ACアダプターの構成・方式・装置設計での選び方《電源回路の基礎》

電源回路とACアダプターの解説

電源回路の中でも「ACアダプター」は、私たちにとって最も身近な存在の一つです。例えば、ノートパソコンでは、本体と電源コンセントの間にある黒い箱がACアダプターです。また、スマートフォンの充電器（USB電源）などもACアダプターの一種です。

このように、普段私たちは意識していませんが、ほとんどの人が日常的に使用している電源回路が、ACアダプターといえるでしょう。
今回は、ACアダプターについてみていきましょう。

１．ACアダプターとは

図1に「電源回路の基本を解説」で示した電源回路の出力による分類を示します。

ACアダプターの基礎
【図1　電源回路の分類（出力での分類）】

図1のように、電源回路は出力で見ると大きく2種類に分けられます。
一般に、直流から交流に変換する回路を「インバータ」、交流から直流に変換する回路を「コンバータ（AC/DCコンバータ）」と呼びます。
図1の中で、ACアダプターは、AC（交流）からDC（直流）を作るAC／DCコンバータに相当します。

ACアダプターは、電気製品で使用する電源を供給するための電子機器です。発電所から供給される商用電源（交流）を、機器で使用できる直流電源に変換し、さらに必要な電圧に調整する役割を持っています。日本の場合、商用電源の電圧は100Vで、周波数は地域によって50Hzまたは60Hzとなっています。
このため、日本ではAC100Vから、電気製品の内部で必要とされる電圧（DC5VとかDC12Vなど）に変換されるものが多く使われています。

２．ACアダプターの構成

図2は、ACアダプターの構成を簡単に示した図です。
ACアダプターは、主に、電圧変換部と整流部と平滑部で構成されています。

ACアダプターの構成
【図2　ACアダプターの基本的な構成】

電圧変換部： AC100Vを必要とするAC電圧に変換します。部品としてトランス（変圧器）が用いられます。
（※トランスの基礎知識についてはこちら）
整流部： AC（交流電圧）→DC（直流電圧）に変換します。部品としては、整流素子にダイオードブリッジが用いられることが多いです。
平滑部：整流のみでは完全な直流になっていません（脈流）。コンデンサを用いてリップルを低減し、より平滑な直流にします。

ACアダプターの基本構成は、図2の通りですが（この方式は一般に「トランス方式（リニア電源）」と呼ばれます）、出力電圧が安定しないため（接続する負荷の影響を受けやすい）、平滑部の後段に、さらに安定化回路を加える場合もあります。

３．スイッチング方式のACアダプター

スイッチング方式は図2のタイプと原理的に異なり、図3のような構成です。
AC100Vを整流、平滑したDCを「スイッチング回路」によりON／OFFします。
この出力を再び整流・平滑することで、スイッチングのデューティ比に応じた平均電圧の直流が得られます。（図4を参照）

出力変動に対しては、変動を検出し、スイッチング制御（電圧制御）を行って、常に一定となるように変動を検出し、フィードバック制御により出力電圧を一定に保ちます。この方式には大きなトランスを用いる必要がなく、電源装置が小型になり、AC→DCへの変換効率も良いというのが特長です。
なお、図3におけるトランスは数十kHz以上の高い周波数用なので、50Hz／60Hz用のトランスと比べて小型、軽量なものが使えます。

【図3　スイッチング方式のACアダプターの構成】

平均値の直流
【図4　スイッチング方式の出力イメージ】

なお、注意点としては、スイッチング方式は原理的に高速（数十kHz～数百kHz）でスイッチ（MOSFETなど）がON／OFFしますので、これによる「スイッチングノイズ」が発生します。
機器によっては、例えばAMラジオなどでは、このスイッチングノイズの影響を受ける場合があるため、適切なノイズ対策が必要です。