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電子回路-SMPS
これまでに説明したトピックは、電源ユニットのさまざまなセクションを表しています。 これらすべてのセクションが一緒になって*線形電源*になります。 これは、入力AC電源からDCを取得する従来の方法です。
リニア電源
リニア電源（LPS）は、低抵抗と低ノイズの出力電圧を調整するために直列抵抗で多くの熱を放散する調整電源です。 このLPSには多くのアプリケーションがあります。
リニア電源は、出力電圧を調整するためにより大きな半導体デバイスを必要とし、より多くの熱を生成し、エネルギー効率を低下させます。 リニア電源の過渡応答時間は、他の電源よりも最大100倍高速です。これは特定の専門分野では非常に重要です。
LPSの利点
- 電源は継続的です。
- 回路はシンプルです。
- これらは信頼できるシステムです。
- このシステムは、負荷の変化に動的に応答します。
- 回路抵抗は、出力電圧を調整するために変更されます。
- コンポーネントは線形領域で動作するため、ノイズは低くなります。
- 出力電圧のリップルは非常に低いです。
LPSの欠点
- 使用される変圧器は重くて大きいです。
- 熱放散が多くなります。
- リニア電源の効率は40〜50％です
- LPS回路では電力が熱の形で無駄になります。 *単一の出力電圧が得られます。
すでにリニア電源のさまざまな部分を経験しています。 リニア電源のブロック図は、次の図に示すとおりです。
上記の欠点にもかかわらず、リニア電源は低ノイズアンプ、テスト機器、制御回路で広く使用されています。 さらに、データ収集および信号処理にも使用されます。
単純な調整が必要で、効率が問題にならないすべての電源システムには、LPS回路が使用されます。 電気ノイズが低いため、LPSは敏感なアナログ回路の給電に使用されます。 しかし、リニア電源システムの欠点を克服するために、スイッチモード電源（SMPS）が使用されます。
スイッチモード電源（SMPS）
LPSの不利な点は、効率の低下、リップルを減らすための大きなコンデンサ値の必要性、重くて高価なトランスなどです。* スイッチモード電源*の実装により克服されます。
SMPSの動作は、LPSで使用されるトランジスタが電圧降下の制御に使用され、SMPSのトランジスタが*制御スイッチ*として使用されることを理解することで簡単に理解できます。
ワーキング
SMPSの動作は、次の図から理解できます。
SMPS回路の各段階で何が起こるかを理解してみましょう。
入力ステージ
AC入力電源信号50 Hzは、トランスを使用せずに整流器とフィルター回路の組み合わせに直接与えられます。 この出力には多くの変動があり、コンデンサの容量値は入力変動を処理するためにより高くする必要があります。 この無調整DCは、SMPSの中央スイッチングセクションに与えられます。
スイッチング部
このセクションでは、パワートランジスタやMOSFETなどの高速スイッチングデバイスを使用します。このデバイスは、変動に応じてオンとオフを切り替え、この出力は、このセクションにあるトランスの1次側に与えられます。 ここで使用されるトランスは、60 Hzの電源に使用されるトランスとは異なり、はるかに小さくて軽いトランスです。 これらは非常に効率的であるため、電力変換比は高くなります。
出力段
スイッチング部からの出力信号は、必要なDC電圧を得るために、再び整流およびフィルタリングされます。 これは調整された出力電圧で、フィードバック回路である制御回路に与えられます。 最終出力は、フィードバック信号を考慮した後に取得されます。
コントロールユニット
このユニットは、多くのセクションを持つフィードバック回路です。 次の図からこれについて明確に理解してみましょう。
上図は、コントロールユニットの内部を説明しています。 出力センサーは信号を検知し、それを制御ユニットに結合します。 信号は他のセクションから分離されているため、突然のスパイクが回路に影響を与えることはありません。 基準電圧は、信号と必要な信号レベルを比較するコンパレータであるエラーアンプへの信号とともに、1つの入力として与えられます。
チョッピング周波数を制御することにより、最終的な電圧レベルが維持されます。 これは、エラーアンプに与えられた入力を比較することで制御されます。エラーアンプの出力は、チョッピング周波数を増やすか減らすかを決定するのに役立ちます。 PWM発振器は、標準のPWM波固定周波数を生成します。
次の図を見ると、SMPSの完全な機能に関するより良いアイデアを得ることができます。
SMPSは、電圧の切り替えがまったく問題にならず、システムの効率が本当に重要な場合に主に使用されます。 SMPSに関して注意すべき点はほとんどありません。 彼らです
- SMPS回路はスイッチングにより動作するため、電圧は連続的に変化します。
- スイッチングデバイスは、飽和モードまたはカットオフモードで動作します。
- 出力電圧は、フィードバック回路のスイッチング時間によって制御されます。
- スイッチング時間は、デューティサイクルを調整することで調整されます。
- SMPSの効率は高く、過剰な電力を熱として消費する代わりに、入力を連続的に切り替えて出力を制御するためです。
デメリット
SMPSには、次のような短所がほとんどありません。
- 高周波スイッチングのためにノイズが存在します。
- 回路は複雑です。
- 電磁干渉が発生します。
利点
SMPSの利点は次のとおりです。
- 効率は80〜90％と高い
- 発熱が少ない。より少ない電力の浪費。
- 主電源への高調波フィードバックの低減。
- 装置はコンパクトで小型です。
- 製造コストが削減されます。
- 必要な数の電圧を提供するための準備。
アプリケーション
SMPSには多くの用途があります。 それらは、コンピューターのマザーボード、携帯電話充電器、HVDC測定、バッテリー充電器、中央配電、自動車、家電、ラップトップ、セキュリティシステム、宇宙ステーションなどで使用されています。
SMPSの種類
SMPSは、非調整DCまたはAC電圧から調整DC出力電圧を取得するために設計されたスイッチモード電源回路です。 SMPSには、次の4つの主なタイプがあります。
- DC-DCコンバーター
- AC-DCコンバーター
- フライバックコンバーター
- フォワードコンバーター
入力セクションのAC-DC変換部は、AC-DCコンバーターとDC-DCコンバーターを区別します。 フライバックコンバーターは、低電力アプリケーションに使用されます。 また、SMPSタイプには、要件に応じて出力電圧を増減する降圧コンバーターと昇圧コンバーターがあります。 他のタイプのSMPSには、自励発振フライバックコンバーター、バックブーストコンバーター、Cuk、Sepicなどがあります。
