位相制御コントローラー

位相制御コントローラは、バックトポロジーのスイッチング電源のように、入力電圧から制御要素自体で発生する損失を差し引いた値を超えない出力電圧しか供給できません。各サイクル中の変調が予測可能または反復的である場合（国の電力網の交流電源の場合と同様）、入力よりも低い出力を得るために、位相制御コントローラは入力変調サイクルの特定の位相角で単純にオフになります。変調サイクルの開始後、位相角が0度より大きい時点でデバイスを導通させることにより、各サイクル内の全エネルギーの一部が出力に存在します。^{[ 4 ] [ 5 ]}

「ブースト」効果を実現するには、PFC設計において、入力側の最大出力が公称出力要件よりも高くなるように定格を下げる必要があります。電源投入時や通常動作時には、コントローラは常に入力の100%未満しか出力しません。ブーストが必要な場合、コントローラは利用可能な最大入力の100%に近い割合で出力します。

主電源駆動の位相制御コントローラは、発熱体などの抵抗負荷の制御によく使用されるため、定格出力の低減が重要です。発熱体の抵抗は、時間の経過とともに増加する可能性があります。これに対応するため、位相制御コントローラは、発熱体に同じ加熱電流を流すために、ある程度の追加電圧を供給できる必要があります。これを実現する唯一の方法は、発熱体が最初に設置された時点では、入力変調サイクルの100%未満で済むように電源を意図的に設計し、発熱体の経年劣化に伴い、徐々に入力変調サイクルの100%に近づけるように電源を開放していくことです。

最も一般的な用途は、家庭用照明制御用の調光スイッチです。

従来、産業用途では、このような素子への電源として、非常に高価で重量のある多段タップ変圧器が使用されていました。素子には対応する巻線のタップが接続され、所望の温度が得られていました。しかし、このため温度分解能は利用可能なタップの組み合わせ数に制限されていました。これらの変圧器は、電気オーブンや電気炉などの機器向けに設計された制御装置によく用いられています。

現代の、通常は高出力の機器では、変圧器の代わりに位相制御コントローラが使用され、負荷が主電源に直接接続されるため、システムが大幅に安価で軽量化されます。しかし、この方法は通常、この方法なしでは実用的ではない機器での使用に限られます。これは、主電源の変圧器がなくなると、負荷が入力と電気的に連続することになるからです。工業用オーブンや炉の場合、入力は多くの場合、接地された電力網の交流です。コントローラの出力が接地されている場合、ユーザーは接地と出力端子のいずれかに接触するだけで感電の危険にさらされます。多くの高出力機器は三相415V、大電流入力で動作し 、筐体やフレームが接地されているため、これは慎重に評価しなければならない重大なリスクです。

位相制御式コントローラの最初の特許は1912年に取得されました。しかし、実際に実現可能になったのは、制御グリッドを備えた水銀アーク管整流器が利用可能になった1920年代になってからです。水銀アーク管には限界があったため、当時この電圧調整方法は一般的ではありませんでした。 1950年代末に固体サイリスタが発明されると、広く普及しました。