交流電源：リニア方式とPWM方式の違いとは？

はじめに

電気製品の電源には、大きく分けて「リニア方式」と「PWM（スイッチング）方式」という2つの方式があります。この2つは、電圧を変換する仕組みが根本的に異なります。今回は、これらの違いを初心者の方にもわかりやすく解説していきます。

そもそもなぜ電圧を変換する必要があるの？

家庭用コンセントから供給される電気は100V（日本の場合）ですが、スマートフォンの充電には5V、ノートパソコンには19Vなど、機器によって必要な電圧が異なります。そのため、適切な電圧に変換する「電源回路」が必要になるのです。

リニア方式：アナログ時代の定番

仕組み

リニア方式は、トランジスタを可変抵抗器のように使う方法です。水道の蛇口を想像してください。蛇口を少し開けば水量が減り、大きく開けば水量が増えますよね。リニア方式も同じように、電気の流れを連続的に調整して電圧を下げます。

メリット

1. ノイズが少ない：電気の流れが滑らかなので、電気的なノイズがほとんど発生しません
2. 回路がシンプル：部品点数が少なく、設計が比較的簡単です
3. 高速応答：負荷の変化に素早く対応できます

デメリット

1. 効率が悪い：余分な電圧を熱として捨ててしまうため、エネルギー効率が50〜60%程度と低めです
2. 発熱が大きい：効率が悪い分、大きな放熱器（ヒートシンク）が必要になります
3. 重くて大きい：トランスも大きく重いものが必要です

使われる場面

• オーディオアンプ（音質重視）
• 精密測定機器
• アナログ回路の実験用電源

PWM（スイッチング）方式：現在の主流

仕組み

PWM方式は、スイッチを高速でON/OFFすることで電圧を調整します。蛍光灯をものすごく速く点滅させると、目には暗く光っているように見えますよね。それと同じ原理です。

「PWM」は「Pulse Width Modulation（パルス幅変調）」の略で、ONの時間とOFFの時間の比率を変えることで、平均的な電圧を調整します。

例えば：

• ON 50%、OFF 50% → 平均電圧は50%
• ON 80%、OFF 20% → 平均電圧は80%

このスイッチングは、1秒間に数万回〜数十万回という超高速で行われます。

メリット

1. 効率が良い：理想的には90〜95%の効率が得られます
2. 小型・軽量：高周波で動作するため、トランスや部品を小さくできます
3. 発熱が少ない：効率が良いので、無駄な熱があまり出ません
4. 広い入力範囲：100Vでも240Vでも対応できる製品が作りやすい

デメリット

1. ノイズが多い：高速スイッチングにより、電気的ノイズが発生します
2. 回路が複雑：設計に専門知識が必要です
3. コストがやや高め：制御用ICなど、高度な部品が必要です

使われる場面

• スマートフォンの充電器
• ノートパソコンのACアダプター
• LED照明
• 省エネ家電のほとんど

どちらが優れている？

用途によって使い分けが大切です。

現代では、省エネ性能と小型化のメリットから、PWM方式が圧倒的に主流です。私たちが日常的に使う充電器やACアダプターのほぼすべてがPWM方式です。

一方で、ノイズに敏感な用途では、今でもリニア方式が選ばれます。高級オーディオ機器や精密測定器などでは、音質や測定精度を優先してリニア方式が使われ続けています。

まとめ：身近な例で覚えよう

• リニア方式：水道の蛇口のように流れを絞る → 単純だけど無駄が多い
• PWM方式：高速で蛇口を開け閉めする → 複雑だけど効率的

身の回りの電源を見てみてください。軽くてコンパクトなACアダプターはPWM方式、ずっしり重い電源装置はリニア方式の可能性が高いですよ。

技術の進歩により、私たちは小型で高効率な電源の恩恵を受けています。その裏側には、こうした巧妙な電圧変換技術があるのです。

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