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» 2019年09月20日 11時00分 公開

プログラマブル直流安定化電源の基礎知識(1):プログラマブル直流安定化電源の市場動向や種類 (1/5)

直流電源はさまざまな分野で使われているため、多くの製品が市場にある。今回の解説では、製品の開発や生産の現場で使われているプログラマブル直流安定化電源のうち、対象物にエネルギーを供給する試験用電源について、「製品の種類、機器選定での留意点、製品の内部構造、使用上の注意点、利用事例の紹介」などの基礎知識を紹介していく。

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 本記事は、計測器専門の情報サイト「TechEyesOnline」から転載しています。

はじめに

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 直流電源の歴史は古く、1800年にボルタが電池を発明したときから始まる。電池は電気化学現象を利用して直流の電気を得るため、長時間に渡って安定した電源として使うことは難しいが、電池の登場によって電信通信やアーク灯といった新しい技術が生まれた。

 セレン整流器や二極管の発明によって、発電機から得た交流を整流して直流を安定して取り出すことができるようになった。その後、電子回路の進化によってプログラマブル(出力可変型)直流安定化電源が開発され、任意の電圧や電流を得ることができるようになり、試験や検査での利用が始まった。

 直流電源はさまざまな分野で使われているため、多くの製品が市場にある。今回の解説では、製品の開発や生産の現場で使われているプログラマブル直流安定化電源のうち、対象物にエネルギーを供給する試験用電源について、「製品の種類、機器選定での留意点、製品の内部構造、使用上の注意点、利用事例の紹介」などプログラマブル直流安定化電源を理解するうえでの基礎知識を紹介していく。今回は紙面の都合でバイポーラ電源(高速直流電源)と高電圧電源の詳細は割愛する。

また、解説記事ではプログラマブル試験用直流電源のうち、一般によく利用されているドロッパ方式電源とスイッチング方式電源を便宜上「直流電源」という表現をする。

 今回の記事は菊水電子工業の協力を得て執筆を行った。

図1:さまざまな直流電源装置

 上記の図はさまざまな直流電源を示している。試験や検査で使われるのは、点線で囲ったプログラマブル安定化直流電源である。この領域の計測に使われる電源について、概要を示す。

ドロッパ方式直流電源

 リニア電源やシリーズ電源といわれることもある直流電源で、低ノイズではあるが効率はスイッチング電源と比較するとよくない。ノイズを嫌う用途で使われる。

図2:コンパクトなドロッパ方式電源(PMX-Aシリーズ) 提供:菊水電子工業

スイッチング方式直流電源

 効率がよいため、現在では主流となっている。最近のスイッチング方式直流電源はノイズ対策がされているため、幅広い分野で利用されている。また、ドロッパ方式直流電源では難しい大容量電源を作ることができるため、ハイブリッド自動車などの試験に使われている。

図3:ベンチトップのスイッチング方式直流電源(PWR-01シリーズ) 提供:菊水電子工業

高電圧電源

 数千〜数万ボルトの直流電圧が発生できる高電圧電源は「光電子増倍管、質量分析、電子ビーム、複写機などの感光ドラムへの帯電」などに使われる。

バイポーラ電源

 直流から高い周波数帯域を持った電力を供給(ソース)できると共に吸収(シンク)することができる4象限電源で、低出力インピーダンスの電力増幅器としても利用される。信号源と組み合わせて高速な試験波形を発生できるので、自動車に搭載される電子機器の電圧変動試験や圧電素子の駆動試験などに利用される。

図4:高速動作が可能なバイポーラ電源(PBZシリーズ) 提供:菊水電子工業

校正用電圧電流発生器

 電圧や電流を測定するデジタルマルチメータやプラント制御機器など、校正や検査に利用される基準として使われる電圧電流発生器である。通常の直流電源と異なり、大きなエネルギーを発生する目的には使われない。

図5:6.5桁デジタルマルチメータまで校正できる電圧電流発生器(5522A) 提供:TFF フルーク社
図6:プラント制御機器の点検に使われる電圧電流発生器(CA150) 提供:横河計測

ソース/メジャーユニット

 電子部品や電子回路の評価を行うための「高精度な電圧電流発生装置+電圧電流測定器」である。主に利用されるのは半導体の評価で、測定器メーカーが提供するPCソフトウェアを使って半導体の電圧電流特性が評価できる。

 最近ではパワー半導体の評価ができる大容量のソース/メジャーユニットも登場している。

図7:半導体評価に使われるソース/メジャーユニット(GS820) 提供:横河計測
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