必要な電源供給コンポーネントの選択方法

投稿日十二月 14, 2020
更新日七月 1, 2024

長年にわたり、私はかなりの数の電源を開けてきましたが、小さなベンチトップ電源ユニットに詰め込まれている部品の数にはいつも感心させられました。これらは単にACをDCに降圧して整流しているだけですよね？残念ながら、ほとんどの電子システムと同様に、それほど単純ではありません。特に、実際の電源コンポーネントがどのように動作するかを考えると、特にそうです。

低電力ユニットを設計する必要がある場合でも、複数の調整段階を持つ高電力システムを設計する必要がある場合でも、変換、フィルタリング、調整、および制御のための一連の電源コンポーネントが必要になります。電源システムに必要ないくつかのコンポーネントと、コンポーネントを選択する際に注意すべき重要な仕様について、短いリストをまとめました。

重要な電源コンポーネント

電源のすべてのコンポーネントは重要ですが、電力調整システム内でタスクごとにコンポーネントをグループ化することがより重要です。低電力で作業していて、レギュレータICだけが必要な場合は、そのためのブログがあります。この記事を見て、電圧レギュレータの選び方を確認してください。

それ以外の場合は、システムが熱的または電気的な故障なしに動作できるように、各段階に配置される適切なコンポーネントを選択することがあなたの仕事です。一部のコンポーネントは、電源システムの複数の段階で普遍的に必要です（例：受動部品およびパワーMOSFET）。したがって、これらの点について新しい電源システム設計者に情報を提供しようと思います。大規模な電源およびコンディショニングシステムの入力から出力までの順番で見ていきましょう、および各段階で必要なコンポーネントについて。

入力：整流およびフィルタリング

入力では、共通モードノイズが出力に伝播するのを防ぐために、フィルタリングが必要になります。AC電源（例：発電機から）またはACメイン（グリッド電力）からDCシステムを動かす予定の場合、DCシステムを駆動する場合は整流が必要になります。中程度の電力（高電圧/低電流）にはブリッジ整流器ICが利用可能です。非常に高い電流システムはICを通じて動作できないため、カスタムコンポーネントの範囲が必要になります。

整流ダイオードおよびICについては、順方向電圧/電流および逆方向のブレークダウン電圧に注意してください。入力電力がブリッジ内のダイオードを十分に順方向バイアスし、逆バイアスでブレークダウンを引き起こさないようにする必要があります。フィルタについては、共通モードノイズ低減比（CMRR）とリードの直流抵抗を見るべきです。IRドロップを可能な限り低くしながら、CMRRを十分に高く保つことが重要です。

コンディショニング：電力因数補正および調整段階

低消費電力システムの場合、電力網から電力を取得していても、力率改善（PFC）ICを使用することが望ましいです。これはIEC規格に基づいて要求され、下流のレギュレータ段階の効率を高く保つのに役立ちます。高電力システムにも同様の要件があるため、AC-DC変換のための整流を伴うPFC段階が必要です。 AC-DC電源システムの最初のレギュレーション段階はPFC回路の後に現れ、所望の出力への最初の高電力変換段階を提供します。AC-DCシステムでは、第1レギュレータ段階は効果的に整流からの残留リップルを交換し、安定したDC出力上の高周波ノイズに変換します。下流のレギュレーション段階は、必要に応じて電力を増減し、異なるサブシステムに必要な電圧や電流を提供します。ここでは入出力電圧および電流値が重要ですが、効率も同様に重要です。

Renesas ISL6731BFBZ-T PFC回路の例。高電力システム用には、離散コンポーネントから同様の回路を構築できます。 ISL6731BFBZ-Tデータシートより。

フィードバックと制御

これは電源設計が非常に楽しくなるところです。システムのフィードバックアームは、レギュレータの初期段階やセンシングユニットに電力を返して変換を制御する必要がある領域です。これは、供給電圧がある最小値以上である限り、システムが常に安定した電力を出力することを保証することについてです。フィードバックと制御ループを構築するには、絶縁とカスタムドライバーが必要です。これにより、レギュレータ段階のいずれかからの出力を調整できます。

これらのコンポーネントを選択する際には、さまざまな仕様を見る必要があります。出力が感知され、精密制御を提供するために使用されるフィードバックループ内のコンポーネントの場合、入力電圧/電流仕様がおそらく最も重要です。PWMドライバー/制御回路の場合、PWM周波数をレギュレータセクションの理想値に合わせる必要があります。ESD保護評価もここでは重要で、制御ループ内で有害な放電が発生した場合にシステムが故障しないようにする必要があります。

The テキサス・インスツルメンツのUCC24612 は低側同期整流に使用されます。 UCC24612のデータシートより。

その他の電源コンポーネント

電源に必要なその他のコンポーネントには、上記のセクションすべてに何らかの形で登場する一連の受動部品が含まれます。高出力レギュレータのカスタム電源コンバータ/レギュレータを設計する場合、多数のキャパシタを使用することになるでしょう。最近の無人車両のプロジェクトでは、安定した出力電力を確保するために電源調整セクションだけで100個以上のキャパシタを使用しました。

電源コンポーネントを選択する際には、高度な検索およびフィルタリング機能を備えた検索エンジンを使用する必要があります。Octopartは、電子部品の調達とサプライチェーン管理のための完全なソリューションを提供し、さまざまなアプリケーション用のコンポーネントにアクセスできます。電源管理集積回路のページをご覧ください、次の電源レギュレータに必要な特殊コンポーネントを見つけることができます。

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