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直流電源の種類と選び方

ここでは直流の電圧や電流を出力する直流電源の種類について紹介します。

計測器検索.coｍのスペック検索では直流で出力される電源・信号源・電圧電流源・SMU・キャリブレータ等の中から
出力の大きさや設定分解能などから検索が可能です。

CV動作/CC動作

CV動作（定電圧出力） CC動作（定電流出力）の意味です。

CV動作では負荷が変動した場合でも設定した電圧を保ち出力を続けます。＝ 負荷の変動に伴い直流電源の出力電流が変化します。

同じくCC動作では負荷が変動した場合でも設定した電流値を保ち続けます。 ＝ 負荷の変動に伴い直流電源の出力電圧が変化します。

＊もちろんこれは電源の定格出力範囲内に限ります。


CV/CC動作の例
・CV(定電圧動作)　電圧設定：5V　負荷：5Ω→1Ωに変化すると　出力電流：1A→5Aに変化
・CC(定電流動作)　電流設定：1A　負荷：5Ω→1Ωに変化すると　出力電圧：1V→5Vに変化

計測器メーカーの直流電源ではほとんどの製品でCV/CC動作は両方備えています。

リップル

電源の出力に乗ってしまうノイズです。

（本当はノイズとリップルで別の定義があるようですが、現場ではあまり使い分けていません）

メーカーや製品によりrms（実効値）表記、p-p（ノイズ波形のpeak to peak）表記、リップルの計測方法（周波数）など基準が変わる場合もあります。

このリップルの性能は電源の方式により違いがあります。

直流安定化電源の方式

一般的な直流安定化電源には「シリーズレギュレータ方式」と「スイッチング方式」があります。
細かな技術的な仕組みはさておき、選定に関係する特徴だけお伝えします。




シリーズレギュレータはリニアアンプ方式やドロッパー方式と呼ばれることもあります

分解能（プログラミング分解能）

電圧や電流の設定をする時の細かさです。

この値が小さい程、出力電圧や電流を細かく設定する事が出来ます。

立ち上がり時間/立ち下がり時間（セトリング時間）

設定した電圧（または定格電圧）に達するまでの時間です。

同じく立ち下がり時間はある設定電圧に下がるまでにかかる時間です。

例えば100Vを出力したい場合に、その電源の立ち上がり時間と立ち下がり時間が100ms となっていた場合は、0Vから100Vになるまでに約100ms の時間がかかり、同じく100Vから0Vにになるまでにも約100msの時間がかかるという事です。

メーカーや製品によっては「セトリング時間」で表す事もあります。

これも考え方は同じで 設定した電圧になるまでにかかる時間です。

＊立上り/立下り時間も、セトリング時間も設定値の90%などとメーカーにより決められていますので各仕様書を確認してください。

負荷変動

CV動作（定電圧動作）をしている直流電源では理想的には負荷の抵抗値が変わっても出力電圧は一定であるべきです。

しかし負荷の変化に伴いごく僅かながら出力電圧にも影響が出てしまいます。

これを定量化した値が負荷変動です。

CC動作（定電流動作）でも同じことが言えます。

電源変動

直流安定化電源を駆動させる為の電源（AC入力）が変動した場合の出力電圧（電流）の安定度です。

過渡応答

前述の負荷変動がゆっくりとした（静的な）変化に対する指標でしたが、過渡応答は負荷の急激な変化に伴い出力電圧(電流)が変化してしまった時に、本来の設定値に戻るまでの時間です。

電力容量タイプの直流電源

「100V/1A直流電源」といった電圧と電流の大きさで出力容量が決まっているのではなく
「100W」や「200W」というように電力で容量が決められている直流電源です。

　ズーム電源やワイドレンジ電源、フレキシブルレンジ電源等 メーカーにより名称が変わります。


100V/1Aの電源も100Wですが基本的に定格の1Aを超える出力は出せません。
ですが電力容量タイプの100Wの電源であれば電圧が50V以下であれば2Aの出力が可能です。

100V/1Aの直流電源と100Wの電力容量タイプの電源では後者の方が価格は高くなりますが
複数の容量の直流電源を用意する必要がある場合に電力容量タイプの電源1台でカバー出来れば
結果的に低コストになる可能性があります。　（機種により可変範囲は異なります）

双方向電源

極性がマイナス出力（負極性）の電源と間違われる事がありますが双方向電源は直流電源としても電子負荷としても機能出来る製品です。
また多くの双方向電源では電子負荷として消費する電力を元の電力系統（AC）に返す「回生機能」を持っています。
一般的に回生電源と呼ばれる製品は双方向電源の機能を網羅していると言えます。

SMU（ソースメジャーユニット）

メーカーによりソースメータや計測電源など名称は様々です。

シンプルに言うと高精度な直流電源+電子負荷+DMMの機能を持った製品になります。

下記例のように1台で様々なテストに使用できます。

• ダイオードなどでは－極性～＋極性の印加＆計測 （I-V特性）
• バッテリーテストでは充電～放電＆計測
• トランジスタなどでは2ch印加＆計測（I-V特性）
• 低抵抗～絶縁抵抗の計測
• 電気化学分野でのC-V測定 　等々

SMUのメリットは出力/計測の精度が良い事と、
1台あれば直流電源（信号源）、電子負荷、電流計測用DMM、DUT印加電圧計測用DMM、プログラミングソフトウェアなど
複数の製品を個別に用意する必要がなくなる事も大きなメリットです。


SMUの選定には

• 出力電圧/電流（電力容量）
• 出力の確度（設定分解能）
• 計測の確度（桁数・分解能）
• ｃｈ数
• グラフ表示ディスプレイの有無
• その他 アプリケーション機能やU/I

などの条件から選びます。

直流電源の種類別機能