安定化電源

安定化電源は組み込み回路であり、安定化されていないAC（交流）を一定のDCに変換します。整流器の助けを借りて、AC電源をDCに変換します。その機能は、一定の電源制限内で動作する必要がある回路またはデバイスに安定した電圧（まれに電流）を供給することです。安定化電源からの出力は、交流または一方向の場合がありますが、ほぼ常にDC（直流）です。^[1]使用される安定化の種類は、さまざまな負荷条件下で出力が特定の制限内にとどまるようにすることに限定される場合もあれば、電源自体の変動に対する補償も含まれる場合があります。後者は現在でははるかに一般的です。

ベンチ電源とは、通常、電子回路のBE（ベンチテスト）に有用なさまざまな出力電圧を供給できる電源のことを指し、出力電圧は連続的に変化するか、またはいくつかのプリセット電圧だけである可能性があります。一部の電源には、反比例する傾向がある複数の選択可能な電流/電圧制限範囲があります。^{[2] [3] [4]}

実験室 (「ラボ」) 電源は通常、正確なベンチ電源を意味しますが、バランス電源またはトラッキング電源は、回路に正と負の両方の電源レールが必要な場合に使用するツイン電源を指します。

可変ベンチ電源には、リニア(トランスファースト) とスイッチングモード電源(フルブリッジ整流器ファースト) の両方があり、それぞれに異なる利点と欠点があります。

リニアタイプはノイズ（または「リップル電圧」）が非常に少なく、外部の電磁干渉や無線周波数干渉（EMI、RFI）の影響を受けにくいため、オーディオ機器やラジオ関連のアプリケーション、および繊細な回路の電源に適しています。^[5]リニア電源は故障する部品が少ないため寿命が長く、^[a]過渡応答が速いです。リニア可変ベンチ電源は古くから存在しており、少なくとも1980年代にまで遡ります。^{[6] [7] [8]}リニア電源は、通常、電圧を調整する際に、変圧器のタップ間の調整によってクリック音を発します。これは、変圧器の二次側の選択されたセクションを広げたり狭めたりして、ユーザーが選択した出力電圧にできるだけ近づけることで、熱に無駄になるエネルギーを減らすために行われます。^{[9] [10]}

スイッチング電源は、同様の電力定格でより軽量、効率的、コンパクトなため、高電力アプリケーションに適しています。効率が高いということは、同じ出力電力で発生する熱が少なく、エネルギーの無駄が少なくなり、必要な冷却が少なくなることを意味します。さらに、スイッチング電源は、範囲の両端の約20ボルトのセクションではなく、通常約110〜240ボルトのより広い主電源入力電圧範囲で動作できるため、国際的に動作できます。同様のスイッチング技術は、携帯電話、ラップトップコンピューター、電動自転車などのバッテリー駆動デバイスを充電するACアダプターにも使用されています。^[11]

一部の高電流電源には、高電流動作用に背面出力があります。その極はこのような電流に対応するために大きくなっており、通常は最初はプラスチックのキャップで覆われています。極は、それに応じたサイズのワニ口クリップに接続できます。^{[12] [2]}

フロント パネルには通常、「CV」(「定電圧」) と「CC」(「定電流」) のLEDインジケーターがあります。負荷によって要求される電流がユーザーが設定した制限を超えると、電源は自動的に後者のモードに切り替わり、電流制限を超えないように電圧を下げます。

電源のコントロールはモデルによって異なります。多くのモデルには電圧と電流を設定するための回転ノブがあり、それぞれに「粗調整」ノブと「微調整」ノブが付いています。粗調整ノブは全範囲にわたってパラメータを調整し、微調整ノブは狭い範囲内での調整を容易にします。一部のモデルには電流用の「微調整」ノブがありません。これは、消費電流が特定の電圧での負荷によって決まるため、正確に調整する必要があまりないためです。^[13]

一般的にはハイエンドモデルには、デバイス全体の電源をオン/オフにすることなく出力を切り替えるボタン、電圧/電流の組み合わせへのショートカットのメモリ、ユーザーが指定した電流制限に達したときに自動的に電源を切るオプション（「過電流保護」）、外部電圧が出力を超えた場合に電源を切る同様に過電圧保護、より多くの桁（3桁ではなく4桁または5桁）のインジケーターディスプレイ、アナログではなくデジタルの電圧制御、誤って調整されないように電力設定をロックする機能などの追加機能が装備されているものもあります。^[14]出力電圧/電流メーターに加えて、両方の積をリアルタイムで表示するワット数（電力）メーターとUSB充電ポートを装備しているものはほとんどありません。^{[15] [16] [17]}

多くのモデルには持ち運び用のハンドルが上部に付いています。冷却には、ヒートシンク、ファン、またはその両方を使用できます。ヒートシンクは外部または内部に取り付けることができます。ヒートシンクは静かですが、ファンの方が冷却に効果的です。ファンの速度は温度または出力電流に基づいて調整され、前者はアイドル時または断続的な電力出力中は冷却が速くなりますが、後者は出力電流の量を音声でフィードバックします。^{[13] [17]}

一部の電源装置には2つの出力チャンネルがあります。これらは学校で使用されている可能性があります。マルチチャンネルユニットは、ハードウェアを共有するため、2つの個別のユニットよりもコストが安くなる傾向があるためです。ハイエンドのものは、2つのチャンネルを内部で直列回路に接続して電圧制限を2倍にすることができます。通常、より低出力の3番目の補助出力チャンネルを備えた電源装置はほとんどありません。通常、右端または中央近くにあります。^{[18] [19]}

外部電圧を測定するための統合電圧計パネルを備えたベンチ電源ユニットは1990年代、あるいはそれ以前に存在していましたが、ポータブルマルチメータの登場によりその機能は時代遅れになりました。^[6]

• 携帯電話用電源アダプター
• 家電製品の安定化電源
• 各種アンプと発振器

安定化電源が発明されて以来、多くのトポロジが使用されてきました。初期の技術には、鉄水素抵抗器、共振変圧器、非線形抵抗器、負荷抵抗器、ネオン安定管、振動接触レギュレータなどがありました。

現代の安定化電源では、主にトランス、シリコン ダイオード ブリッジ整流器、リザーバ コンデンサ、電圧レギュレータIC が使用されています。このテーマには、複数の電圧ライン、可変レギュレータ、電力制御ライン、ディスクリート回路などを備えた電源など、さまざまなバリエーションがあります。スイッチング モード レギュレータ電源には、インダクタも含まれます。

場合によっては、安定化電源ははるかに複雑になることがあります。1980 年代のテレビの電源例では、主電源とライン出力段の双方向の相互作用を利用して動作し、さまざまな安定化レベルを持つさまざまな出力電圧を生成していました。どちらの段ももう一方の段が動作していないと起動できないため、電源にはシステムをパルスで動作させるキックスタート システムも含まれていました。電源はテレビの電源回路の電圧も監視し、これらの電圧が仕様外になるとシャットダウンします。特殊なアプリケーションでは、電源はさらに複雑になることがあります。