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Linear Power Supply。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、直列抵抗で多くの熱を放散して、リップルとノイズの少ない出力電圧を調整する安定化電源です。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するため、エネルギー効率が低下します。リニア電源の過渡応答時間は他の電源よりも最大100倍速く、これは特定の専門分野で非常に重要です。

LPSの利点

• 電源は連続しています。
• 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小さいです。

LPSのデメリット

• 使用される変圧器はより重くて大きいです。
• 熱放散はもっとあります。
• リニア電源の効率は40〜50％です
• LPS回路では、電力が熱の形で浪費されます。
• 単一の出力電圧が得られます。

リニア電源のさまざまな部分については、すでに説明しました。リニア電源のブロック図は次の図のようになります。

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、データ収集や信号処理にも使用されます。

簡単な調整が必要で、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に電力を供給するために使用されます。ただし、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）

効率の低下、リップルを低減するための大きな値のコンデンサの必要性、重くて高価な変圧器などのLPSの欠点は、次の実装によって克服されます。 Switched Mode Power Supplies。

SMPSの動作は、LPSで使用されるトランジスタが電圧降下を制御するために使用され、SMPSのトランジスタが controlled switch。

ワーキング

SMPSの動作は次の図で理解できます。

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50Hzは、トランスを使用せずに整流器とフィルタ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、入力の変動を処理するには、コンデンサの静電容量値を高くする必要があります。この調整されていないDCは、SMPSの中央スイッチングセクションに供給されます。

スイッチングセクション

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、バリエーション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。ここで使用されているトランスは、60 Hzの電源に使用されているものとは異なり、はるかに小型で軽量です。これらは非常に効率的であるため、電力変換率が高くなります。

出力段

スイッチングセクションからの出力信号は、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。これは安定化された出力電圧であり、フィードバック回路である制御回路に与えられます。最終的な出力は、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ましょう。

上の図は、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感知し、それをコントロール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、信号を必要な信号レベルと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によって制御されます。エラーアンプの出力は、チョッピング周波数を上げる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の完全な機能についてより良いアイデアを得ることができます。

SMPSは主に、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使用されます。SMPSに関して注意すべき点がいくつかあります。彼らです

• SMPS回路はスイッチングによって動作するため、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によって調整されます。

• SMPSは、余剰電力を熱として放散するのではなく、入力を継続的に切り替えて出力を制御するため、効率が高くなります。

短所

SMPSには、次のようないくつかの欠点があります。

• 高周波スイッチングによるノイズが存在します。
• 回路は複雑です。
• 電磁干渉を発生させます。

利点

SMPSの利点は次のとおりです。

• 効率は80〜90％と高いです
• より少ない発熱; 電力の浪費が少なくなります。
• 電源メインへの高調波フィードバックが減少しました。
• デバイスはコンパクトでサイズが小さいです。
• 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。これらは、コンピューターのマザーボード、携帯電話の充電器、HVDC測定、バッテリー充電器、中央配電、自動車、家庭用電化製品、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ます。

SMPSの種類

SMPSは、安定化されていないDCまたはAC電圧から安定化されたDC出力電圧を取得するように設計されたスイッチモード電源回路です。SMPSには主に次の4つのタイプがあります。

• 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

入力部のAC-DC変換部は、AC-DCコンバータとDC-DCコンバータの違いを生みます。フライバックコンバータは、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バックコンバータとブーストコンバータがあります。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。