基礎知識

ACアダプタとは・・・    直流電源装置の基本的原理を図解で説明

今回は、直流電源アダプタ(直流電源装置)の基本的な原理を図解で説明しています。具体的には、交流・整流・平滑です。

  • 直流(DC)電源アダプタの概要
  • 交流(AC)電圧について
  • 交流電圧波形
  • 半波整流について
  • 全波整流について
  • 平滑回路

直流(DC)電源アダプタの概要

直流(DC)電源アダプタの概要

交流電源を変圧器で降圧し、ダイオードで整流(これを整流回路という)し、さらにコンデンサ等で平滑 (これを平滑回路という)し、 安定した直流電源にする装置です。 以降に、整流・平滑について、概略を説明いたします。

交流(AC)電圧について

交流(AC)電圧について

実効値AC100vが、東日本では50Hz、西日本では60Hzの振幅している正弦波のことです。
一般に交流の電圧・電流の大tきさは実効値であらわし、AC100vの実効値のピークを出すには、 √2x100vですので、最大・最小値が±141vとなります。

交流電圧波形

交流電圧波形

交流は変圧がしやすく、また送電しやすいために、商用電源は交流が使用されます。
もっとも発電所(水力、火力、原子力)はすべて交流を発電しています。
一方、家電のほとんどが直流を使用します。ここに直流電源アダプタが必要となるのです。
例外として、ミシンや掃除機など、モーター稼動部に交流電源 、制御部分に直流を使い分けている機器もあるようです。

右図は、変圧器で電圧を変圧後(変圧とは、例えば交流100Vの電圧を交流10Vまで降圧することです。)、の回路を流れる交流電圧です。 矢印A・Bは上図のような振幅の交流波形になります。

■変圧器について

右図は、変圧器で電圧を変圧後(変圧とは、例えば交流100Vの電圧を交流10Vまで降圧することです。)、の回路を流れる交流電圧です。 矢印A・Bは上図のような振幅の交流波形になります。

■ダイオードについて

ダイオードは電流を一方向へとながし、その逆方向へは電流を流さない特性があります。
この特性を生かし、整流をおこないます。入力側(電源側)の極性が入れ替わっても出力側が一定の極性になるようにします。

半波整流について

半波整流について

回路にダイオードをいれます。矢印Aは通常にながれますので、波形は図のようになり、これを半波整流波といいます。

全波整流回路について

全波整流回路について

交流の全サイクルを利用するもので、「全波整流回路」といいます。右図のような振幅です。以下に代表的な回路を記載します。

■センタータップ

■センタータップ

変圧器の一次側に交流電圧が加わると、二次側のa・b間とa・c間に変圧器の巻線比に応じた交流電圧が生じます。この交流電圧はc点がa点に対して+となる半サイクルのとき、ダイオードD2で整流され、矢印Bの方向に電流が流れます。また、b点がa点に対して+となる半サイクルのときはダイオードD1で整流され、矢印Aの方向に電流が流れます。その結果、負荷抵抗RLの両端には上記図の波形が得られます。

変圧器の一次側(入力側) が変圧器を通し、変圧された交流電圧が二次側出力されます。変圧器の二次側(出力側)にセンタータップ「Y」を引き出します。

■ブリッジ

■ブリッジ

4個のダイオードによってブリッジが組まれた整流回路をブリッジ全波整流回路といいます。変圧器の一次側に交流電圧を加えると、二次側には電源変圧器の巻線比に応じた交流電圧が生じます。二次側の交流電圧の極性がa点で+、b点で−のなる瞬間には、図の矢印Bの方向へ電流がながれます。反対の極性の場合は矢印Aの方向に電流が流れ、負荷抵抗RLの両端には上記図の波形が得られます。

■半波型

■半波型

図の矢印Bに電圧がかかったとき、D1のダイオードが動作し、C1のコンデンサーを充電します。矢印Aに電圧がかかったとき、矢印Aの電圧とC1の電圧の和がD2にかかり、C2を充電します。D1とD2にかかる逆電流は同じであり、最大が変圧器の二次電圧(実効値)の2.8倍です。(コンデンサーC2はC1に比べ2倍の電圧に耐えるものが必要です。)

■全波型

■全波型

半波を2個組み合わせて、2倍の電圧を取り出します。D1とD2にかかる逆電流はおなじであり、また。C1とC2は同じ電圧に耐えるものでよいことになります。

以上が整流回路の概要です。ここまでで、「全波整流波」になりましたが、まだ安定した直流電源とはいえません。リップル電圧です。波と波の間を平滑します。以降平滑回路の説明にはいります。

平滑回路

さらに交流要素を少なくするために、平滑をします。「センタータップ回路」で、代表的な平滑回路「 コンデンサー入力」と「チョーク入力」を記載します。

■コンデンサー入力

■コンデンサー入力

負荷変動による電圧変動が大きい欠点がありますすが、出力電圧が高くとることができます。

■チョーク入力

■チョーク入力

下記回路図のようにチョークコイルを使用します。負荷電流の変化に対して、電圧変動率が少ないという特徴がありますが、チョークを入れる為、自重が大きくなる欠点があります。

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