Loading article…
ACアダプターまたはAC/DCアダプター（ウォールチャージャー、電源アダプター、非公式にはウォールワート、または構成によってはパワーブリックとも呼ばれる）[ 1 ]は、 ACプラグに似たケースに収められていることが多い外部電源 の一種です。[ 2 ] ACアダプターは、主電源から電圧と電力を引き出すための内部コンポーネントを持たないデバイスに電力を供給します。外部電源の内部回路は、内蔵または内部電源に使用される設計と非常によく似ていることがよくあります。
バッテリー駆動機器で使用する場合、アダプターは通常、機器への電力供給と同時にバッテリーの充電も行います。
アダプターは内部電源の必要性をなくすだけでなく、柔軟性も提供します。異なるアダプターを 使用するだけで、機器は120VACまたは230VACの主電源、車両バッテリー、航空機バッテリーから電力を供給できます。また、安全性も大きな利点です。危険な120Vまたは240Vの主電源は、ユーザーが操作する機器に入る前に、壁のコンセントでより低く安全な電圧に変換されます。
当初、ほとんどのAC/DCアダプタはリニア電源であり、主電源電圧を低電圧に変換するトランス、それを脈動直流に変換する整流器、脈動波形を平滑化して直流にするフィルタを備え、残留リップル変動は給電機器に影響を与えないほど小さくなっていました。機器のサイズと重量は主にトランスによって決まり、トランスは電力出力と主電源周波数によって決まりました。数ワットを超える定格では、機器が大きくなりすぎて重くなり、壁のコンセントに物理的に接続できなくなりました。これらのアダプタの出力電圧は負荷によって変動したため、より安定した電圧を必要とする機器には、リニア電圧レギュレータ回路が追加されました。トランスとリニアレギュレータの損失は大きく、効率は比較的低く、負荷を駆動していないときでもかなりの電力が熱として消費されました。
21世紀初頭、スイッチング電源（SMPS）は、その出力能力に比べて小型軽量であることから、この用途でほぼ普遍的に使われるようになりました。主電源電圧は整流されて高直流電圧となり、スイッチング回路を駆動します。この回路には高周波で動作するトランスが含まれており、所望の電圧の直流を出力します。高周波リップルは主電源周波数よりも容易にフィルタリングできます。高周波によりトランスを小型化できるため損失が低減され、スイッチングレギュレータはリニアレギュレータよりもはるかに効率的になります。その結果、より効率的で小型軽量なデバイスが実現します。従来のリニア回路と同様に、トランスがガルバニック絶縁を提供するため、安全性は確保されます。[ 3 ]
リニア回路は、特定の狭い入力電圧範囲（例えば、220～240 VAC）に合わせて設計する必要があり、周波数（通常は50または60 Hz）に適した変圧器を使用する必要がありますが、スイッチング電源は非常に広い電圧と周波数範囲で効率的に動作できます。100～240 VACの単一ユニットで、世界中のほぼすべての主電源に対応できます。
多くの安価なスイッチング方式のACアダプターは、発生する電磁干渉に対する適切なフィルタリングやシールドを実装していません。これらの高速・高エネルギーのスイッチング設計の性質上、これらの予防措置が実装されていない場合、比較的エネルギーの高い高調波が発生し、スペクトルの無線領域にまで放射される可能性があります。RFエネルギーの量は通常、周波数とともに減少します。したがって、たとえば、中波（米国AM）放送帯の1メガヘルツ付近の干渉は強い可能性がありますが、FM放送帯の100メガヘルツ付近の干渉はかなり弱くなる可能性があります。距離も要因です。干渉がラジオ受信機に近いほど、干渉は強くなります。受信アンテナが放射ACアダプターに非常に近い場合、ギガヘルツ帯のWiFi受信でさえ劣化する可能性があります。特定のACアダプターから干渉が発生しているかどうかを判断するには、問題のある無線帯域で受信される干渉の量を観察しながら、疑わしいアダプターをプラグから抜くだけで済みます。現代の家庭やビジネス環境では、複数のACアダプターが使用されている場合があります。そのような場合は、すべての電源プラグを抜き、原因となっている機器が見つかるまで、1つずつ差し込んでください。
従来、壁のアダプターは一定の電圧を供給していました。USB 電源デバイスの場合、それは 5 ボルトです。その後、Qualcomm のQuick ChargeやUSB Power Deliveryなどのバッテリー充電プロトコルにより、充電中のデバイスがニーズに合わせて異なる電圧を要求できるようになりました。通常は、USB ケーブルの銅線に熱を加えることなく電力を増やすために、より高い電圧が要求されます。過去には、Huawei の「SuperCharge」や OnePlus の「Dash Charge」はこれとは逆で、スマートフォン内部のバッテリー電圧に直接一致するようにわずかに低い電圧を要求し、電話内部で電圧を変更する必要がないため、発熱が少なくなっていました。これには、より太い銅線を使用した特別な USB ケーブルが必要でした。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
2020年代初頭、スイッチング電源アダプターにシリコンの代わりに窒化ガリウムを使用することで、同じ物理サイズで出力電力が向上し、コンパクトなACアダプターでスマートフォンやタブレットだけでなく、一部のノートパソコンにも電力を供給できるようになりました。窒化ガリウム充電器の開発は、コストが高すぎることと、2020年以降ほど急速充電技術の需要が高くなかったことから遅れました。[ 8 ]
外部ACアダプターは、小型または携帯型の電子機器の電源として広く使用されています。その利点は以下のとおりです。
消費者調査によると、電子機器で使用される電源アダプターの多さによるコスト、不便さ、無駄遣いに対する不満が広く見受けられた。[ 9 ]
一部の電源装置の非効率性の問題が広く知られるようになり、2001年にジョージ・W・ブッシュ米大統領は、そのような装置を「エネルギーの吸血鬼」と呼んだ。 [ 10 ] EUや米国のいくつかの州では、これらの装置によるエネルギーの浪費を減らすための法律が制定されている。こうした取り組みには、待機電力やワンワット・イニシアチブなどがある。
しかし、こうした非効率な機器は低電力であり、例えば小型バッテリー充電器などに使われる機器であるため、効率が低くても、無駄になるエネルギー量は家庭の電力消費量の1％未満であると主張する人もいる。
小型電子機器用電源の総合効率を考慮すると、旧来の商用周波数リニアトランス式電源は、2002年の報告書で効率が20～75%であり、電源投入時でも電力供給を行っていない場合でもかなりのエネルギー損失があることが判明した。スイッチング電源（SMPS）ははるかに効率が高く、優れた設計であれば80～90%の効率を達成でき、サイズも軽量化もはるかに容易である。2002年当時、低電力の民生用電子機器に一般的に使用されていた外部プラグイン式「ウォールワート」電源アダプターのほとんどはリニア設計であり、一部の機器に内蔵されている電源も同様であった。
外部電源は通常、使用していないときでもコンセントに差し込んだままになっており、その状態で数ワットから35ワットの電力を消費します。報告書は、すべてのリニア電源（平均効率40～50%）を高度なスイッチング設計（効率80～90%）に置き換え、古いスイッチング電源（効率70%未満）を高度な設計（効率80%以上）に置き換え、電源の待機時消費を1ワット以下に削減することで、米国では年間約320億キロワット時（kWh）、総電力消費量の約1%を節約できると結論付けました。[ 11 ]
報告書が発表されて以来、SMPSは壁コンセント用アダプターにおいても、リニア電源を大幅に置き換えてきました。2002年の報告書では、米国で使用される電力の6%が電源装置を「通過」していると推定されています（壁コンセント用アダプターのみは含みません）。報告書が掲載されたウェブサイトは2010年に、SMPSの普及にもかかわらず、「今日の電源装置は米国の全電力生産の少なくとも2%を消費している。より効率的な電源設計により、その使用量を半分に削減できる可能性がある」と述べています。[ 12 ]
無駄になった電気エネルギーは熱として放出されるため、効率の悪い電源装置は触ると熱くなります。電気負荷がない状態で電力を浪費している電源装置も同様です。この廃熱は、暖かい季節にはそれ自体が問題となります。過熱を防ぐために追加の空調設備が必要になる場合があり、大型の電源装置から不要な熱を取り除く必要が生じることもあります。
外部電源アダプタは故障したり、電源供給対象製品から外れたりすることがあります。そのため、交換用アダプタの需要が存在します。交換用アダプタは、入力電圧と出力電圧が一致し、電流容量が一致またはそれ以上で、コネクタも適合している必要があります。多くの電気製品は、必要な電源に関する情報がラベルに十分に記載されていないため、元の電源を紛失した場合に備えて、事前に元の電源の仕様を記録しておくのが賢明です。電源アダプタに適切なラベルを貼ることで、機器の損傷につながる可能性のある誤用を防ぐこともできます。
一部の「汎用」交換用電源では、さまざまな機器に合わせて出力電圧と極性を切り替えることができます。[ 13 ]スイッチング電源の登場により、110 VAC から 240 VAC までのあらゆる電圧で動作するアダプタが広く入手可能になりました。以前は、100～120 VAC または 200～240 VAC のいずれかのバージョンが使用されていました。自動車や航空機の電源にも使用できるアダプタ( EmPower を参照)も入手可能です。[ 14 ]
汎用電源では、プラグのサイズや種類が複数ある4方向X型コネクタや6方向スター型コネクタ（スパイダーコネクタとも呼ばれる）がよく使われています。交換用電源の中には、電源コネクタを交換できるものもあり、セットで購入すると4～9種類のコネクタが付属しています。これにより、はんだ付けをすることなく、さまざまな構成のACアダプタを組み立てることができます。Philmoreをはじめとする競合ブランドも、コネクタを交換できる同様のACアダプタを提供しています。
電源のラベルに記載されている電圧は、さまざまな条件下で実際に供給される電圧を正確に示すとは限りません。多くの低価格電源は「非安定化」型であり、負荷によって電圧が大きく変動する可能性があります。負荷が軽い場合、定格電圧よりもはるかに高い電圧が出力され、負荷機器を損傷する可能性があります。負荷が大きい場合、出力電圧は著しく低下し、定格電流内であっても定格ラベル電圧を大きく下回る場合があり、供給機器の誤動作や損傷を引き起こす可能性があります。リニアレギュレータ（スイッチングレギュレータではない）を備えた電源は、重く、かさばり、高価です。
最新のスイッチング電源（SMPS）は、小型軽量で高効率です。入力電圧や負荷電流が変動しても、従来の非安定化電源よりもはるかに安定した電圧を出力します。導入当初は高価でしたが、21世紀初頭にはスイッチング電源部品の価格が大幅に下落し、安価な電源でもこの技術を利用できるようになり、大型で重量のある商用周波数トランスのコストを削減できるようになりました。
ユニバーサルアダプタの中には、交換可能な各種チップが装着されているかに応じて出力電圧と最大電流を自動的に設定するものがあります。多くのノートパソコンやモバイル機器に適合し、適切な電力を供給できるチップが用意されています。異なるチップでも同じコネクタを使用できますが、自動的に異なる電力が供給されます。電源を供給する機器に適したチップを使用することは重要ですが、ユーザーがスイッチを正しく設定する必要はありません。スイッチング電源の登場により、アダプタは適切なプラグを使用すれば100～240Vのあらゆる交流電源から動作できるようになりました。標準的な12V DCの車両用および航空機用電源からの動作もサポートされています。適切なアダプタ、アクセサリ、チップを使用すれば、ほぼあらゆる電源からさまざまな機器に電力を供給できます。
バッテリーエリミネーターとは、ラジオなどバッテリー駆動を前提とした機器を交流コンセントから動作させるためのアダプターである。[ 15 ]
鉱石ラジオを除くすべてのラジオは、1920年代半ばから後半まで、不便で扱いにくい真空管電池を使用していた。電球ソケットに差し込むタイプの電池除去装置が非常に人気になった。[ 16 ]初期の市販品は、電池不要のラジオのラインナップを補完するものとして、1925年にエドワード・S・ロジャース・シニア社によって製造された。[ 17 ]電池除去装置の初期の製造業者のもう1つは、1928年9月25日にポール・ガルビンとその兄弟ジョセフ・E・ガルビンによって設立されたガルビン製造会社（後にモトローラとして知られる）であった。 [ 18 ] 1927年にRCAが交流管を導入し、受信機を家庭用電源に接続できるようになった後、ラジオ用電池除去装置は時代遅れになった。業界は急速に交流管を採用し、フィルコのように交流管のみを製造していた企業は、関連性と存続を維持するためにラジオ製造に迅速に転換する必要があった。[ 16 ]
初期のノートパソコンでは、デスクトップパソコンと同様に電源ユニットは内部にありました。物理的なスペースを節約し、重量を軽減することで携帯性を向上させるために、電源ユニットは外部に取り出されました。[ 19 ]
ノートパソコンを充電しながら使用する場合、充電を制御する集積回路は、電源ユニットの残りの電流容量を利用します。これにより、使用中にデバイスの各コンポーネントに電力を供給しながら、一定の充電速度を維持することが可能になります。
USBコネクタ（および電圧）は、多くの携帯機器向けの低電力ACアダプタの事実上の標準として普及しました。USB規格は、シリアルデジタルデータ交換に加えて、最大500mA（ USB 3.0では900mA ）の5VDC電源も提供します。多数のアクセサリガジェット（「USBデコレーション」）は、データ交換ではなくDC電源のためだけにUSBに接続するように設計されています。USBインプリメンターズフォーラムは、2007年3月にUSBバッテリー充電仕様をリリースし、「デバイスが充電のためにUSB 2.0仕様を超える電流を引き込むことを可能にするための制限、検出、制御、および報告メカニズム」を定義しました。[ 20 ] 扇風機、ランプ、アラーム、コーヒーウォーマー、バッテリー充電器、さらにはおもちゃまでもが、USBコネクタから電力を取り出すように設計されています。 USBレセプタクルを備えたプラグインアダプターは広く市販されており、120VACまたは240VACの電源、あるいは12VDCの車載電源を5VDCのUSB電源に変換することができます（右の写真を参照）。
電子機器の小型化への傾向に伴い、マイクロUSBやミニUSBコネクタへの移行が進んでいる。これらは従来のUSBコネクタと電気的に互換性がありながら、物理的に小型化されている。
2012年には、最大100ワット（2021年には240ワットに増加）の電力供給を標準化するためのUSB Power Delivery仕様が提案されました。これは、通常専用アダプタに依存するノートパソコンなどのデバイスに適しています。
ITUは勧告ITU-T L.1000「モバイル端末およびその他の携帯型ICT機器用のユニバーサル電源アダプタおよび充電器ソリューション」を公表し、GSMA/OMTP提案および欧州共通外部電源とほぼ同様の充電器を規定した。ITU勧告は2011年6月に拡張および更新された。[ 21 ]互換性のない電源アダプタの乱立を大幅に削減することが期待されている。
欧州連合は、2010年以降に販売される「携帯型データ通信対応携帯電話」（スマートフォン）向けに共通の外部電源を定義しました。これは、互換性のない多数の独自規格電源を置き換え、製造される電源の総数を減らすことで無駄をなくすことを目的としています。規格に準拠した電源は、マイクロUSBコネクタを介して5VDCを供給し、90～264VACの入力電圧に対応しています。
2006年、 Googleの創設者であるラリー・ペイジは、外部コンバータを必要とするほぼすべての機器に対して12V、最大15Aの標準を提案し、新しい建物には12VDC配線が設置され、外部AC-DCアダプタ回路は不要になった。[ 22 ] [ 23 ]
IECは、交換可能なノートパソコン用電源に関する規格であるIEC 62700（正式名称「IEC技術仕様62700：ノートパソコン用DC電源」）を作成し、2014年2月6日に発行しました。
Dash ChargeとQuick Chargeはどちらも最大15～20ワット程度の電力を供給しますが、なぜ後者には特別なケーブルが必要なのでしょうか？ それは、電気回路では、電流が大きいほど太い電線が必要になるからです。電圧が大きいほど、それほど必要ではありません。そのため、Qualcomm Quick Chargeは通常のUSBケーブルで動作しますが、Dash ChargeではOnePlus 3に同梱されている太いケーブルが必要になります。
SuperChargeは独自のチャージポンプシステムを使用して、高電圧入力（例：10V/4A）を低電圧、高電流出力に分割します。これにより、熱によるエネルギー損失を最小限に抑えながら、より高速な電子転送が可能になります。
安価で使い捨ての消費財（そう、携帯電話の充電器などを製造するグローバル企業にとっては、それらは単に安価で使い捨てのものだ）へのGaNの使用を妨げていたのはコストだった。[...]