#2020/09/17 縦割りが生じるくらい、『行政機関』はたくさん分かれていたりします。

電源回路

技術要素
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簡単にいうと…

電源回路とは

 入力電源から必要とされる出力電源を生成する

技術要素です。

代表装置としては、AC→DCへ変換するコンバータや、DC→ACへ変換するインバータ(狭義)がありますが、ここでは前者のコンバータ(AC-DCアダプタ)を例に見てゆきます。

詳しくいうと…

構造と仕組み

ACアダプタは、商用電源の交流電流を、電子機器が用いる直流電流へと変換する電子回路です。

電流は、たとえばコンセントプラグトランス(変圧器ダイオードコンデンサDCジャックという順に流れてゆきます。

 

 

右図の回路図を使って、その交流→直流への変換模様を追ってみます。

 

 

 

交流→直流の変換①:電圧変換

最初に、商用電源AC(交流)100Vを、用いる電子機器に適した電圧まで降圧します。

トランス(変圧器)は、2種類の異なる巻き数のコイルとその間の鉄心を利用して誘導電流を起こすことで、電圧を変化させることができます。

 

トランス(変圧器)の詳しい仕組みは下記用語も参照ください:
変圧器
電気の電圧を上げたり下げたりするよ

交流→直流の変換②:整流

次に、交流電流は1秒間に50~60回も方向転換を行なうため、順方向のみの電流を取り出して整流します。

ダイオードには、ある一方向の電流のみを通し、逆方向の電流を通さない仕組みがあります。

この仕組みを利用し、ダイオード×4つを菱形状に接続すれば、交流電流の向きを回路上で一方向へと揃えることができます。

交流→直流の変換③:平滑化

最後に、まだデコボコと変動している電圧を均(なら)します。

コンデンサは、電気を蓄電し、それが一定電圧になると放電する仕組みを持ちます。

このコンデンサを利用して、電圧変動差を僅かにしてゆきます。

 

このコンデンサを介した電流は、まだ電圧変動が僅かに生じているため、非安定化電源と呼ばれます。
コンデンサの後にツェナーダイオードや三端子レギュレータなど、さらに電圧変動を安定化させる回路素子を経た電流のことを安定化電源と呼びます。

 

このように①電圧変換②整流③平滑化を経ることで、暴れん坊の交流電流はすなおな直流電流へとなだめられ、わたしたちが日頃用いる電子機器にとって扱いやすい電気の形式へと変換されるのでした。

 

 

ここで説明したような、電圧変換→整流・平滑化を行なう電源回路はリニア電源方式と呼ばれます。ただし、このままではトランスなどが原因で重くかさばるACアダプタとなります。

この重量化を解消するため、スイッチング電源方式と呼ばれる電源回路があります。スイッチング電源方式では、電気は整流・平滑化→電圧変換という先ほどとは逆の順番で、かつ電圧変換部はパルス波電流によって処理されるため軽量な高周波トランスが利用可能になっています。

このスイッチング電源方式を用いているのが、スマートフォンの充電器などです。軽くてコンパクトですよね。

 

・電源回路は、入力電源から必要とされる出力電源を生成するよ
・電圧変換や整流、平滑化などの処理が、トランス(変圧器)、ダイオード、コンデンサなどを用いて行なわれているよ
・ACアダプタは、コンセントからの交流電流を直流電流へ変換する電源回路だよ
 

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つまり…

電源回路とは

 入力電源から必要とされる出力電源を、電圧変換や整流、平滑化などの処理を経させて生成する

技術要素なわけです。

 

ACアダプタって何じゃったっけ…と思っていたが、電源ケーブルと一体化しておるあの重くて黒いやつじゃな! トランス(変圧器)の鉄心などが原因があんなに重たかったのか…

歴史のツボっぽくいうと…

  • 1836年
    変圧器の発明
    アイルランドの牧師ニコラス・カランが一次コイルと二次コイルからなる誘導コイルを発明し、変圧器として広く用いられる

  • 1873年
    ダイオードの原理の発見
    イギリスの物理学者フレドリック・ガスリーが、電流が一方向にしか流れないダイオード作用の基本原理を発見する

  • 1896年
    電解コンデンサの発明
    アメリカのチャールズ・ポラックが、電解コンデンサの特許を取得する

  • 1960年代
    スイッチング電源方式の開発
    アメリカのMIT(マサチューセッツ工科大学)がNASA向けのアポロ誘導コンピュータに、スイッチング電源方式を採用する

 

 

<参考文献>(2019/08/31 visited)

電源回路 - Wikipedia
ACアダプタ - Wikipedia
ダイオード - Wikipedia
Switched-mode power supply - Wikipedia
第2回 電源革命をもたらしたスイッチング電源
スイッチング電源とは?直流安定化電源として、画期的な小型化・軽量化・高効率化を実現した電源の方式であるスイッチング電源について解説します。
ACアダプターの仕組みとは? | 【ユニファイブ】ACアダプター&スイッチング電源メーカー
ACアダプターの仕組みについて、わかりやすく解説をしております。回路の説明から始まり、各部品の名称も図解で解説しておりますので、ぜひご参考いただければと思います。
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