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電圧調整(Voltage Regulation)は、負荷の変動や入力電圧の変化に対して、出力電圧を規定値に維持する電源の基本性能で、システムの安定動作に直結する重要な品質指標です。
電圧調整の重要性:
調整率(%)= (無負荷電圧 - 定格負荷電圧) ÷ 定格電圧 × 100
例:
- 無負荷: 12.20V
- 定格負荷: 11.88V
- 調整率: (12.20-11.88)÷12×100 = 2.67%
評価:
- ±1%: 優秀
- ±3%: 良好
- ±5%: 標準
- ±5%超: 要改善
ATX規格:
+12V: 11.40-12.60V (±5%)
+5V: 4.75-5.25V (±5%)
+3.3V: 3.14-3.47V (±5%)
-12V: -10.80--13.20V (±10%)
推奨範囲:
+12V: 11.76-12.24V (±2%)
+5V: 4.90-5.10V (±2%)
+3.3V: 3.23-3.37V (±2%)
動的負荷:
- CPU: アイドル↔ブースト
- GPU: 2D↔3D
- 瞬間変動: 数百W
要求性能:
- 高速応答(μs単位)
- オーバーシュート抑制
- アンダーシュート最小
- 安定復帰
定義:
- 複数出力の相互影響
- 一方の負荷が他方に影響
- 独立性の指標
良好な例:
- 12V負荷増→5V変動±1%
- 独立制御
- 相互干渉最小
AC入力範囲:
- 日本: 90-110V
- ワールドワイド: 85-265V
- 変動: ±10%想定
出力安定性:
- 入力変動→出力±1%以内
- アクティブPFC効果
- 広範囲対応
ノイズ除去:
- 高周波フィルタ
- コモンモードチョーク
- EMI対策
- クリーン出力
ATX規格上限:
+12V: 120mVp-p
+5V: 50mVp-p
+3.3V: 50mVp-p
高品質電源:
+12V: <30mVp-p
+5V: <20mVp-p
+3.3V: <20mVp-p
影響:
- 低リップル→安定動作
- 高リップル→誤動作
- オーディオノイズ
- 画面ちらつき
フィルタリング:
- 出力コンデンサ
- LCフィルタ
- 多段構成
- 高周波対策
設計:
- 短経路
- シールド
- グラウンド強化
- ノイズ源分離
試験条件:
- 10%→90%負荷
- 立ち上がり: 10μs
- 許容変動: ±5%
- 復帰時間: 500μs
性能指標:
- ピーク偏差
- 復帰時間
- オーバーシュート
- リンギング
CPU電圧:
- VRM入力安定性
- ブースト動作
- 安定性向上
- OC余裕度
GPU電圧:
- 急激な負荷変動
- 電力制限回避
- パフォーマンス維持
特徴:
- 連続制御
- 単純回路
- 安定動作
- コスト低
制限:
- 精度限界
- 経年変化
- 温度ドリフト
利点:
- 高精度
- プログラマブル
- 自己診断
- 経年変化少
実装:
- DSPコントローラ
- リアルタイム制御
- 適応制御
- 予測制御
機能:
- 負荷端電圧検出
- ケーブル降下補償
- 高精度調整
- 配線損失補正
効果:
- ±0.5%精度
- 長距離対応
- 大電流対応
標準方式:
- 出力端検出
- シンプル
- 一般的
- 十分な精度
適用:
- 通常使用
- 短距離
- 標準負荷
変動要因:
- 部品特性変化
- 基準電圧ドリフト
- 抵抗値変化
対策:
- 温度補償回路
- 高精度部品
- 熱設計
- 環境管理
要求性能:
- 0-50℃: ±1%
- 温度係数: 50ppm/℃
- 長期安定性
- ドリフト最小
必要機器:
- 高精度電圧計
- 電子負荷装置
- オシロスコープ
- データロガー
測定項目:
- 静的調整率
- 動的応答
- リップル
- 温度特性
総合評価:
- 調整率: ±2%以内
- リップル: 規格値50%
- 過渡応答: ±3%
- 効率: 80%以上
症状:
- 変動が大きい
- 負荷で低下
- リップル過大
原因:
- コンデンサ劣化
- 制御回路異常
- 過負荷
- 冷却不足
対策:
- 容量アップ
- 品質向上
- 負荷分散
- 冷却強化
確認:
- 定期測定
- 負荷テスト
- 温度監視
特徴:
- 全負荷範囲±1%
- 低リップル
- 高速応答
- 温度安定
技術:
- DC-DC変換
- デジタル制御
- 高品質部品
- 最適設計
機能:
- 電圧モニタリング
- 調整可能
- 保護充実
- 長寿命
展望:
- 予測制御
- 学習機能
- 最適化
- 異常予知
効果:
- 超高精度
- 省エネ
- 長寿命化
- 自動調整
電圧調整(レギュレーション)は、電源品質を決定する基本性能。負荷変動に対して±3%以内の調整率が高品質の目安で、リップル&ノイズの低減と合わせて安定動作を実現。デジタル制御技術により、さらなる高精度化が進展。適切な電圧調整性能を持つ電源選択が、システム全体の信頼性と性能を左右する。将来的にはAI制御による革新的な安定性向上が期待される。