制限電源(LPS)要件の概要

2018年7月10日 Bruce Rose

制限電源(LPS)要件の概要

規制機関は、様々な一連の仕様に準拠する電源用識別子を作成してきました。LPS(制限電源)の要件は、IEC 60950‑1基準で規定されており、比較的低い最大電圧、電流および電力性能を持つ電源を定義するために使用されます。顧客にとってのLPS電源のメリットは、システム設置業者は、LPS認証モジュールで電力供給される負荷の配線や物理的設置に対して、より緩和された要件に従うことができることです。LPS電源用の基本仕様を理解することで、なぜ一部の電源がLPSとして認定され、その他は認定されないのかという疑問を説明できるようになります。

LPS認定された電源は、負荷に供給可能な出力電流と電圧に制限があることから、感電や火災を引き起こす可能性が低いと認識されています。以下は、固有の電力供給制限を持つLPS認定電源の仕様概要です。

VA = ボルト * アンペア
Voc = 開回路出力電力(無負荷)

  • 30 VDC以下のDC電圧または30 VACrms以下の実質的に正弦波上のAC電圧
    • 8 Aの最大短絡回路電流
    • 100の最大VA
    • 5 A * Voc定格の最大表示された出力電力
    • 5 A定格の最大表示された出力電流
  • ピークまたは非正弦波状AC電圧の10%より大きいリップルを持つDC電圧
    • 42.4 Vの最大ピーク電圧
    • 8 Aの最大短絡回路電流
    • 100の最大VA
    • 5 A * Voc定格の最大表示された出力電力
    • 5 A定格の最大表示された出力電流
  • 30 Vdcより多い、そして60 Vdc以下のDC電圧
    • 150 VA/Vocの最大短絡回路電流
    • 100の最大VA
    • 100 VA定格の最大表示された出力電力
    • 100 VA/Voc定格の最大表示された出力電流

固有の電力供給制限を持つLPS電源の特性については、次のグラフでも表されています。

固有の電力供給を持つLPS電源の特性を表すグラフ

A) ImaxおよびIsc
B) 100 VAに制限されたImax
C) 8 Aに制限されたIsc
D) 150/Vocに制限されたIsc

本質的有限電源は、上記に指定した制限に電源が適合するように、3つの方法のうちの1つを採用することができます。

固有の電力制限

このクラスの回路は内部コンポーネントが制限を超過して電力を供給することが不可能なため、制限された電力供給能力を確保するよう設計上考慮する必要はありません。電力供給能力を制限するコンポーネントの典型的な例は、絶縁変圧器の巻線抵抗です。適切に設計された電源では、電力供給能力を制限するコンポーネントは、それらが電力供給における制限要因である場合は影響を受けません。

電力制限を提供するリニアまたはノンリニアインピーダンス

従来の抵抗器やPTC抵抗器の形態のインピーダンスは、電源の電力供給能力を制限するために、電源導体を直列に配置することができます。従来の抵抗器は実装は簡単ですが、電源の変換効率の低下を引き起こす抵抗器の電力消失があるためこの目的ではほとんど採用されません。PTC抵抗器を使用することで、通常動作中に関連する電力損失を低減しながら、シンプルな実装を維持することができます。

電力制限を提供する規制ネットワーク

この方法は、必要とされる集積回路の低コストと可用性により、最近の電源では一般的に使用されています。ただし、電源設計およびテストでは、必要な制限が通常および単一故障動作条件両方の間確実に遵守されるように注意を払う必要があります。

負荷に供給される電流を制限するデバイス

外部電流制御デバイスを持つ電源は、上記の電力供給を制限する3つの手段のひとつを含まなくてもLPSとして分類されます電源は、負荷に供給できる電流を適切に制限するために過電流保護デバイス(すなわち、ヒューズや回路ブレーカ)を使用している場合は、LPS準拠として認定されることができます。電流制限デバイスは、ヒューズまたは非調節可能、非自動設定、電気機械デバイス(すなわち回路ブレーカー)である必要があります。ヒューズまたは回路ブレーカは、基準内で規定されている電流の210%と等しい電流を持つ回路を120秒以内に遮断する必要があります。以下は、非固有の電力供給制限を持つLPSとして認定された電源装置の仕様の要約です。

  • DC電圧≤ 20 Vdcおよび実質的な正弦波状AC電圧 ≤ 20 VACrms
    • 短絡電流は1,000 VA/Voc未満である必要があります。
    • ≤ 5 A過電流保護デバイスの電流定格は ≤ Aである必要があります。
    • 最大VAは≤ 250である必要があります
    • 5 A * Vmax定格の最大表示された出力電力
    • 5 A定格の最大表示された出力電流
  • DC電圧 > 20 Vdcおよび≤ 60 Vdおよび実質的な正弦波状AC電圧 > 20 VACrmsおよび≤ 30 VACrms
    • Dc voltages with ripple greater than 10% of the peak and non-sinusoidal ac voltages must have Vp ≤ 42.4 V
    • 短絡電流は1,000 VA/Voc未満である必要があります。
    • 過電流保護デバイスの電流定格は%le 100 VA/Vocでなければなりません。
    • 最大VAは≤ 250である必要があります
    • 100 VA定格の最大表示された出力電力
    • 100 VA/Vmax定格の最大表示された出力電流

電流制限デバイス付きLPS電源の特性は、以下のグラフで表されています。

電流制限デバイス付きLPS電源の特性を表すグラフ

A) デバイスの制限電流を5 Aに制限する電流
B) デバイスの制限電力を100 VAに制限する電流
C) 1000 VA/Vocに制限されたデバイスを制限する電流なしの最大電流
D) 250 VAへの電流制限デバイスなしの最大電力

LPS認定とラベリング

LPS規格への準拠は、通常、UL、CSA、TUVのような安全機関によって実施された試験結果付きの、電源の認証機関(CB)の計画報告書に含まれています。電源ラベルに「LPS」とマークすること自体はオプションで、CUIのほとんどのLPS適合モデルは以下の通りLPSマークを含んでいます。

電源ラベルはLPSマークの例を示している電源ラベル(注意:LPSマークはオプションで、見た目は異なる場合があります)
電源ラベルはLPSマークの例を示している電源ラベル(注意:LPSマークはオプションで、見た目は異なる場合があります)

結論

LPS電源特性の表示は在り来たりで退屈だととらえられることがあるため(おそらくほとんどの文書等では好まれないでしょう)、この仕様が広まることでシステム設計ではよく求められがちな、同様に在り来たりで退屈なシステムの設計につながる可能性もあります。

役に立つリソース

CUIのすべてのLPS適合電源の図
電源に関する安全基準、機関、およびマークについての詳細

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Bruce Rose

Bruce Rose

主席アプリケーションエンジニア

Bruce Rose は、エレクトロニクス業界で長年にわたり、設計、販売、マーケティングを担当し、アナログ回路と電力供給に重点を置いてきました。国際的なワークショップを開催し議長を務め、40以上の技術会議で論文の出版や発表をするなどの職務経験に加え、7件の特許を取得しています。Bruce は自分の仕事はもちろん、家族でハイキング、サイクリング、カヌーを楽しみ、また本格的な模型飛行機にも情熱を注いでいます。

 
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