2015年12月06日

番外編 -電源

前回のコンデンサに引き続き、今回も3Gカメラに関する説明を行います。
元々は三端子レギュレータについて説明する予定でしたがそれは次回とし、今回は電源について説明します。


目次



1. 電源とは

電源とは電気を供給する装置や部品です。電気製品は電源から電気を供給してもらわないと動きません。
身近な電源には発電所乾電池などがあります。これらの電源は電気以外のエネルギーから電気を作る電源です。発電所は発電機を回転させて、乾電池は物質を化学反応させて電気を作ります。

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図1 電源のイメージ

電源には他にも種類があり、電気から電気を作る電源(=変換器、コンバータ)があります。パソコンなどに付属しているACアダプタや3Gカメラの三端子レギュレータが該当します。
この電源の役割は電気が電気製品と合うように変換することです。電気製品を動かせる電圧や電気の種類(交流・直流)は決まっています。電源の出力する電気と電気製品を動かせる電気が合っていない場合、コンバータを使って電気を変換します。

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図2 電源(コンバータ)のイメージ

これらの電源を組み合わせて必要な電気を作ることで電気製品を動かせます。

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図3 電源から電気製品までの流れ


2. 交流と直流

先ほど、電気の種類として交流・直流と書きました。電気は交流(AC, Alternative Current)と直流(DC, Direct Current)の2種類があります。発電所は交流で、乾電池は直流です。
交流と直流の違いで分かりやすいのは電圧波形です。交流の電圧は+と-を行ったり来たりして波の形をしています。一方、直流の電圧は一定です。

dec05_電源_4.png
図4 交流と直流

交流と直流は特性が異なりますので、交流に対応した電気製品には交流電源直流に対応した電気製品には直流電源を使わないといけません。


3. コンバータの種類

Arduinoなど大半の電子機器を動かすには直流電源が必要ですが、コンセントは交流電源です。そのためコンセントの電気でArduinoを動かすためには交流を直流に変換する電源が必要です。このような電源をAC/DCコンバータといいます(表記はAC/DC以外にAC-DCやACDCなどがあります)。例としてパソコンに付属しているACアダプタがあります。


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図5 AC/DCコンバータ

電子機器を動かすには交流か直流かに加えて、電圧が機器と合っていることも必要です。そのため、入力された直流の電圧を変換して出力する電源も必要です。このような電源をDC/DCコンバータといいます。例として三端子レギュレータがあります。
(三端子レギュレータは広義の意味ではDC/DCコンバータですが、一般にDC/DCコンバータと言った場合は三端子レギュレータを含まないです。次々回あたりで説明します)

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図6 DC/DCコンバータ


4. 電源の組みあわせ

これで交流電源、直流電源、AC/DCコンバータ、DC/DCコンバータを説明しました。電子機器を動かすにはこれらの電源を組み合わせて、必要な電気を作ります。
例えば、ArduinoはパソコンとUSBケーブルで接続して動かす場合が多いですが、そのときは電源を図7のように組み合わせています。パソコンにはAC/DCコンバータなどがついているため、パソコンが電源代わりとなります。

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図7 Arduino動作時の電源(USB使用時)

また、ArduinoはUSBケーブル接続だけでなく、ACアダプタ接続(DC 7[V] 〜 DC 12[V])でも動かすことができます。このときの電源の組みあわせは図8です。

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図8 Arduino動作時の電源(ACアダプタ使用時)

Arduinoの中にも電源があります。Arduinoの電源は図9のように、DC 7[V] 〜 DC 12[V]をDC 5[V]に変換したり、DC 5[V]をDC 3.3[V]に変換したりします。

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図9 Arduino内部の電源


上記で説明したことをまとめます。
  • 電源には電気を作る電源と電気を変換する電源(コンバータ)がある。
  • 電気には交流と直流がある。
  • 電子機器を動かすには様々な電源を組み合わせて、機器に合う電気を供給する必要がある
これで電源についての説明は終わりです。次回は三端子レギュレータの説明をします。


参考資料

  1. 作者名:TDK株式会社. "パワーエレクトロニクス・ワールドへ、ようこそ。". サイト名:TDK株式会社. http://www.tdk.co.jp/techmag/power/200806/index.htm, (参照日:2015-12-06)


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posted by ました at 16:49| Comment(0) | TrackBack(0) | 電子工作の知識 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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