DC電源における定電力電圧・電流範囲の利点

定電力DC電源

コンスタント・パワーとは何か?

プログラマブル直流電源装置は、歴史的にワット単位の定格出力能力によって特徴づけられてきた。定格点とは、電源装置から利用可能な最大電力出力が、1 つの動作点においてのみ利用可能であることを意 味する。この電力出力点は、直流電圧と直流電流出力の両方が、それぞれの利用可能な範囲の最大設定値である。例えば、0~250Vdc の電圧範囲を持つ 10kW 電源は、負荷電流が 40Adc の場合にのみ 10kW 出力を供給できる。エンドユーザーにとって、このようなプログラマブルDC電源の設計方法の意味は2つある:

1.選択される電源装置は、必ず被試験機器の実際の電力要件よりも大きなサイズでなければならない。そのため、ほとんどの場合、電源装置はその最大電力、電圧、電流定格以下で使用される。

2.一旦選択されると、DC 電源が使用できるアプリケーションの範囲は、電力と電圧範囲の両方によって制限される。先の例では、250Vdc 電源は、250Vdc 以上の出力を必要とするアプリケーションには使用できない。

このような定格のため、プログラマブル電源装置のメーカーは、ある電源装置モデル範囲において多数の電圧範囲モデルを提 供しており、1 つのモデルシリーズに対して 20 種類もの電圧範囲モデルを提供することもある。これは明らかに、製造における規模の経済の恩恵を受ける能力を制限し、その結果、製品コストが高くなり、そ の結果、エンドユーザー価格が高くなる。エンドユーザーは何十年もの間、こうした制限に耐えなければならなかったが、電力変換技術の新たな発展により、こうした制限のいくつかが解消されつつある。

コンスタント・パワー・レンジ設計

図1:DC電源DCS360-80-4

より高精度の回路と高分解能の制御・測定技術を使用することにより、最先端のプログラマブル電源装置の設計は、もはやエンドユーザーに幅広い定格モデルから選択することを強いるものではない。その代わりに、これらの新しい電源装置は、所定の電力レベルにおいて、より広い電圧・電流範囲(場合によっては、両者の比率が3対1)を提供します。その好例が、アダプティブ・パワー・システムズDCSシリーズの定電力プログラマブルDC電源です。DCS電源の電圧と電流の範囲は、単一の最大出力設定点によって定義されるのではなく、幅広い設定範囲で利用可能です。例えば、10kW DCS360-80モデルは、0~360Vdcの電圧範囲を提供し、同時に0~360Adcの電流範囲をサポートします。従って、セクション1.0にある250Vdc @ 40Adcの要件だけでなく、10,000/360または27.78Adcの360Vdc出力、および166.67Vdc @ 60Adcの要件も簡単にサポートできる。このように、同じDC電源でより幅広いアプリケーションをサポートすることができる。

この能力を図2に示す。灰色の領域は10kW定格電源の動作範囲を示しており、これは同電力定格DCSモデルの動作範囲よりかなり小さい。
図2:DCSシリーズ定電力オートレンジ

定電力範囲DC電源のコスト削減

このような柔軟性の向上は、「従来の」プログラマブル DC 電源を使用する場合に比べ、かなりのコスト削減につながります。このことは、DC/DCコンバーターなど、広いDC入力能力をサポートすることが多い最新の電子EUTを扱う場合に特に当てはまります。このような広い動作能力を持つデバイスの開発と試験をサポートするために、エンドユーザーはこれまで、すべての設定をカバーするために使用されるDC電源の定格を大幅にオーバーサイズしなければなりませんでした。この結果、柔軟性の欠如により、直流電源はその最大能力をはるかに下回る状態で主に使用されることになる。このことをより明確に説明するために、彼女の例を挙げます。

例1:テレコムDC/DCコンバーター試験

図3:1600W DC/DCコンバータ
最初の例では、典型的なテレコム DC/DC コンバータのすべての DC 入力レンジをテストするために必要な設定を決定します。例として、7つの異なるDC入力レンジを持つVicor MegaPACコンバーターを使用します(図3参照)。対応する公称入力試験電圧と下限および上限範囲の試験値を以下の表1に示す。
表 1:DC/DCコンバータ入力電圧範囲
最も費用対効果の高い試験方法は、すべての入力試験電圧と電流設定に対応できるプログラマブルDC電源を1台使用することである。つまり、160Aの電流をサポートできる100Vdc電源が必要である。 このことは、表2の様々なレンジの低ライン試験限界値によって証明されている。
表 2:レンジ別の必要試験電圧と電流
ほとんどのプログラマブルDC電源メーカーが100Vdcモデルを提供しているが、電源の電圧範囲の10%に当たる10Vdcで160Adcを得られることを確認する必要がある。いくつかのメーカーが提供している15kW電源は、最大150Adcにしか対応していないため、一般的に20kWである次の利用可能な電力レベルを選ぶ必要がある。 このため、表3に示すような従来型の定格DC電源の選択肢が残されている。
表3:使用可能なポイント定格DC100V電源
20kWの大型DC電源は高価で、1600Wの試験用途には明らかにオーバーサイズですが、1台の試験電源で使用するにはこれしかありません。 これを定電力範囲のDC電源と比較すると、定格電力をわずか15kWに抑えることができ、電源のコストを約40%節約できる上、必要な試験電圧の2倍と最低試験電圧で50AのDC電流を供給することができます。また、特大サイズでありながら、より小さく、はるかに安価です。 さらに、DCS200-210は、これらの競合電源の半分のラックスペースで済みます。比較は表4を参照。
表4:APS定電力DC電源

例2:PVインバータのテスト

もう一つの典型的な試験は、PVインバータの試験である。 製品テストの開発中に、実際のソーラーパネルを使って直流入力電圧を供給するのではなく、一般的にプログラマブル直流電源を使用してPVインバーター入力を駆動します。PVインバーターは、日中の環境条件が大きく変化するため、日陰、太陽角、日中の太陽の強さに対応できるよう、広い入力電圧範囲で動作するように設計されています。 そのため、PVインバーターの試験には幅広い試験電圧が必要となる。 この例で使用したPVインバータの仕様を以下の表5に示す。
表 5: PV インバーター DC 入力仕様
この場合も、最大PV入力電圧520Vdcと最大入力電流50Adcをカバーするには、定格30kWのDC電源が必要となる。利用可能なモデルの例については、以下の表6を参照のこと。
表6:使用可能なポイント定格600V DC電源
おわかりのように、これらはさらに大きく、また非常に高価である。表7に示すDCS750-70を使用した場合とは対照的です。 消費電力が半分、コストが半分以下であるだけでなく、テスト・システムに必要なラック・スペースの1/2または1/3を占めるだけです。
表7:APS定電力DC電源

概要

APS DCSシリーズのような最新設計の定電力直流電源は、試験アプリケーションのコストとスペースを節約します。また、同じDC電源で、従来のポイント定格DC電源よりもはるかに幅広い電圧と電流の組み合わせに対応できるため、研究開発ラボでの柔軟性も向上します。
DCS電源の技術情報および利用可能な電圧、電流、電力の組み合わせの概要については、https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ の製品情報ページを参照するか、アダプティブ・パワー・システムズまでフリーダイヤル+1 (866) 517-8400でお問い合わせください。

定電力DC電源

コンスタント・パワーとは何か?

プログラマブル直流電源装置は、歴史的にワット単位の定格出力能力によって特徴づけられてきた。定格点とは、電源装置から利用可能な最大電力出力が、1 つの動作点においてのみ利用可能であることを意 味する。この電力出力点は、直流電圧と直流電流出力の両方が、それぞれの利用可能な範囲の最大設定値である。例えば、0~250Vdc の電圧範囲を持つ 10kW 電源は、負荷電流が 40Adc の場合にのみ 10kW 出力を供給できる。エンドユーザーにとって、このようなプログラマブルDC電源の設計方法の意味は2つある:

1.選択される電源装置は、必ず被試験機器の実際の電力要件よりも大きなサイズでなければならない。そのため、ほとんどの場合、電源装置はその最大電力、電圧、電流定格以下で使用される。

2.一旦選択されると、DC 電源が使用できるアプリケーションの範囲は、電力と電圧範囲の両方によって制限される。先の例では、250Vdc 電源は、250Vdc 以上の出力を必要とするアプリケーションには使用できない。

このような定格のため、プログラマブル電源装置のメーカーは、ある電源装置モデル範囲において多数の電圧範囲モデルを提 供しており、1 つのモデルシリーズに対して 20 種類もの電圧範囲モデルを提供することもある。これは明らかに、製造における規模の経済の恩恵を受ける能力を制限し、その結果、製品コストが高くなり、そ の結果、エンドユーザー価格が高くなる。エンドユーザーは何十年もの間、こうした制限に耐えなければならなかったが、電力変換技術の新たな発展により、こうした制限のいくつかが解消されつつある。

コンスタント・パワー・レンジ設計

図1:DC電源DCS360-80-4

より高精度の回路と高分解能の制御・測定技術を使用することにより、最先端のプログラマブル電源装置の設計は、もはやエンドユーザーに幅広い定格モデルから選択することを強いるものではない。その代わりに、これらの新しい電源装置は、所定の電力レベルにおいて、より広い電圧・電流範囲(場合によっては、両者の比率が3対1)を提供します。その好例が、アダプティブ・パワー・システムズDCSシリーズの定電力プログラマブルDC電源です。DCS電源の電圧と電流の範囲は、単一の最大出力設定点によって定義されるのではなく、幅広い設定範囲で利用可能です。例えば、10kW DCS360-80モデルは、0~360Vdcの電圧範囲を提供し、同時に0~360Adcの電流範囲をサポートします。従って、セクション1.0にある250Vdc @ 40Adcの要件だけでなく、10,000/360または27.78Adcの360Vdc出力、および166.67Vdc @ 60Adcの要件も簡単にサポートできる。このように、同じDC電源でより幅広いアプリケーションをサポートすることができる。

この能力を図2に示す。灰色の領域は10kW定格電源の動作範囲を示しており、これは同電力定格DCSモデルの動作範囲よりかなり小さい。
図2:DCSシリーズ定電力オートレンジ

定電力範囲DC電源のコスト削減

このような柔軟性の向上は、「従来の」プログラマブル DC 電源を使用する場合に比べ、かなりのコスト削減につながります。このことは、DC/DCコンバーターなど、広いDC入力能力をサポートすることが多い最新の電子EUTを扱う場合に特に当てはまります。このような広い動作能力を持つデバイスの開発と試験をサポートするために、エンドユーザーはこれまで、すべての設定をカバーするために使用されるDC電源の定格を大幅にオーバーサイズしなければなりませんでした。この結果、柔軟性の欠如により、直流電源はその最大能力をはるかに下回る状態で主に使用されることになる。このことをより明確に説明するために、彼女の例を挙げます。

例1:テレコムDC/DCコンバーター試験

図3:1600W DC/DCコンバータ
最初の例では、典型的なテレコム DC/DC コンバータのすべての DC 入力レンジをテストするために必要な設定を決定します。例として、7つの異なるDC入力レンジを持つVicor MegaPACコンバーターを使用します(図3参照)。対応する公称入力試験電圧と下限および上限範囲の試験値を以下の表1に示す。
表 1:DC/DCコンバータ入力電圧範囲
最も費用対効果の高い試験方法は、すべての入力試験電圧と電流設定に対応できるプログラマブルDC電源を1台使用することである。つまり、160Aの電流をサポートできる100Vdc電源が必要である。 このことは、表2の様々なレンジの低ライン試験限界値によって証明されている。
表 2:レンジ別の必要試験電圧と電流
ほとんどのプログラマブルDC電源メーカーが100Vdcモデルを提供しているが、電源の電圧範囲の10%に当たる10Vdcで160Adcを得られることを確認する必要がある。いくつかのメーカーが提供している15kW電源は、最大150Adcにしか対応していないため、一般的に20kWである次の利用可能な電力レベルを選ぶ必要がある。 このため、表3に示すような従来型の定格DC電源の選択肢が残されている。
表3:使用可能なポイント定格DC100V電源
20kWの大型DC電源は高価で、1600Wの試験用途には明らかにオーバーサイズですが、1台の試験電源で使用するにはこれしかありません。 これを定電力範囲のDC電源と比較すると、定格電力をわずか15kWに抑えることができ、電源のコストを約40%節約できる上、必要な試験電圧の2倍と最低試験電圧で50AのDC電流を供給することができます。また、特大サイズでありながら、より小さく、はるかに安価です。 さらに、DCS200-210は、これらの競合電源の半分のラックスペースで済みます。比較は表4を参照。
表4:APS定電力DC電源

例2:PVインバータのテスト

もう一つの典型的な試験は、PVインバータの試験である。 製品テストの開発中に、実際のソーラーパネルを使って直流入力電圧を供給するのではなく、一般的にプログラマブル直流電源を使用してPVインバーター入力を駆動します。PVインバーターは、日中の環境条件が大きく変化するため、日陰、太陽角、日中の太陽の強さに対応できるよう、広い入力電圧範囲で動作するように設計されています。 そのため、PVインバーターの試験には幅広い試験電圧が必要となる。 この例で使用したPVインバータの仕様を以下の表5に示す。
表 5: PV インバーター DC 入力仕様
この場合も、最大PV入力電圧520Vdcと最大入力電流50Adcをカバーするには、定格30kWのDC電源が必要となる。利用可能なモデルの例については、以下の表6を参照のこと。
表6:使用可能なポイント定格600V DC電源
おわかりのように、これらはさらに大きく、また非常に高価である。表7に示すDCS750-70を使用した場合とは対照的です。 消費電力が半分、コストが半分以下であるだけでなく、テスト・システムに必要なラック・スペースの1/2または1/3を占めるだけです。
表7:APS定電力DC電源

概要

APS DCSシリーズのような最新設計の定電力直流電源は、試験アプリケーションのコストとスペースを節約します。また、同じDC電源で、従来のポイント定格DC電源よりもはるかに幅広い電圧と電流の組み合わせに対応できるため、研究開発ラボでの柔軟性も向上します。
DCS電源の技術情報および利用可能な電圧、電流、電力の組み合わせの概要については、https://adaptivepower.com/products/dc-supplies/DCS-series/ の製品情報ページを参照するか、アダプティブ・パワー・システムズまでフリーダイヤル+1 (866) 517-8400でお問い合わせください。