電源回路の「しくみ」と「基本」2章 (3)ブリッジ整流の電源設計

ブリッジ整流を用いた電源設計

前回はブリッジ整流回路に必要な部品の定格をまとめた。
今回は実際にtinaを使って回路設計＆シュミレーションをしてみる章。

仕様

以下の回路を設計したい

・出力電圧・電流：12V・1A
・出力リプル：5％以下
・回路：ブリッジ整流回路

部品選定

①トランス
トランスは12Vや15V等さまざまあるが、以下を気にして選ぶ。

・直流出力電圧はおおよそ交流の最大値になる¹

以上を加味すると、トランスは出力10V、容量1.65A以上のものを選定すればよい。

②ダイオード
ダイオードは、平均電流と逆耐電圧を気にする。

・平均電流：全波整流の平均電流は負荷電流の半分なので、0.5A
・逆耐電圧：逆耐電圧はトランスの出力電圧の最大値なので、14V

③コンデンサ
コンデンサはシュミレーションをしてみて適切な容量を選択する。

上の3本のグラフが、出力電圧。コンデンサの容量が大きいほど、波のゆれが小さい。
下の3本のグラフが、電流。コンデンサの容量が大きいほど、波が高い（突入電流が大きい）

仕様はリプル含有率5％なので、
リプル含有率 = 交流部分のVPP / 2√2 / 直流電圧 × 100％　より、
交流のVPP = 5 ×　2√2 × 10V / 100 = 1.4V

シュミレーションの結果から、VPP=1.4Vとなるコンデンサを探すと、C=6000uFあれば十分となる。

過渡解析

シュミレーションの結果、出力電圧は以下のようなシュミレーションとなる。
上のグラフが無負荷の場合、下のグラフが12Ω負荷の場合。

1. 意味がわらかん。交流の「実効値」と出力の直流は同じ電圧になるのではないのか。
   ・ダイオード1個あたり1Vの電圧降下がある（電圧降下は直列回路に繋がる抵抗で考えればよい。ブリッジ整流回路の場合、直列には2個のダイオードが繋がっているため、降下は2Vとなる。つまり12+2=14V（実効値10V）のトランスが必要。）
   ・出力電流とトランス容量は異なる。（前回の記事より、トランスで作れる電流は、負荷に流す電流より2倍くらい大きい必要がある。全波整流の場合、1.65倍の電流が必要となる。） ↩