理想的な1kWのAC/DCが、静かに仕事をこなす！

1kWレベルのAC入力機器用電源は、産業用、通信用、輸送用、医療用など、さまざまな分野で活躍する主力デバイスです。電源メーカーは、AC/DC製品の機能性、監視性、制御性の向上に努めていますが、同時に、電源の "消滅 "を求める顧客からのプレッシャーも存在しています。ユーザーは、機器の電源に小型化、軽量化、静音化（音とEMIの両方）を求めています。また、高出力負荷でも低温で動作し、システムに熱を与えず、スタンバイ状態やシャットダウン状態での放熱はごくわずかでなければなりません。そして、コスト面でも控えめであることが求められます。同時に、システムエンジニアは動作を制限する「小さな文字」（例えば高度）による不愉快な驚きを望まないし、調達部門は、できるだけ多くのアプリケーションに対応し、それぞれのアプリケーションに適した認証を取得した1つの在庫品目を求めています。

深呼吸をする

AC/DCの設計チームは、一斉に深呼吸をし、鉛筆（最近ではスタイラスペン）を手に取り、おそらく何千もの設計上の決定を下さなければならないことを検討し始めます。これらの決定は、回路理論から安全性、EMC、磁気学、力学、冷却、美学、規格への準拠など、さまざまな分野にまたがり、互いに対立することも少なくありません。また、このパワーレベルの最新設計では、必ずファームウェアを組み込んだデジタル要素があり、プログラミングのスキルも必要です。緊急性が高く、製品管理によって仕様が変更される可能性もあるため、プロジェクトマネジメントも必要な分野のひとつです。

AC/DC製品設計者の共感を得たところで、RECOM RAC1200-Vシリーズ(図1)を例に、この製品がどのように成功し、最近のアップグレードによってさらに改善されたかを検証します。このAC/DCは、ユニバーサルAC80-264Vで動作し、連続1kW、標準効率95%で、24V、36V、48Vの出力を幅広い調整範囲で提供します。

大事なことは小さなパッケージの中に

RACM1200-Vのサイズは、全体寸法が228 x 96.2 x 40mm (9 x 3.8 x 1.57インチ)と、最初の条件を満たしています。これは、市場で最も高い電力密度定格の1つであり、標準的な1Uラックの高さ（1U = 1.75インチ）に収まるものです。AC入力とDC出力は、便利な接続と効率的な内部レイアウトのためにパッケージの両端にあります。しかし、このサイズは、定格出力に必要な冷却との関係で常に考慮する必要があります。

この製品の典型的な用途では、メンテナンスと音響ノイズの理由から内蔵ファンは望ましくないので、製品はスタンドアロン、コールドウォール、強制空冷の定格になっています。ここでは一般的な1kWのアプリケーションについて説明していますが、製品の品番にヒントがあります: 1200Wは、決められた時間のピーク出力として、または2.5m/sの控えめなエアフローで連続的に利用可能で、すべてのベースプレート温度は最大85℃です。

特定の出力を達成するためには、周囲温度やコールドウォール温度、気流、AC入力電圧、ピーク電力の持続時間など、いくつかのトレードオフが必要ですが、RECOMは製品データシートに可能な限りの包括的ガイドを記載しています。仕様にしばしば欠落しているパラメータのひとつに、ピーク電力定格の許容反復率、つまり、何度も連続するピーク負荷イベントで温度が高いレベルに「上昇」しないように必要なクールダウン期間があります。RECOMは、図2に示すように、この点に関するガイダンスを提供しています。

精密制御により、電源の範囲内で安全な運用が可能

RACM1200-Vは汎用性を念頭に置いて作られ、提供される熱データにより、ユーザーは特定の条件下で製品から最大電力を引き出すことができ、より高価で、より大きく、より定格の高いAC/DCを必要としないようにします。過電流検知、小過負荷時の定電力モード、定電流モード、そして最終的にはラッチオフまでに4回のサイクルを繰り返す「しゃっくり」スタイルのシャットダウン（図3）など、包括的な保護スキームにより、製品へのストレスは避けられます。同時に、過温度保護と出力過電圧保護も作動します。

さらに、内蔵のPMBus^™ インターフェースで保護レベルを調整できるなど、製品に柔軟性を持たせています。過熱保護にもレベルがあり、一次側スイッチの検知による「ハード」な即時シャットダウンと、出力コンポーネントの検知による「ソフト」なシャットダウンがあり、電源は最初に出力電力を下げることで反応し、温度が上がり続けると警告フラグを立てて最終的に安全にスイッチオフします。

RACM1200-Vのデジタルインテリジェンスのファームウェアが大幅にアップグレードされ、複数の場所で測定されたAC主電源電圧と温度という外部条件を考慮して、製品の電力需要をリアルタイムで効果的に監視し、その能力に合わせることができるようになり、これにより、製品の寿命を縮めるような損傷や過度なストレスが発生しないよう、ユーザーに安心感を与えることができるようになりました。さらに、エンドシステムにはファン駆動用の出力が用意され、その速度や状態を付属の「タコ」信号でモニターすることができます。ファンの回転数を温度制御することで、放熱を抑え、音響ノイズを最小化することができるのです。

PMBusは、RACM1200-VをSCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）またはインテリジェント電力管理システムに統合できるように、追加の監視と制御を提供します。ただし、高速で安全なアナログ制御が忘れられているわけではありません。 リモート センスおよびオン/オフは、AC 主電源に障害が発生した後でもホールドアップ時間がなくなる前に警告する ACOK 信号と共に提供されます。出力が仕様範囲内であることを示すPSU GOOD信号が利用可能で、1Aで「常にオン」の5Vスタンバイ出力は、メイン出力から有用な1.5kV絶縁で提供されています。ファンドライブ出力は、オフまたは1A定格の5V～12Vにプリセットすることが可能です。さらに、RGB LEDは、連続色、点滅色、交互色の組み合わせで、7つの異なるPSUの状態を知らせ、視覚的な興奮を与えます：


本製品は高精度な制御が可能なため、さまざまな負荷タイプに適しています。例えば、突入電流の大きいモーターには、定電流特性を内蔵していることが有効です。また、鉛蓄電池は現在でも広く使われており、定電流・定電圧で充電することができます。これは、RACM1200-Vの制御機能で対応可能です。

もし、この製品で満足できない場合は、最大3つまでパラレル接続することで定格電力を増やすことが可能です。共有は、それぞれが等しい電流を提供することを保証するために、「ドループ」方式で行われます。

アプリケーションによって異なる規格への準拠が必要

これまで、本製品がさまざまな負荷タイプに対応し、包括的な制御と監視を行うことを説明してきました。しかし、異なるアプリケーションには特定の規格への準拠も必要であり、汎用性を謳う AC/DCは、"if and but "なしでこれらをカバーしなければなりません。最新の製品に求められる最低限の条件は、ITおよびマルチメディア規格IEC/EN/UL 62368-1の認証を取得していることで、RACM1200-Vは高度5000mまで対応しています。また、トランスおよび電源装置の安全規格IEC/EN 61558-1/2 と、試験装置、プロセス制御装置、ラボ製品向けの高度4000mのIEC/EN 61010-1/2 に適合していなければなりません。また、IEC 62368-1およびIEC 61010-2による過電圧カテゴリーII（OVC II）、IEC 62477による過電圧カテゴリーIII（OVC III）に準拠し、高度2000mまで対応しており、電気的ノイズの多い環境でも装着することができます。無負荷時の消費電力は通常2W、待機時の消費電力は最大1Wで、エコデザイン要件も満たしています。

さらに、医療用規格IEC/EN ANSI-AAMI 60601-1の認証を取得し、高度4000mまでのAC250Vシステムで2x MOPP（Measures of Patient Protection）を満たすという、一般的に求められる最高レベルをクリアしているので、例外を心配する必要はありません。このレベルの規格が要求するように、絶縁電圧はAC4kVで、二重の入力ヒューズが用意されています。医療用アプリケーションでは、主電源リーク電流が制限され、本製品は通常状態（NC）で最大100μA、単一故障状態（SFC）で最大500μAの患者リーク電流を達成しました。これにより、本製品は医療用BF（ボディフローティング）接続を内蔵し、病院や介護環境での幅広いアプリケーション領域で使用することができます。

シャーシへの出力絶縁はAC1.5kVで、この定格が必要なPoE（Power over Ethernet アプリケーションでの使用の可能性を広げます。

EMCコンプライアンスは包括的で、IEC/EN 60601のクラスB、EN 55011、EN55032、FCC 47 CFR Pt 15のEMCエミッション仕様をすべてクラスBでクリアしています。イミュニティレベルは、IEC/EN 61000シリーズの規格に加え、マルチメディア機器向けのEN 55035、産業機器向けのEN 55024の要件をそれぞれ満たしています。

オトナのための

RACM1200-Vは、最先端の仕様、電力密度、多用途性を手頃な価格で実現した驚くべき製品です。これを実現するために、設計者は、インターリーブされたブーストPFCステージや最先端の「LLC」絶縁・変換ステージなど、最新の変換技術を用いました。

この共振トポロジーは、パワーステージの駆動波形の周波数を変化させて、共振する「タンク」の応答曲線を上下させ、ステージのゲインと出力電圧を変化させ、出力からのフィードバックによりアナログ制御することで、レギュレーションを実現しています。出力整流器には高効率を実現するアクティブシンクロナス型を採用しています。

制御ループのフィードバックはアナログですが、通信インターフェース、外部制御、モニタリングはマイクロコントローラーが行います。独立した低電力AC/DC電源は、内部および外部の補助制御電源を供給します（図4）。

装着して忘れることはないのでしょうか？

RECOM RAC1200-Vのデザインは、テクノロジーの最前線に位置しながらも、その邪魔さとユーザーへの要求から、部屋の奥に置かれることになります。ユニバーサルな入力範囲、包括的な認証、安全機能により、あらゆる一般的なアプリケーションに簡単に組み込むことができます。新しいモジュール式ファームウェアの明確な論理フォーマットにより、構成がさらに容易になり、メーカーはカスタムメイドのバリエーションを迅速に提供することができるようになりました。この安定した緑色のLEDは、電源がその役割を確実に果たしていることを静かに知らせてくれます。しかし、あまりに注意が必要でないため、孤独になるかもしれません。時折、PMBusクエリを送信して、あなたが気にかけていることを知らせることができます。