スイッチング電源の構成原理＋回路図解析（その２）

（A）スイッチング電源の構成原理

1.1 入力回路

リニアフィルター回路、サージ電流抑制回路、整流回路。
機能: 入力グリッド AC 電源を、要件を満たすスイッチング電源の DC 入力電源に変換します。
1.1.1 線形フィルタ回路
高調波とノイズを抑制
1.1.2 サージフィルタ回路
系統からのサージ電流を抑制
1.1.3 整流回路
ACからDCへの変換
コンデンサ入力タイプとチョークコイル入力タイプの2種類があります。ほとんどのスイッチング電源は前者です。

1.2 変換回路

スイッチング回路、出力アイソレーション（コンバータ）回路などが含まれます。スイッチング電源変換し、チョッピング変調を完了して電源波形を電力で出力します。
このレベルのスイッチングパワー管がそのコアデバイスです。

1.2.1 スイッチング回路
駆動モード：自励式、外励式
変換回路：絶縁型、非絶縁型、共振型
パワーデバイス: 最も一般的に使用されるのは GTR、MOSFET、IGBT
変調モード: PWM、PFM、およびハイブリッド。 PWM が最も一般的に使用されます。
1.2.2 コンバータ出力
軸なしと軸ありに分かれます。半波整流と倍電流整流にはシャフトは必要ありません。フルウェーブの場合はシャフトが必要です。

1.3 制御回路

変調された方形パルスを駆動回路に供給して出力電圧を調整します。

基準回路: 電圧基準を提供します。並列リファレンス LM358、AD589、直列リファレンス AD581、REF192 など。

サンプリング回路: 出力電圧の全部または一部を取得します。

比較増幅：サンプリング信号と基準信号を比較し、電源PM回路を制御するための誤差信号を生成します。

V/F変換：誤差電圧信号を周波数信号に変換します。

発振器：高周波の発振波を生成します。

ベースドライブ回路: 変調された発振信号を適切な制御信号に変換し、スイッチ管のベースを駆動します。

1.4 出力回路

整流とフィルタリング
出力電圧を整流して脈動 DC にし、平滑化して低リップル DC 電圧にします。出力整流技術には現在、半波、全波、定電力、電流倍加、同期およびその他の整流方式があります。

(B) 各種トポロジカル電源の解析

2.1 降圧コンバータ
降圧回路: 降圧チョッパ、入力と出力の極性は同じです。
インダクタの充電と放電のボルトと秒の積は定常状態では等しいため、入力電圧 Ui、出力電圧 Uo、したがって：
(ウイウオ)トン=ウオトフ
ウイトン・ウオトン=ウオ*トフ
ウイ*トン=ウオ(トン+トフ)
うお/うい=トン/(トン+トフ)=▲
つまり、入力電圧と出力電圧の関係は次のようになります。
Uo/Ui=▲ (デューティサイクル)

降圧回路トポロジー

スイッチがオンになると、入力電力は L インダクタと C コンデンサによってフィルタリングされ、負荷端に電流が供給されます。スイッチがオフになると、L インダクタはダイオードを流れ続け、負荷電流を連続的に保ちます。デューティサイクルにより、出力電圧は入力電源電圧を超えることはありません。

2.2 昇圧コンバータ
昇圧回路：昇圧チョッパ、入力と出力の極性は同じです。
同じ方法を使用して、インダクタ L の充電と放電のボルト秒積が定常状態で等しいという原理に従って、電圧の関係を次のように導き出すことができます: Uo/Ui=1/(1-▲）

昇圧回路トポロジー

この回路のスイッチ管Q1と負荷は並列に接続されています。スイッチ管がオンになると、波形を平滑化するために電流がインダクタ L1 を通過し、電源がインダクタ L1 を充電します。スイッチ管がオフになるとインダクタLが負荷と電源に放電し、出力電圧は入力電圧Ui+ULとなるため昇圧効果があります。

2.3 フライバックコンバータ

昇降圧回路: 昇圧/降圧チョッパー、入力と出力の極性が逆になり、インダクタが伝達されます。
電圧関係：Uo/Ui=-▲/(1-▲）

昇降圧回路トポロジー

S がオンの場合、負荷電源はインダクタのみを充電します。 Sがオフの場合、電源はインダクタを介して負荷に放電され、電力伝送が行われます。
したがって、ここでのLインダクタはエネルギーを伝達するためのデバイスです。

(C) 応用分野

スイッチング電源回路は、高効率、小型、軽量、出力電圧が安定しているという利点があり、通信、コンピュータ、産業用オートメーション、家電などの分野で広く使用されています。例えば、コンピュータ分野では、コンピュータ機器の安定した動作を保証するスイッチング電源がコンピュータ電源の主流となっています。新エネルギーの分野でも、スイッチング電源はエネルギーを安定して変換できる装置として重要な役割を果たしています。

つまり、スイッチング電源回路は効率的で信頼性の高い電力変換回路です。その動作原理は主に、高周波スイッチング変換と整流フィルタリングを通じて、入力電気エネルギーを安定した信頼性の高い DC 電力出力に変換することです。