多くの電気製品は直流電力によって動いています。そのため、電気製品を動かすには直流電力を安定して供給する必要があります。しかし、商用電源として供給されているのは直流ではなく、交流電力です。交流電力を直流電力として安定的に供給する際に役立つのが直流安定化電源です。
この記事では直流安定化電源について、構成やメリット、デメリットなどを解説します。
直流安定化電源とは
直流安定化電源とは安定した直流電圧を供給できる電源です。直流を供給する製品として代表的なものに電池があります。しかし、電池は時間の経過とともに劣化して、電圧が低下していきます。一方、直流安定化電源の動力源は商用電源であるため、長期間にわたり供給が可能で、電気製品の動作も安定します。
一般的に直流安定化電源にはつまみが設けられています。つまみを回すことで必要な電圧に調整可能です。
非安定化電源とは
直流安定化電源に対して、非安定化電源もあります。非安定化電源はシンプルな構成で直流電圧を供給できます。しかし、直流安定化電源と比較すると入力される電圧や負荷変動、周囲の温度などの要因によって出力が変動してしまいます。
直流安定化電源の2つの構成
直流安定化電源は次の2つの構成に大きく分けられます。
- シリーズレギュレータ
- スイッチングレギュレータ
シリーズレギュレータ
シリーズレギュレータはリニアレギュレータの一つです。リニアレギュレータは抵抗や電圧を制御する素子によって電圧を下げる仕組みです。その中でもシリーズレギュレータは、電圧を制御するために素子が負荷と直列に入っています。
スイッチングレギュレータ
スイッチングレギュレータはスイッチのオン・オフを繰り返すことで電圧を調整します。スイッチングレギュレータは絶縁型と非絶縁型の2つのタイプに大別可能です。それぞれの特徴は次のとおりです。
- 絶縁型：入力と出力部を絶縁することで安全性が確保され、入力の0Vと出力の0Vが異なる場合でも使用できる
- 非絶縁型：入力と出力部を絶縁する部品が不要な分、高効率で小型化もできる
2つのレギュレータのメリット・デメリット
シリーズレギュレータとスイッチングレギュレータはそれぞれにメリット、デメリットがあります。
| 種類 | メリット | デメリット |
| シリーズレギュレータ | 安価 ノイズが少ない | 変換効率が低い 発熱が大きい |
| スイッチングレギュレータ | 変換効率が高い 発熱が小さい | コストがかかる ノイズが多い・大きい |
シリーズレギュレータのメリット・デメリット
シリーズレギュレータは、スイッチングレギュレータに比べて安価に製造可能です。また、電圧を変換する際に発生させるノイズが少ない傾向にあります。
一方でシリーズレギュレータは電圧を下げることしかできません。また電圧を変換する際の発熱が大きく、一般的に変換効率が低い傾向にあるのも、デメリットとして挙げられます。
スイッチングレギュレータのメリット・デメリット
スイッチングレギュレータは電圧を下げる降圧だけでなく、昇圧や昇降圧、反転まで対応可能です。電圧を変換する際の効率は一般的にシリーズレギュレータよりも高く、発生する熱も抑えられます。
一方、設計・開発にあたっての費用が高くなってしまう傾向にあります。また費用だけでなく、ノイズの発生もシリーズレギュレータよりも高くなってしまうのもデメリットです。
スイッチングレギュレータのノイズは放置しない
スイッチングレギュレータは、スイッチを開閉する際にノイズが発生してしまいます。ノイズが発生してしまう理由は、速いスピードでスイッチの開閉をするためです。ハイスピードな開閉によって電流や電圧が急に変化するため、ノイズが発生してしまいます。
スイッチングによるノイズを放置していると、電源自体だけでなく、周囲にある機器の故障や異常につながりかねません。そのため、次のような方法でノイズをカットするのがおすすめです。
- フィルタを用いる
- コンデンサを配置する
- 配線を短くする
- スナバ回路を導入する
適切にノイズカットを行い、周囲の機器への影響をできるだけ低減しましょう。
直流安定化電源によって安定して電気を供給
直流安定化電源は、安定した直流電圧を長期間供給できる電源で、シリーズレギュレータ・スイッチングレギュレータの2つに大別できます。このうちスイッチングレギュレータであれば、降圧だけでなく昇圧や昇降圧にも対応できます。電圧の変換効率も高く発熱も少ないです。しかし、スイッチングレギュレータはノイズが発生してしまうため、フィルタやコンデンサなどで対策が必要です。
