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AC-DC電源の選定方法

AC-DC電源供給装置は、現代の電子機器において欠かせないコンポーネントであり、交流電(AC)を直流電(DC)に変換し、さまざまな機器に安定した電力を供給します。産業オートメーション、コンシューマーエレクトロニクス、医療機器において、適切な電源供給装置の選定は非常に重要です。市場には多様な電源選択肢があるため、その主要なパラメーターや性能を理解することで、エンジニアやユーザーはアプリケーションニーズに合った最適なソリューションを見つけることができます。本記事では、AC-DC電源供給装置を選定する際に考慮すべきさまざまな要素を詳しく探り、適切な電源供給装置を選ぶための参考情報を提供します。


1. 入力電圧と周波数


交流から直流へのAC-DC電源供給装置を選定する際、まずその入力仕様を理解する必要があります。これにより、電源供給装置がアプリケーションの要求を満たすことができます。AC電源の入力電圧は通常、90〜264Vacの範囲で、この範囲は世界のほとんどの市場の電圧要件をカバーしています。ユーザーは、電源の入力電圧範囲がターゲット市場やアプリケーションのニーズに適合しているか確認する必要があります。たとえば、日本では100Vacの低い入力電圧が使用されており、イギリス、カナダ、アメリカなどの国々では240Vacの高い入力電圧が採用されています。また、交流周波数も入力仕様の考慮すべき要素であり、電源供給装置は通常、50Hzまたは60Hzの周波数に対応しており、これにより設備が異なる電力網環境で安定して動作します。AC-DC電源を選定する際には、入力電圧範囲と周波数を慎重に評価し、電源がさまざまなアプリケーション環境に適応できることを確認することが重要です。

2. 出力電圧


AC-DC電源供給装置を選定する際、出力仕様は主要な選定基準の一つです。出力電圧(V)、出力電流(A)、および出力定格功率(W)に基づいて、ユーザーは適切な電源供給装置を選択できます。一般的な標準出力電圧値には、5Vdc、12Vdc、18Vdc、24Vdc、36Vdc、42Vdc、48Vdc、および54Vdcが含まれます。ユーザーは特定の業界アプリケーションに基づいて適切な出力電圧値を選択する必要があります。もしシステムの負荷設計で使用される出力電圧が業界標準でない場合、ユーザーは力億企業に連絡し、要件に基づいて適切な電圧値を設計してもらうことができます。

以下は電子機器における一般的な内部電源電圧範囲であり、設備の設計要件に応じて異なる可能性があります:

.サーバー: 5Vdc / 12Vdc / 48Vdc
.ストレージデバイス: 12Vdc
.ファイアウォール(UTM): 5Vdc / 12Vdc / 24Vdc
.100/400 GbE スイッチ: 12Vdc / 24Vdc
.非PoEスイッチ: 12Vdc
.PoEスイッチ: 54Vdc
.5Gネットワ​​ーク通信設備: 12Vdc / 54Vdc
.デジタル電話交換機: 12Vdc / 48Vdc / 54Vdc
.通信機器: 48Vdc
.コンピュータ (個人用/産業用): 12Vdc
.産業機器: 24Vdc / 36Vdc / 48Vdc
.金融機器: 24Vdc / 48Vdc
.医療検査機器: 12Vdc / 24Vdc
.プリンター: 24Vdc / 48Vdc
.レジ: 12Vdc / 24Vdc
.ミシン: 100-240V AC / 24Vdc
.ゲーム機: 12Vdc / 24Vdc
.モニター: 5Vdc / 12Vdc / 24Vdc

3. 電流とワット数の選定


AC-DC電源供給器を選ぶ際には、出力電流が機器の電力要求を満たすことを確認する必要があります。電源の供給が不足すると、機器の正常な運用に影響を及ぼす可能性があります。必要な出力功率(ワット数Wで計算)は、電源選定の重要な要素の一つです。負荷消費のピーク功率が電源の定格を決定します。ワット数(W)は電力の基本単位であり、計算式はワット数は電圧(V)に電流(A)を掛けたもの、つまり W = V × A です。したがって、電源を選択する際は、機器の期待される電圧と電流の要求に基づいて必要な功率を決定することが重要です。

システムの安定した運用を確保するために、選択した電源の定格は負荷の最大要求よりも高く設定すべきですが、過剰にならないよう注意が必要です。これは不必要なコストやサイズの増加を避けるためです。一般的に、電源の定格功率は機器のピーク要求功率よりも20%から30%高いことが推奨されています。これにより、負荷の変動や突発的な状況に対応できるようになります。電源の定格功率が負荷の要求を下回ると、電源がオフになったり、不正確な出力電圧を提供したりすることがあり、システムの運用の安定性に悪影響を及ぼす可能性があります。

注目すべきは、力億企業が提供するAC-DC電源設計は、短時間で高いピーク功率を提供できる点です。これにより、瞬間的な大負荷の要求を満たしながら、サイズやコストを最小限に抑えることができます。そのため、特定のアプリケーションに応じてピーク功率供給能力を持つ電源を選択することも効果的な解決策です。

4. アプリケーション環境の要求


AC-DC電源供給器を選定する際、アプリケーション環境の条件は重要な考慮要素の一つです。異なる作業環境は電源の設計と運用に異なる要求を持つため、ユーザーは実際のアプリケーションシーンに基づいて適切な電源供給器を選択し、システムの安定した運用を確保する必要があります。以下は、いくつかのアプリケーション環境の主要な要求です。

(1)  温度範囲

電源供給器の動作温度範囲は、その性能に影響を与える重要な要素の一つです。ほとんどのAC-DC電源は、-10°Cから+50°Cの範囲で動作しますが、極端な環境(極寒または極熱の状況)では、温度の変化により電源供給器の性能が影響を受けることがあります。極寒の環境では、コンデンサーが凍結し、起動に影響を及ぼす可能性があります。一方、極熱環境では、電子部品や半導体の性能が低下し、電源供給器の出力負荷電流が減少し、結果として出力功率が減少します。高温に対処するため、一部の電源設計では強制的な空冷や水冷の手法を用いて、電源内の電子部品を冷却し、最大出力功率を維持します。

(2)  湿度と防護等級

高湿度または屋外環境では、電源供給器は良好な防護能力を備えている必要があります。湿気やほこりが電源の運用に影響を与えないように、適切な防護等級(例えばIP65以上)を持つ電源を選択することで、内部回路を水分やほこりから保護し、厳しい環境下でも安定した運用を保証します。

(3)  振動と衝撃

高振動または頻繁に衝撃を受ける環境(例えば工業現場や交通運輸分野)では、電源供給器は優れた耐振動性と耐衝撃性を持つ必要があります。IEC 60068やMIL-STD-810G規格に準拠した電源は、これらの過酷な条件下でも安定した性能を維持することができます。

(4)  高度

高高度の環境は電源供給器の熱放散や絶縁性能に影響を与えます。高度が上がるにつれて空気密度が低下し、熱放散効率が低下します。これには特別な設計の電源供給器が必要です。また、電源内部の絶縁は、低気圧下での絶縁破壊を防ぐために強化される必要があります。

(5)  電磁干渉(EMI)

電磁環境が複雑な場面では、電源供給器の電磁干渉(EMI)に対する耐性が非常に重要です。EMC規格に適合した電源を選ぶことで、電磁干渉が機器の正常な運用に及ぼす影響を軽減し、システムの安定性を確保します。

(6)  動作環境規格

電源供給器の動作環境は、その性能と選定に影響を与えます。低温環境では、コンデンサーの温度係数が低下し、容量値が減少して出力負荷電流に影響を与えます。一方、高温環境では、電源内部のコンポーネントの最大動作温度が出力功率を制限します。一部の電源供給器は、内部コンポーネントを冷却するために強制的な気流を使用することで、最大定格出力功率を増加させることができます。これらの降格係数や冷却技術は、電源選定時の考慮要素に含めるべきです。

(7)  アプリケーション分野の要求

特定のアプリケーション分野(例えば医療、航空宇宙、軍事)は、電源供給器の信頼性、安全性、安定性に対してより高い要求を持っています。例えば、医療分野の電源はIEC 60601規格に準拠し、絶縁性能と低漏れ電流を保証する必要があります。また、軍事アプリケーションでは、極端な環境の課題に対応するためにMIL-STDなどの規格に準拠する必要があります。

5. サイズとスペースの配置


適切な電源供給器を選択する際、ユーザーはアプリケーションデバイスのサイズ要件に基づいて、オープンフレーム (基板)、シャーシ付き (ユニット)、またはアダプタを評価する必要があります。これにより、電源のサイズと外観デザインがデバイスの全体的な構成にマッチし、全体の効率と柔軟性を向上させることができます。

(1)  オープンフレーム (基板)

オープンフレーム (基板) 電源供給器は、PCB(印刷回路基板)を裸板として設計されており、通常は組み込みシステムで使用されます。このデザインの電源供給器はコンパクトで、さまざまなデバイスに柔軟に組み込むことができ、特にスペースが限られたアプリケーションシーンに適しています。

(2)  シャーシ付き (ユニット)

シャーシ付き (ユニット) 電源供給器は、より良い保護を提供し、安定した運用が必要な環境に適しています。このタイプの電源供給器は通常、堅牢な外殻設計を持ち、ほこりや湿気、その他の環境要因から効果的に保護します。これらは、サーバールーム、産業自動化機器、さまざまな電子製品など、さまざまなアプリケーションで使用できます。

(3)  アダプタ

アダプタはポータブルな電源供給器であり、利便性を重視しており、ノートパソコンや小型電子製品などの外部デバイスで一般的に使用されます。アダプタは比較的小型で軽量で、持ち運びが容易です。アダプタを選択する際には、その出力電圧と功率がデバイスの要求に合致しているかどうかを考慮し、デバイスの正常な運用を確保する必要があります。

6. 結論


適切なAC-DC電源供給器を選択することは、さまざまな電子機器にとって非常に重要です。本稿では、AC-DC電源供給器を選ぶ際に考慮すべき重要な要素について詳しく探討しました。これには、入力電圧と周波数、出力電圧、電流とワット数の選択、アプリケーション環境の要件、サイズとスペースの配置が含まれます。

(1)  入力電圧と周波数:電源供給器の入力仕様を確認し、さまざまな市場のニーズに対応します。
(2)  出力電圧:具体的なアプリケーションに合わせた適切な出力電圧とワット数を選択します。
(3)  電流とワット数:選択した電源がデバイスの電力要件を満たし、正常な運用に影響を与えないことを確認します。
(4)  アプリケーション環境の要件:実際の環境の温度、湿度、振動などの条件に応じて、適切な防護能力を備えた電源を選びます。
(5)  サイズとスペースの配置:デバイスのサイズ要件を考慮し、基板型、シャーシ付き、またはアダプタなどの適切な電源形式を選択します。

これらの要素を理解することで、エンジニアやユーザーは、デバイスの安定した運用と長期的な信頼性を確保するために最も適したAC-DC電源供給器を見つけることができるでしょう。


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