電源設計における交流 (AC) について
交流 (AC) を使用する電源を設計するには、まず入力電流を決定する必要があります。ほとんどのグリッド電源は AC であり、通常は正弦波波形を示します。
図 1: AC 波形と主要パラメータ
AC を使用する場合は、次のパラメータを考慮する必要があります。
ピーク電圧/電流: 波形の最大振幅。
頻度: 1 秒あたりの波形サイクル数。 1 つの完全なサイクルにかかる時間を、期間.
平均電圧/電流: 1 サイクルにわたるすべての電圧点の平均値。 DC オフセットのない純粋な AC 波形では、正と負の半分が互いに打ち消し合うため、この値はゼロになります。
RMS (二乗平均平方根) 電圧/電流: 1 サイクルにわたる電圧瞬時値の二乗平均平方根。純粋な AC 正弦波の場合、これは公式を使用して計算できます。
RMS は、同じ加熱効果を生み出すために必要な DC 電力に相当します。この定義は複雑ですが、AC の「実効値」を提供し、電気工学で広く使用されており、VAC と呼ばれることがよくあります。
段階: 2 つの波形間の角度差。フル AC サイクルは 360 度に及び、ピークは 90 度 (正) と 270 度 (負) にあり、ゼロクロスは 180 度と 360 度です。
2 つの波形が一緒にプロットされ、一方が正のピークに達し、もう一方が負のピークに達する場合 (たとえば、90 度対 . 270 度)、それらの波形には 180 度の位相差があり、位相がずれていると呼ばれます。 0 度の位相差は、波形が同相であることを示します。
送電におけるAC
ACは、発電所からエンドユーザーまで電力を送電するための主な方法です。これは、AC によって送信中に効率的な電圧変換が可能になるためです。
発電所は約 40,000 V (40 kV) で電気を生成し、その後最大まで昇圧されます。150～800kV長距離伝送では抵抗損失を最小限に抑えます。-
目的地に近づくと電圧が下がります。4～35kV、そして最後に120Vまたは240V住宅用。
リニアトランス（電圧変動に依存する）はACでのみ動作するため、DCではこのような電圧変換を簡単に実現できません。
AC/DCリニア電源
AC/DC リニア電源は次の手順に従います。
図 2: 機能ブロック図
降圧変圧器-：AC入力電圧を下げます。
整流：交流を脈動する直流に変換します。
フィルタリング：DC波形を滑らかにします。
利点：効率と出力範囲が向上し、数十年にわたって熟成されたシンプルなデザイン。
制限事項:
サイズ: - 低周波動作 (例: 50 Hz) では、一次コイルと二次コイルの間で電力を伝送するために大きくて重い変圧器が必要です。
電圧調整: リニアレギュレータは過剰なエネルギーを熱として放散します。高出力では、大規模なヒートシンクが必要となり、熱管理が非現実的になります。
AC/DC スイッチング-モード電源
線形設計の制限に対処するために、スイッチング モード電源が開発されました。{0}
入力整流/フィルタリング：ACを直接DCに変換します。
チョッパ回路: DC を高周波パルスに変換します。-
降圧変圧器-: コンパクトな高周波トランスを使用しています。-
出力整流/フィルタリング：安定したDCを生成します。
利点:
コンパクトなサイズ: 高周波動作により、変圧器の小型化が可能になります。-
高効率：直線的なデザインと比較してエネルギー損失が最小限に抑えられます。
熱管理: 熱放散の低減により、かさばるヒートシンクが不要になります。
課題:
ノイズ: 高周波スイッチングでは電磁干渉 (EMI) が発生するため、高度なフィルタリングが必要です。-
複雑: 制御回路はより洗練されていますが、最新の統合コンポーネントで管理可能です。
まとめ
AC/DC 電源はどこにでもあり、電子機器用に AC を安定した DC に変換します。重要なポイント:
AC 伝送と DC 伝送: 効率的な電圧変換により、AC がグリッドを支配します。
単相-と三相-システム:
単相-: よりシンプルで、家庭用には十分です。
三相-: 産業用途に安定した高電力を供給します。
デザインの進化:
リニア電源: サイズと効率によって制限されますが、シンプルです。
モード電源の切り替え-: コンパクトで効率的で、最新のアプリケーションで主流です。
