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AC-DC電源の選択方法

2021年8月31日、Aaron Yarnell著 - 5分の閲読

AC-DC電源の選択方法

AC-DC電源の入力電圧仕様

AC-DC電源を選択する際に最初に検討することは、自分たちのシステムの電力要件を決定することです。これには、AC入力範囲とDC出力仕様が含まれます。電源のAC入力電圧範囲がターゲット市場や指定したアプリケーションと互換性があることは、ユーザーが確認する必要があります。ほとんどの低電力または中電力のAC-DC電源の入力電圧動作範囲は、世界中で 85~264 VACに標準化されています。国が異なると仕様も異なりますが、どれも類似していて単一仕様範囲でほとんどのアプリケーションのニーズを満たすことができます。日本は、公称入力電圧要件(100 Vac)が最も低い国のひとつです。一方、英国、カナダ、米国は、公称入力電圧要件(240 Vac)が最も高い国です。最小規格範囲値の85 Vacは、100 Vacの15 %電圧ドループの許容値から得られ、264 Vacの最大範囲の値は、240 Vacの10 %を超えた動作が可能になったことで得られます。産業用アプリケーションで見られるひとつ上の(そして比較的一般的ではない)電圧仕様は、277 Vacです。この電圧は、480 Vac Wye構成の位相とニュートラル間を接続することによって得られます。この構成の最大電圧、305 Vacは、前述の277 Vac定格電圧より10 %上の許容範囲を印加することで計算されます。

480 Vacと277 Vacの関係を示す図
図1:480 Vacと277 Vacとの関係

AC-DC 電源内部では、AC入力電圧は通常、DC電圧に即座に整流されます。多くのAC入力電源では、定格DC電圧範囲を定格AC電圧範囲の1.4倍として計算して、DC電圧を電源入力に印加できます。DC入力の構成を使うことを計画している場合は、ユーザは、DC入力電圧で使用する電源が電源開発チームによって評価されたことを確認する必要があります。

典型的なスイッチング電源の図
図2:典型的なスイッチング電源のブロック図

DC出力電圧仕様

AC-DC電源の入力電圧はある範囲に渡り標準化されていますが、出力電圧は5、12、24、あるいは48 Vdcの特定値で最もよく使用されています。多くのAC-DC電源はこれら以外の出力電圧でも利用可能ですが、システム負荷が一般的な電圧レベルのいずれかを使用するように設計されていると、より幅広い標準電源のセレクションから選択することができます。標準出力電圧がシステムに適切でない場合、可能性のあるオプションとしては、必要なDC出力電圧を持つ標準電源を見つける、必要な出力電圧を備えたカスタム設計を提供する電源ベンダーを特定する、または必要なDC電圧を生成する、DC-DCコンバータを使用するがあります。

出力電力か負荷電流か

AC-DC電源を選択する際には、必要な出力電力(または負荷電流)を考慮することが重要です。電源の定格は、負荷のピーク電力によって決まります。負荷が必要とする定格以上の電源でも問題はありませんが、必要以上に大型になったり、高価になる可能性があります。負荷が必要とする電力定格よりも小さい電源では、負荷からのピーク電力要求によってシャットダウンしたり、誤った出力電圧が提供されることがあります。一部のベンダーでは、高いピーク電力を短期間で提供し、サイズとコストを最小限に抑えるよう設計されたAC-DC電源を提供しています。

動作環境仕様

電源が動作する環境は、AC-DC電源の選択に影響します。ほとんどの電源動作温度の仕様には、極度な低温および高温に対する低減要因が含まれています。低温での電力低減は、多くの場合、電源の設計に使用されるコンデンサの温度係数によるものです。静電容量値は、通常、動作温度が下がると低下します。これはつまり、電源からの指定された出力負荷電流も減少することを意味します。周囲温度が高い場合、供給可能な負荷電力は、電源内部のコンポーネントの最大動作温度によって制限されます。内部コンポーネントの冷却をサポートするように電源にエアーを吹き付けることで、多くの電源の最大出力電力定格は増加させることができます。

電源の熱ディレーティング曲線を示す図
図3:電源の熱ディレーティング曲線

動作温度範囲だけでなく、電源の必要な機能に影響を与える可能性のある動作環境の物理的特性が存在する場合もあります。大型の外からの異物から電子機器を物理的に保護する必要がある場合は、金属ケースに収納された電源が必要になることもあります。金属ケースは電源回路を埃や汚れから保護しませんが、内部回路基板に絶縁保護コーティングを施すことで必要な保護を提供できます。露出した入出力端子に誤って物が接続しないようにするには、絶縁端子カバーを追加します。

パッケージのデザインとマウントスタイル

AC-DC電源は、ポッティング、オープンフレーム、Uフレーム、密閉型フレーム、ファン冷却パッケージがあります。包装構成の選択は、電源から異物や汚染物質を排出する必要性によって左右されます。また、PCBシャーシDINレールマウントも選択できます。多くの場合、同じ電源シリーズには複数のマウントスタイルがあります。マウントスタイルは、多くの場合、電源が使われる機械的な環境によって決定されます。

電源パッケージとマウントスタイルの図の例
図4:電源パッケージとマウントスタイルの例

運用および安全に関する規制証明書

多くの製品では、使われているAC-DC電源に対して、運用および安全に関する規制の証明書が求められます。一部の一般的な規制要件には、60601(医療)、60335(家庭用電化製品)、および62368(オーディオ、ビデオ、情報および通信技術)が含まれています。電源ベンダーは、該当する証明書のコピーを製品開発チームまたは試験施設のいずれかに提供し、最終システムにその証明書を付与することができます。一般的な規制機関には、UL、TUV、IEC、EN、FCC、CISPRなどがあります。

その他のAC-DC電源の特長

前述のAC-DC電源の特性に加え、一部の電源は、製品設計に有益または必要な追加機能を提供しています。例としては、次のようなものがあります。

  • ディスクリート出力電圧レベル(ほとんどの電源で使用可能)。
  • ユーザーが出力電圧を10%まで調整するための条件です。
  • 一部の電源の出力端子は、負荷に供給される最大電流を増加させるために、並列に接続することができます。
  • 一部の高電流出力の電源には、出力電源供給導体に沿った電圧降下の補正を可能にするリモート出力電圧検出端子があります。
  • 入力力率補正は、多くの場合高電源に対して利用可能です。
  • リモートオン/オフ端子は、ユーザーが電源の出力を電子信号で切り替えることができ、パワーグッド端子は出力電圧が制御許容範囲内にあることを示す信号を提供します。

結論

標準の内蔵AC-DC電源は、ほとんどの設計プロジェクトのニーズを満たすべく多数の構成があります。設計エンジニアは、ウェブページを見たり、電源ベンダーの担当者と話をして製品に最適な電源を選択しているかどうかを確認すると良いでしょう。CUIのように経験豊富なチームを抱えた電源会社は、電源選択のプロセスも積極的に支援しています。

カテゴリ: 基礎製品の選択

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Aaron Yarnell

Aaron Yarnell

シニア製品マネージャー

Aaron Yarnellはエレクトロニクス業界で約15年にわたる経験を有しており、製品設計、開発からフィールドアプリケーションのサポート、製造、技術文書まで、幅広い製品技術分野で活躍してきました。AaronはMBAを取得しており、それぞれの彼の職務に伴うビジネスの側面をより深く理解しています。プロフェッショナルな実績に加えて、Aaronは休日にオレゴン州の海岸を訪れたり、家族や友人と充実した時間を過ごしたり、大きな夢を描きながらワクワクするようなプロジェクトを構想したりして余暇を過ごしています。

 
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