1/19付け 新着ニュースあり

スイッチング電源の回路と電子部品の働き これだけわかれば技術者と話が出来ます!

この記事は約3分で読めます。

電気を専門に習ったことのない文化系の人にとって、スイッチング電源の回路を勉強しようと思って入門書を読んでもよくわかりません。現物の電源回路も新しい電子部品を採用していることもあり技術書の説明と異なります。

身近にあったTDKラムダ「ZWS100B-5」でスイッチング電源の回路を説明しようと思います。電源の回路図がないので完全ではありませんが、現物から大まかなスイッチング電源のブロック単位の動作は理解できるのではないでしょうか。これくらいわかれば技術者と話はできます。

 

スイッチング電源の回路

ZWS100B-5の写真をとりました。

ざっと回路の説明すると「電源の左端の入力コネクタから入力、①フィルタ回路と②突入電流防止回路を経由し③整流・平滑した電流を④スイッチングしトランスに送ります。トランスでは降圧した電圧をさらに⑤整流・平滑して出力します。」これが大まかなこの回路の流れです。

もう少し詳しく見てみます。

フィルタ回路

入力後、まずフィルムキャパシタ(フィルムコンデンサ)コイルで構成されるフィルタ回路に入ります。フィルムキャパシタは写真の黒いケースの部品で、内部の電極間にはプラスチックフィルムの誘電体を挟んだコンデンサになっています。

フィルタ回路の役割は外部から入ってくるノイズを抑えたり、電源側から入力側へ出ていくノイズ(雑音端子電圧)を抑えます。特に雑音端子電圧は重要で他の機器や装置に誤動作などの悪影響を及ぼすことがあり国際規格があります。コイルはコモンモードチョークコイルといいます。

フィルムキャパシタの横に黒い部品のサージアブソーバー(バリスタ)があります。サージアブソーバーは雷などのサージ電圧から電子機器を保護する部品です。電圧によって抵抗値が変化する特性があるので、静電気からICなどの素子を保護したり雷サージから電子機器を保護することができます。

仕組みはサージアブソーバーに高電圧がかかると抵抗値が下がりサージアブソーバーに電流が流れます。電流が流れると回路の抵抗値が下がり電圧降下します。その結果、ICなどの電子部品にかかる電圧を低くすることができます。

 

突入電流防止回路

フィルタ回路の後に5Aのヒューズがついていました。このガラス管ヒューズは値段も安いので電子回路の部品としてよく使われていています。外から見てヒューズが切れているのが確認できるのですが、このタイプはガラス管が破損時に破片が周囲に飛び散らないように保護シールを巻いています。

ヒューズが切れるとヒューズを交換しますが、スイッチング電源の場合はヒューズ断は一次原因のことが少なく、周辺の部品が故障したことにより引き起こされる二次的な断線がほとんどです。周辺部品も壊れていますのでヒューズ交換だけですみません。

 

電解コンデンサが回路上にあると突入電流が流れます。サージ電流が流れるとヒューズが切れたり電解コンデンサに負荷がかかり寿命が短くなったりします。その突入電流をサーミスタで抑えることができます。上の写真のペンで指したグレーの部品がそのサーミスタです。NTCサーミスタと呼んだりもします。

サーミスタの特性は上図のように温度が低い時は抵抗値が高く、温度が上がると瞬時に抵抗値が下がり0Ωにまでなります。(サージアブソーバーは電圧で抵抗値が変化しますが、サーミスタは温度で抵抗値が変化します。)

サーミスタは電源投入時の温度が低い時は抵抗の役割を果たし、電流が流れ出すと抵抗値が下がり抵抗がないのとほぼ同じ状態になります。固定抵抗を使用した場合は常時熱損失が発生しますが、サーミスタは熱損失がほぼなくなり効率が上がります。

 

タイトルとURLをコピーしました