50W程度の絶縁電源、フライバックかフォワードか？

質問

ちょっと面倒な質問ですみません。
当方絶縁電源を作ったことがなく、非常に困っており、質問させていただきます。
幾つかのサイトを見るとフライバックで良さそうな容量なのですが、1出力でないためどう考えて良いか分かりません。またエミッションノイズ等を考えた時の有利不利についても知識がありません。
絶縁電源の経験者の方の回答をよろしくお願いします。
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入力DC18-30V
出力DC12V/4Amax.

ただし、電断時に電力供給を一定時間続ける必要があるため下記のようにしようと考えています。
・トランスを2出力にしておき12V以外に30V程度の出力を設けてアルミ電解コンデンサにチャージしておく。
・上記を電断時に非絶縁SW電源にて降圧してダイオードを通して12V供給をする。

この場合に絶縁電源はフライバックとフォワード、どちらで作るべきでしょうか？

下記の観点も考えた場合にどちらが有利か教えていただけないでしょうか。
(1)通常動作時に12V/3A供給で効率90%以上にしたい。
(2)0.1MHz～30MHzあたりまでの伝導エミッションノイズを抑えたい。
(3)できるだけ小型にしたい。

よろしくお願いします。

回答No.3

tadys · ベストアンサー

＞すみません聞き忘れたことがあります。
＞何故30V昇圧のコンバータを使ったほうがいいのでしょうか？
コンデンサにチャージしてしまえば、その後はほとんど電力を必要としません。
チャージにかかる時間が多少長くても良いのであれば小電力のコンバータで済みます。
このような用途のためにトランスの巻き線を増やすのは得策では有りません。

＞フライバック、フォワードどちらが有利でしょうか？
５０W程度であればフォーワード型でやる方が多いようですが、フライバック型でも十分です。
http://www.tdk.co.jp/news_center/publications/power_electronics_world/pdf/aaa70600.pdf

このような問題は、一つのパラメータだけで決められるほど簡単な話じゃありません。
設計にかかるコスト（お金と時間）、大きさや重さ、安全規格、EMC、量産時のコスト、生産台数、製品の品質、メインテナンス等々、考える事は沢山あります。
一般的に言って、新規に設計するよりは標準品を購入する方が良いものが手に入ります。
最初にすべきは要求に見合った標準品を探す事です。
どうしても要求を満たすものが見つからない場合は新規設計になりますが、その場合でも電源専門のメーカーよりも良い設計が出来るとは思わないほうが良いでしょう。
（つまり、専門家に頼んだ方が良いという事）

さて、停電時の対策としては絶縁電源の一次側にコンデンサを入れるのが良いですね。
わざわざコンデンサのチャージ回路とコンバータを追加してコストアップ／不良率の増加となる様な事をする必要は有りません。

お礼

tadysさん、丁寧な回答ありがとうございます。

>このような用途のためにトランスの巻き線を増やすのは得策では有りません。
確かにチャージした後はほとんど電力を消費しないので、そのためだけにトランスの巻線を増やすのはもったいないかもしれませんね。ただ、昇圧コンバータを付けるのとどちらが安く済むのかが気になり、質問させていただきました。小電力のコンバータのほうが安く済みそうだということですね。

>５０W程度であればフォーワード型でやる方が多いようですが、フライバック型でも十分です。
フライバックだとノイズが強く出るイメージがあり、伝導エミッションが気になってフォワードのほうがいいのかと考えていました。とは言え一つのパラメータだけでは決められないというのもごもっともです。
もう少し他の情報も入れて比較検討してみます。

>さて、停電時の対策としては絶縁電源の一次側にコンデンサを入れるのが良いですね。
方法としては確かに一番シンプルですが、最低電圧18Vでのチャージを覚悟しなければならず、電断検知電圧(例えば17V程度)と、レギュレーションの停止電圧(例えば8V程度)の間のエネルギーのみで賄うとすると、1ms後に検知(それまでは40W消費その後5Wと仮定)、効率70%、コンデンサ容量を5600uF(許容差、経年劣化含めたとして)とすると58msとなりました。ただ気になるのは電圧低下した状態で12Vの出力ができないと思われるので、18Vの設計では結局この数字よりも大きく低下するのでは無いかということです。このへんはフォワードかフライバックかで差が出るのでしょうか？

お礼のはずがまた質問になってしまいました。だらだら書いてすみません。。。

回答No.2

tadys

スイッチング電源の設計は電源の専門家でなければ、アナログ回路の経験が有っても難しいものです。
ここで質問しているレベルでは希望のものを作るのは無理でしょうし、コストも高いものになってしまいます。

市販品を購入する方が良いでしょう。
例えば、デジキーから購入できます。
http://jp.digikey.com/
http://www.digikey.jp/product-search/ja/power-supplies-board-mount/dc-dc-converters/4325599

電源は１出力として、３０Vは別途昇圧型のコンバータを使うのが良いでしょう。
電解コンデンサでどれだけの時間、電力を供給できるかよく考えてください。

お礼

回答ありがとうございました。

2出力電源のほうがコンバータを1段減らせると思い記載しましたが、難しそうだとのことですね。

また、電断時に必要な電力を極力絞ろうと思っていますがまだ明確な数字がありません。
現時点で必要な保持時間もはっきりせず、100msとも500msとも言われています。
保持用に電解コンは5600uF×2個を考えていますので、もし電断時に必要な電力が5W程度に絞れたら脈はあるのかなと思っています。

現時点でこの方法で脈があるのかどうかを確認させて頂きました。
ありがとうございました。

補足

すみません聞き忘れたことがあります。

何故30V昇圧のコンバータを使ったほうがいいのでしょうか？
2出力電源は制御が難しいところがあるのでしょうか？

また、仮に上記の方法で実施するとしたら、フライバック、フォワードどちらが有利でしょうか？
フライバックはトランスにギャップを設けるため放射ノイズが大きくなりそうで、フォワードの方がいいのではと思っています。

回答No.1

misawajp

御考えのことは　不適切

電解コンデンサでは、３Ａの電流にはミリ秒オーダでしか効果はありません

再度猛勉強を

お礼

回答ありがとうございます。

ごもっともです。
ちょっと情報が足りませんでした申し訳ありません。

電断時に必要な電力を極力絞ろうと思っています。ただ、まだ明確な数字がありません。
現時点で必要な保持時間もはっきりせず、100msとも500msとも言われています。

もし電断時に必要な電力が5W程度に絞れたら、保持用に5600uF程度の電解コンを2個使えば、脈はあるのかなと思っています。(高さ35mm位ありますが。。。)
これであれば、例えば電解コンの電圧が30Vから14Vに下がるまでのエネルギーを使えるとして、1/2*CV^2で計算すると、降圧コンバータの効率や電解コンの経年劣化を考えても数100msは持つのではと考えています。