プログラマブル電源とは
プログラマブル電源とは、その出力を任意に可変できる電源のことです。
一般的な電源でも、出力電圧や電流の設定を手動操作で調整することができます。しかし、プログラマブル電源では、コントローラからのコマンドで自在に出力の電圧や電流、周波数を設定できる点が特徴です。
プログラマブル電源の使用用途
プログラマラブル電源は、半導体デバイス等の特性試験や電子機器の検査装置に利用されています。自動的にデータを取得する場合や、電源条件を徐々に変化させて測定対象の応答を調査する場合に便利です。
特に半導体の電圧電流特性を測定する用途では、高精度なプログラマブル電源と電圧電流測定器を同一の筐体に収め、コントローラによって制御される専用の測定装置があります。最近では、パワー半導体の評価ができる大容量のプログラマブル電源と計測ユニットを組み合わせた製品も登場しています。
その他、家電などの機器から、航空宇宙分野や、軍事産業、発電/再生エネルギー分野等、プログラマブル電源が活用される分野は広がりつつあります。
プログラマブル電源の原理
基本的にプログラマブル電源は安定化電源の一種であり、その中の基準電圧をD/Aコンバータで設定すると、それに応じた電圧もしくは電流が出力されます。コントローラに接続されている場合は、コントローラがD/Aコンバータのデータを書き換えることで、出力電圧/電流を変化させることが可能です。
プログラマブル電源の種類
電源回路の構成で分類すると、次のようなものがあります。
1. ドロッパ方式直流電源
リニア電源やシリーズ電源ともいわれる直流電源で、出力電圧のノイズが小さなことが特徴一つです。主に微小な信号を扱う場合など、ノイズを極力少なくしたい測定において利用されますが、電力の変換効率は全般的に低く、発熱が多いので放熱対策が必要です。出力電圧は基準電圧と比較され、常に一定の電圧となるようフィードバック制御されています。
2. スイッチング方式直流電源
ドロッパ方式と比較すると効率が良いため、現在では主流になっている電源装置です。多少ノイズが大きくなりますが、発熱が少なく大容量電源を作ることができるため、大きな電流を必要とする試験装置、例えばハイブリッド自動車の試験にも採用されています。ドロッパ方式と同様、出力電圧は基準電圧と比較され、常に一定の電圧となるようフィードバック制御されています。
3. 高圧電源
一般的なプログラマブル電源の出力電圧範囲は数十ボルトですが、高電圧出力に特化した電源があります。数千～数万ボルトの直流電圧が発生できる高電圧プログラマブル電源は、以下のような用途で使われています。
- 光電子増倍管
- 質量分析装置
- 電子ビームの制御
- 複写機等の感光ドラム帯電
ただし、単独で使われることは稀で、多くの場合装置の一部としてシステムに組み込まれています。
4. バイポーラ電源
直流だけではなく交流も出力可能な方式で、電力のソース機能だけでなくシンク機能も有しています。回路構成としては一種の電力増幅器であり、電源のみならず電子負荷としても使うことが可能です
電力増幅回路であるため、比較的高い周波数の交流電力も出力可能で、コントローラや信号発生器と組み合わせて複雑な試験波形を発生させることができます。これを利用して、各種電子機器における電源電圧変動特性の測定や圧電素子の駆動試験などにも用いられています。
5. 校正用の電圧/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ー、生産ラインにおける各種設備などの校正/検査に利用される基準信号として使われる電圧電流発生器もプログラマブル電源の一部です。通常の電源とは異なり、出力電圧や電流値に高精度が求められますが、出力可能な電力の大きさは余り問われません。コントローラと組み合わせて、自動的に校正データを取得する等の利用方法があります。
参考文献
https://www.mco.co.jp/blog/20180423/
https://www.ni.com/ja-jp/shop/hardware/products/pxi-programmable-power-supply.html
https://www.toyo.co.jp/files/user/material/catalog-broucheres/pp-selectionbook.pdf
http://www.nippon-sokki.co.jp/itech/manual/IT7600-manual.pdf