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直流電源装置の回路方式と特長

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ここでは、商用ラインを入力とする直流電源装置(AC-DC 電源)について記述します。

直流電源装置には大きく分けてスイッチング方式とリニア方式があります。

一般的にスイッチング方式は、小型で高効率ですが雑音が大きく、一方でリニア方式は、効率は 良くありませんが低雑音なことが知られています。

方式の違いによる性能差

したがって、用途によって適切な電源を選択する必要があります。例えば、微小信号測定などに使用する“アンプの電源”や“センサのバイアス源”としては、低雑音·高安定を実現できるリニア電源が適切です。

NF回路設計ブロック(以下、当社)では微小信号測定機器の一部として、リニア電源の中でも非常に低雑音かつ高安定な LP シリーズ電源を販売しています。

スイッチング方式

スイッチング方式はスイッチングデバイスのオン抵抗による損失などがありますが、効率は 80%以上の高効率を実現する物も多く存在します。また、高周波トランスは扱う周波数※1 が高いので小型化することが可能です。

しかし、スイッチングによる雑音(スイッチング周波数とその高調波成分)が出力に現れてしまい、リニア方式と比較すると雑音性能が良くありません。

※1 一般的にスイッチング周波数は 20k~1MHz 程度です。

スイッチング方式定電圧電源装置 概略回路

リニア方式

リニア方式はシリーズレギュレータによって低雑音な安定した出力を供給できますが、入出力の電圧差をすべて熱として消費するので効率は良くありません。シリーズレギュレータにはバンドギャップ型やツェナー型などがあり、出力電流・雑音性能・安定性に各々の特徴があります。

また、商用ライン入力を変圧するトランスは一般的に大きく重い場合が多く、熱の放出のためシリーズレギュレータに大きなヒートシンクが必要となります。

リニア方式定電圧電源装置 概略回路

方式による雑音性能差

微小信号測定などで重要となる雑音性能に関して、スイッチング方式とリニア方式でどの程度差があるのかを実測データで示します(図 1-3、1-4)。

スイッチング電源では、スイッチング周波数とその高調波にて大きな雑音が存在することが分ります(図 1-3)。また、ハム雑音(50 or 60Hz+高調波成分)も大きく表れていることが分ります。

リニア電源の雑音はスイッチング電源よりも小さいです。しかし、トランスからの磁気雑音の飛びつきや商用ラインからのコモンモード結合によってハム雑音が現れることがあります(図 1-4)。

また、どちらの方式でも外乱雑音が混入することがあります(図 1-3、1-4)。これは電源装置のシールドや商用ライン入力からの回り込みなどが原因です。

一般的なスイッチング電源の雑音特性と一般的なリニア電源の雑音特性

低雑音直流電源 LP5394 の雑音性能

一般的なリニア電源やスイッチング電源では抑えることが困難な雑音ですが、当社低雑音直流電源 LP5394 を使用すると全体の雑音が小さく、ハム雑音や外来雑音も存在しない非常にきれいな直流電圧を得ることができます(図 1-5,1-6)。これは、回路設計もさることながら、シールドなどの構造設計をしっかり行うことで実現しています。

当社低雑音電源 LP5394 の雑音特性と各雑音特性(図 1-3~1-5)を重ねて表示

株式会社NF回路設計ブロックよりご寄稿いただいた原稿をもとに、高木商会が一部編集をいたしました。

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