ACアダプター

ACアダプタまたはAC/DCアダプタ（壁充電器、電源アダプタ、パワーブリック、またはウォールウォートとも呼ばれる）^{[1]は、外部}電源 の一種で、多くの場合ACプラグに似たケースに収められています。^[2] ACアダプタは、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、内蔵電源または内部電源に使用される設計と非常によく似ています。

バッテリー駆動の機器で使用する場合、アダプターは通常、機器に電力を供給するだけでなく、 バ​​ッテリーを充電します。

内部電源が不要になるだけでなく、アダプタは柔軟性も提供します。デバイスは、異なるアダプタを使用するだけで、120 VAC または 230 VAC の主電源、車両バッテリー、または航空機バッテリーから電力を引き出すことができます。危険な 120 ボルトまたは 240 ボルトの主電源は、ユーザーが扱う機器に入る前に、壁のコンセントでより低く安全な電圧に変換されるため、安全性ももう 1 つの利点となります。

もともと、ほとんどの AC/DC アダプタはリニア電源であり、主電源電圧を低い電圧に変換する変圧器、それを脈動 DCに変換する整流器、および脈動波形を DC に平滑化するフィルタで構成されており、残留リップル変動は受電デバイスに影響を及ぼさないほど小さかった。デバイスのサイズと重量は主に変圧器によって決まり、変圧器は電力出力と主電源周波数によって決まります。定格が数ワットを超えると、デバイスは壁のコンセントで物理的に支えるには大きすぎて重すぎます。これらのアダプタの出力電圧は負荷によって変化しました。より安定した電圧を必要とする機器のために、リニア電圧レギュレータ回路が追加されました。変圧器とリニアレギュレータでの損失は大きく、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、出力能力の割に小型で軽量であったため、この目的でほぼどこにでも使われるようになりました。主電源電圧は、高周波で動作するトランスを含むスイッチング回路を駆動する高直流電圧に整流され、目的の電圧で直流電流を出力します。高周波リップルは、主電源周波数よりも簡単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、損失が低減し、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、はるかに効率的で小型で軽量なデバイスが実現します。トランスは依然としてガルバニック絶縁を提供するため、従来のリニア回路と同様に安全性が確保されます。

線形回路は、特定の狭い範囲の入力電圧 (例: 220～240 VAC) に合わせて設計する必要があり、周波数 (通常は 50 Hz 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 モード電源は非常に広範囲の電圧と周波数で効率的に動作できます。1 つの 100～240 VAC 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 モード AC アダプターは、発生する電磁干渉に対して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 スイッチング設計の性質上、これらの予防策を実装しないと、比較的高エネルギーの高調波が生成され、スペクトルの無線部分に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。そのため、たとえば、1 メガヘルツ領域の中波 (米国 AM) 放送帯域での干渉は強くなる場合がありますが、100 メガヘルツ付近の FM 放送帯域での干渉はかなり少なくなります。距離も要因の 1 つです。干渉が無線受信機に近いほど、干渉は強くなります。ギガヘルツ範囲の WiFi 受信でさえ、受信アンテナが放射 AC アダプターに非常に近い場合は、受信品質が低下する可能性があります。干渉が特定の AC アダプターから発生しているかどうかは、疑わしいアダプターを取り外し、問題の無線帯域で受信される干渉の量を確認するだけで判断できます。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。このような場合は、すべてのプラグを抜いて、原因が見つかるまで 1 つずつ差し込んでください。

外部 AC アダプタは、小型またはポータブルの電子機器に電力を供給するために広く使用されています。その利点は次のとおりです。

• 安全性 – 外部電源アダプタを使用すると、製品設計者は安全性の問題を心配する必要がなくなります。このタイプの機器の多くは、内部で安全上の危険を及ぼさない程度に低い電圧のみを使用しますが、電源は危険な主電圧を必然的に使用する必要があります。外部電源を使用する場合 (通常は電源コネクタ経由、多くの場合は同軸タイプ)、機器は筐体内の危険な電圧を考慮して設計する必要はありません。これは、内部の電気部品が破損して露出する可能性のある軽量ケースを備えた機器に特に当てはまります。
• 熱の低減 - 熱は電子部品の信頼性と寿命を低下させ、敏感な回路の精度が低下したり、誤動作を引き起こしたりする可能性があります。独立した電源により、装置から熱源が除去されます。
• 電気ノイズの低減 – 放射される電気ノイズは距離の 2 乗に比例して減少するため、メーカーにとっては、ノイズの影響を受けやすい回路から安全な距離にある外部アダプタで、ノイズの可能性がある AC ライン電源または自動車用電源を「クリーン」なフィルタリングされた DC に変換することが有利になります。
• 重量とサイズの削減 - 充電式バッテリーで駆動する機器から電源コンポーネントと主電源接続プラグを取り除くことで、持ち運ぶ重量とサイズが削減されます。
• 交換の容易さ – 電源装置は、電力スパイクの影響を受け、内部で廃熱が発生するため、他の回路よりも故障しやすくなります。外部電源装置は、受電装置を修理する必要なく、ユーザーがすぐに交換できます。

• 構成の多様性 - 外部電源の電子製品は、必要に応じてさまざまな電源 (120 VAC、240 VAC、12 VDC、または外部バッテリー パックなど) で使用できるため、現場での使用や旅行時に便利です。
• 簡素化された製品在庫、流通、および認証 – 国際的に販売および使用される電子製品は、さまざまな電源から電力を供給され、多くの管轄区域の製品安全規制を満たす必要があり、通常、Underwriters Laboratories (UL)やTÜVなどの国または地域の安全機関による高額な認証が必要です。デバイスの 1 つのバージョンを多くの市場で使用し、さまざまな外部電源でさまざまな電力要件を満たすことができるため、デバイスの 1 つのバージョンのみを製造、在庫、およびテストする必要があります。デバイスの設計が時間の経過とともに変更された場合 (よくあることです)、電源設計自体を再テストする必要はありません (その逆も同様です)。
• 定電圧は、コンピューターやラップトップで使用される特定のタイプのアダプターによって生成されます。これらのタイプのアダプターは、一般にエリミネーターとして知られています。

消費者調査では、電子機器で使用される電源アダプターの多さ、コスト、不便さ、無駄遣いに対する不満が広く示されている。^[3]

一部の電源装置の非効率性の問題はよ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こうした装置を「エネルギー・ヴァンパイア」と呼んだ。^[4] EUや米国のいくつかの州では、こうした装置によって浪費されるエネルギーのレベルを削減するための法律が制定されつつある。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、他の人たちは^{、これらの}非効率的な機器は低電力であり、例えば小型バッテリー充電器に使用される機器であるため、たとえ効率が低くても、無駄になるエネルギーの量は家庭の電気エネルギー消費量の1％未満であると主張しています。^[要出典]

小型電子機器の電源の総合効率を考えると、2002 年のレポートでは、従来の主電源周波数リニア トランス ベースの電源の効率は 20 ～ 75% で、電源が投入されていても電力を供給していないときでもかなりのエネルギー損失があることがわかっています。スイッチング モード電源(SMPS) ははるかに効率的です。優れた設計では 80 ～ 90% の効率を実現でき、はるかに小型で軽量です。2002 年には、低電力の民生用電子機器によく使用されるほとんどの外部プラグイン「壁コンセント」電源アダプタはリニア設計で、一部の機器に組み込まれた電源も同様でした。^{[引用が必要]}

外部電源は、使用していないときでもプラグが差し込まれたままになっていることが多く、その状態で数ワットから35ワットの電力を消費します。報告書では、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%）に交換し、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）に交換し、電源のスタンバイ消費電力を1ワット以下に減らすことで、米国では年間約320億キロワット時（kWh）、つまり総電気エネルギー消費量の約1%を節約できると結論付けています。^[5]

このレポートが発表されて以来、SMPS は実際に、ウォール ウォータにおいても、リニア電源を大幅に置き換えてきました。2002 年のレポートでは、米国で消費される電気エネルギーの 6% が電源装置 (ウォール ウォータだけは含まない) を「通っている」と推定されています。レポートが発表された Web サイトでは、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量の少なくとも 2% を消費しています。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ます」と述べられています。^[6]

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、非効率な電源は触ると熱くなります。電気負荷がないのに電力を無駄にしている電源も同様です。この無駄な熱は、暖かい気候ではそれ自体が問題になります。過熱を防ぐために、また大規模な電源から不要な熱を取り除くために、追加の空調が必要になる場合があるからです。

外部電源アダプタは故障したり、電源供給先の製品から外れたりすることがあります。そのため、交換用アダプタの市場があります。交換用アダプタは、入力電圧と出力電圧が一致し、電流容量と一致するかそれを超え、適合するコネクタが取り付けられている必要があります。多くの電気製品には、必要な電源に関する情報が適切にラベル付けされていないため、元の電源の仕様を事前に記録しておくと、後で元の電源を紛失した場合に交換が容易になります。電源アダプタに注意深くラベルを付けると、機器の損傷を引き起こす可能性のある取り違えの可能性も減ります。

一部の「ユニバーサル」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。^[7]スイッチング電源の登場により、110 VACから240 VACまでの任意の電圧で動作できるアダプタが広く利用できるようになりました。以前は100〜120 VACまたは200〜240 VAC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）も利用できます。^[8]

汎用電源では、複数のプラグサイズとタイプを備えた4 ウェイX コネクタまたは 6 ウェイスター コネクタ(スパイダー コネクタとも呼ばれる)が一般的です。その他の交換用電源には、電源コネクタを変更するための仕組みがあり、セットで購入すると 4 ～ 9 種類の異なるコネクタを選択できます。これにより、はんだ付けを必要とせずに、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 および他の競合ブランドは、交換可能なコネクタを備えた同様の AC アダプタを提供しています。

電源装置のラベルは、さまざまな状況下で実際に供給される電圧の信頼できるガイドではない場合があります。多くの低価格の電源装置は「非安定化」であり、負荷によって電圧が大幅に変化する可能性があります。負荷が軽い場合は、公称「銘板」電圧よりもはるかに高い電圧を出力する可能性があり、負荷を損傷する可能性があります。負荷が重い場合は、出力電圧が著しく低下し、公称定格電流内でも公称ラベル電圧を大幅に下回る場合があり、供給されている機器が誤動作したり損傷したりします。リニア レギュレータ (スイッチ レギュレータとは異なります) 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、より小型、軽量、かつ効率的です。入力電圧と負荷電流が変動しても、非調整電源よりもはるかに安定した電圧を出力します。導入当時は価格が高かったのですが、21 世紀初頭までにスイッチング コンポーネントの価格が下がり、安価な電源でもこの技術を使用できるようになり、大型で重い主電源周波数トランスのコストが削減されました。

一部のユニバーサル アダプタは、交換可能なチップの範囲に応じて、出力電圧と最大電流を自動的に設定します。多くのノート パソコンやモバイル デバイスに適合し、適切な電力を供給できるチップが用意されています。異なるチップは同じコネクタを使用することがありますが、自動的に異なる電力を供給します。電力を供給する装置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 モード電源の登場により、アダプタは適切なプラグを使用して 100 ～ 240 V の任意の AC 主電源で動作できるようになりました。標準の 12 V DC 車両および航空機電源での動作もサポートできます。適切なアダプタ、アクセサリ、およびチップを使用すれば、さまざまな機器をほぼすべての電源から電力供給できます。

USB技術をベースにした「グリーンプラグ」システムが提案されており、これにより消費機器は外部電源にどのような電力が必要かを伝えることができる。^[9]

バッテリーエリミネーターは、ラジオなどのバッテリー駆動の機器をACコンセントから操作できるようにするためのアダプターです。^[10]

1920年代中期から後半まで、水晶セットを除くすべてのラジオは、不便で扱いにくい真空管バッテリーを使用していました。電灯ソケットに差し込むバッテリーエリミネーターが非常に人気になりました。^{[11]初期の商用ユニットは}、エドワード・S・ロジャース・シニア社によって、バッテリーレスラジオの製品ラインを補完するものとして1925年に製造されました。^[12]バッテリーエリミネーターの別の初期の製造者は、ガルビン・マニュファクチャリング・コーポレーション（後にモトローラとして知られる）であり、1928年9月25日にポール・ガルビンと彼の兄弟ジョセフ・E・ガルビンによって設立されました。^{[13]ラジオのエリミネーターは、} R​​CAが1927年にACチューブを導入し、受信機を家庭用電源に差し込むことができるようになった後、時代遅れになりました。業界は急速にACチューブを採用し、フィルコのようにその製品のみを製造し始めた会社は、関連性と存在を維持するためにすぐにラジオ製造に方向転換しなければなりませんでした。^[11]

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が内蔵されていました。物理的なスペースを節約し、重量を軽減して携帯性を高めるために、電源ユニットは外付けになりました。^[14]

ノートパソコンを充電しながら操作する場合、充電を制御する集積回路が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、妥協のない一定の充電速度を維持しながら、使用中にデバイスのコンポーネントに電力を供給することができます。

USBコネクタ(および電圧) は、多くのポータブル デバイス用の低電力 AC アダプタの事実上の標準として登場しました。シリアルデジタル データ交換に加えて、USB 標準は5 VDC 電力、最大500 mA ( USB 3.0 では900 mA ) 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、DC 電力のみを目的として USB に接続するように設計されており、データ交換には使用されません。USB 実装者フォーラムは2007 年 3 月に USB バッテリ充電仕様をリリースしました。この仕様では、「...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出すことを許可する制限、検出、制御、および報告メカニズム...」を定義しています。^[15] 扇風機、ランプ、アラーム、コーヒー ウォーマー、バッテリー チャージャー、さらにはおもちゃまでもが、USB コネクタから電力を供給される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 アダプタは、120 VACまたは240 VAC電源、あるいは12 VDC自動車電源を5 VDC USB 電源に変換するために広く使用されています (右の写真を参照)。

電子機器の小型化の傾向により、マイクロ USBコネクタやミニ USBコネクタへの移行が進んでいます。これらのコネクタは、機能的には元の USB コネクタと互換性がありますが、物理的には小型です。

2012 年には、通常は専用アダプタに依存する ラップトップ コンピュータなどのデバイスに適した、最大 100 ワットの供給を標準化するUSB 電力供給仕様が提案されました。

ITUは勧告ITU-T L.1000「携帯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」を発行しました。この勧告では、GSMA/OMTP提案および欧州共通外部電源とほとんどの点で類似した充電器が指定されています。ITU勧告は2011年6月に拡張および更新されました。^[16]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ます。

欧州連合は、 2010 年から販売される「ハンドヘルド データ対応携帯電話」(スマートフォン) 用の共通外部電源を定義しました。これは、互換性のない多くの専用電源を置き換え、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。準拠した電源は、マイクロ USB コネクタを介して 5 VDC を供給し、90 ～ 264 VAC の範囲の推奨入力電圧が処理されます。

2006年に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配線が装備され、外部のAC-DCアダプタ回路が不要になりました。^{[17] [18]}

IEC は、交換可能なラップトップ電源の規格であるIEC 62700 (正式名称は「IEC 技術仕様 62700: ラップトップ コンピュータ用 DC 電源」) を作成し、2014 年 2 月 6 日に公開しました。

ウィキメディア・コモンズには、電源アダプタに関連するメディアがあります。

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