直列／並列動作について理解する

著者：電子計測エキスパート、Paul Denisowski

ここでは、複数の電源チャネルを直列または並列に接続して、最大出力電圧／電流を大きくする方法について説明します。

多くのDCベンチ電源は複数のチャネルを備えており、ほとんどの場合、これらのチャネルは異なるデバイスや負荷に電源を供給するため別々に使用されます。多くの場合、電源の複数チャネルの出力を組み合わせて、単一チャネルで供給できる範囲よりも大きな出力電圧／電流を供給できるようになっています。

この方法でチャネルを組み合わせる際の要件は、各チャネルが フローティング状態でガルバニック絶縁されていることです。

フローティング状態：各チャネルが共通の機器アースに接続されていない
絶縁されている：各チャネルが相互に独立しており、チャネル間に電流が流れないようになっている

電源チャネルは、2つの方法で組み合わせることができます。 チャネルを直列に接続すると、電圧を増大させることができます。チャネルを並列に接続すると、電流を増大させることができます。通常、これらの接続は外部で行いますが、これらの接続を電源内部で行う場合もあります。

DCベンチ電源の直列動作

直列動作では、複数のチャネルを組み合わせて、単一チャネルの場合よりも高い電圧を生み出すことができます。この例では、25Vの出力に設定された4つのチャネルが直列に接続されています。これによって得られる結合後の出力電圧は100Vになります。

チャネルがすべて同じ電圧である必要はありません。

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チャネルがすべて同じ電圧である必要はありません。

複数のチャネルを接続してより高い電圧を得る場合は、各チャネルのグランド（GND）に対する（対地）最大定格電圧を超えないようにすることが重要です。通常、このチャネルの最大電圧は最大出力電圧よりも大きくなりますが、この場合にも制限があります。

トラッキング機能を使用して、選択したすべてのチャネルで電圧と電流を同期させながら調整します。

1. 例えば、この電源チャネルは単一チャネルで最大64Vを発生でき、対地電圧は最大250Vです。負端子をグランドに接続し、最大出力電圧を設定すると、このチャネルの対地電圧は64Vになります。

2. このチャネルの負端子を36Vを発生する電圧源に直列接続した場合、このチャネルは全体で100Vになりますが、これは250Vの上限内に収まっています。

3. このチャネルの直列接続された入力電圧を200Vに増やした場合、このチャネルは合計で264Vになり、対地電圧の上限である250Vを超えてしまうため、損傷の発生や危険な状況が生じる可能性があります。

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DCベンチ電源の並列動作

並列動作は、より大きな電流を発生させる場合に使用します。この例では、4つのチャネルが2Vに設定されていますが、各チャネルから供給できるのは最大10Aです。これらのチャネルを並列に組み合わせると、負荷にかかる電圧は2Vのままですが、結合されたチャネルからは最大40Aを負荷に供給できます。

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定電圧モードの並列動作と定電流モードの直列動作では、チャネル間で電力、電圧、電流を適度に分配するために、チャネルを設定する際に一定のルールに従う必要があります。R&S®NGA102および R&S®NGA102 電源は、チャネル融合をサポートしています。直列または並列のチャネル融合を使用すると、デバイスは、電圧範囲または電流範囲が2倍の1チャネル電源のように動作します。直列モードでは出力が内部で接続され、並列モードでは外部配線が必要になります。

まとめ

すべての電源チャネルには、最大出力電圧と最大出力電流があります。
より高い電圧またはより大きな電流を得るために、複数の電源チャネルを組み合わせることができます。
- 直列接続を行うと、実現可能な最大出力電圧が大きくなる
- 並列接続を行うと、最大出力電流が大きくなる
直列接続の場合は、各チャネルの最大定格対地電圧を超えないようにすることが重要です。

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