまうというデメリットの面も持ちます。
通常の安定化電源とは異なって、複数の電圧を予め用意し必要となる電圧と電流を選んで使用することが出来ます。
そのことから電圧を変化させることは出来ませんが、可変式の安定化電源と比較すると軽量で高効率、コンパクトな小型で安価といった複数のメリットを持っています。
この電源は接続する電子装置が直流もしくは交流かによって使用する種類が異なり、前者であれば直流安定化電源であり後者ならば交流安定化電源に分けられます。
スイッチングトランス設計も参考
直流安定化電源とは
まず直流安定化電源とは直流を必要とする装置への電気を供給するための電源であり、電子装置の大部分は一定の直流電圧が供給されるという前提で作られています。
このことから多くのスイッチング電源は直流安定化電源である特徴があります。
さらに入力電圧によって直流入力ならDC-DCコンバーター、交流入力ならばAC-DCコンバーターと2つに分類されます。
DC-DCコンバーターは直流を入力することで直流を出力する電源であり、装置の中に取り付けられることが多く一般消費者が直接目にする機会が少ない電源となっています。
AC-DCコンバーターは交流を入力して直流を出力する電源で、このコンバーターの種類の一つにACアダプタが挙げられ、ACアダプタは交流入力であるコンセントに取り付けて直流で動くPCへ電気を変換して使用するなど、一般消費者も目にする機会が多い電源です。
スイッチング電源の交流安定化電源
ではスイッチング電源の交流安定化電源は、交流を必要とする装置へ電気を供給する電源であり、このタイプも入力電圧によってそれぞれ直流入力ならDC-DCコンバーター、交流入力ならばAC-DCコンバーターと2つに分類されます。
このタイプのDC-DCコンバーターの場合は電池やバッテリーなどの直流電圧から入力され、このタイプのAC-DCコンバーターは安定した電圧や周波数が必要な装置への電力供給を行う際に使用されます。
一般的に多くの電子装置は直流の電気が流れていますが、中には無停電電源装置と呼ばれるUPSなど交流の電子装置も存在しており、この無停電電源装置は交流電子装置の一つです。
バッテリを内蔵しておき停電など入力電源に異常が発生した際に電力を供給することが可能です。
スイッチング電源の仕組みとして、AC-DCコンバーターの基本構成は入力とノイズフィルタ、一次側整流平滑部とスイッチング素子、スイッチングトランスと二次側整流平滑部とフィードバック部で構成されています。
入力部分は電源に電気を供給しますが、この場合はAC-DCコンバーターなので交流を供給することになります。
整流平滑部の整流とは
この電源は他のシステムと電子装置を繋ぐ役割を持っているため、他のシステムから伝わるノイズが電子装置まで伝わる可能性を持ちます。
そこでノイズフィルタはノイズを除去する役割を持っています。
整流平滑部の整流とは交流を直流に変換することで、整流ダイオードにて行われる特徴があります。
ダイオードが持つ順方向の電流は通して、逆方向の電流は通さない性質を用いています。
平滑とは整流した直流に残っている電圧変動をなだらかにし、電解コンデンサにて行われます。
スイッチングトランスを挟んで入力側を一次側、出力側を二次側と呼んでいます。
スイッチング素子は電気のオンとオフを繰り返す部分であり、スイッチング素子のオンオフによって高周波のパルスに変換する役割を持ちます。
スイッチングトランスはエネルギーを一時から二次側へ伝達する役割を持ち、数KHz～数MHzの高い周波数帯で動作する必要があり、高周波トランスとも呼ばれています。
まとめ
そしてフィードバック部では制御回路により制御を行うことで、出力電圧が一定になる特徴を持ちます。
このことから基本構成としては入力で電源に電気を供給し、ノイズフィルタでノイズを除去、一次側整流平滑部で整流と平滑を行い、スイッチング素子で高周波のパルスに変換、スイッチングトランスでエネルギーを一時から二次側へ伝達します。
次に二次側整流平滑部で整流と平滑を行い、そして最後にフィードバック部で制御回路による制御を行うという仕組みです。
スイッチング電源を取り扱いしている主なメーカーは、TDKラムダやコーセル、オムロンやサンケン電気、IDECやアジア電子工業、ニプロンやキーエンス、サンエー電気などが挙げられます。