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【解説】スイッチング電源とは 簡単に電源のキホンを理解できる!

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スイッチング電源の形状

 スイッチング電源には形状別の分類があります。「ユニット型」「基板型」「DINレール型」「オンボード」「パワーモジュール」「マルチスロット」などがです。それぞれについて説明します。

 

ユニット型

 ユニット型電源「HWS150A-24/A」

ユニット型はシャーシとカバー付きの箱型(ユニット型)の形状をしています。カバーなしも選択できます。カバーなしのメリットは放熱しやすくなり負荷率(ディレーティング率)や電源の寿命が伸びることです。同じ環境条件であれば約10℃電解コンデンサの温度が下がりますので寿命は2倍伸びることになります。

電源の置き方は下の写真の縦置きが標準の置き方です。他の置き方もできますが、標準置きの60〜70%しか負荷容量(ワッテージ)が取れなくなります。電源メーカーは設計時にこの標準置きを基準に熱設計をしていますので一番負荷容量がとれ寿命が長い置き方になります。
メーカーの仕様書に電源の置き方による負荷率(ディレーティング率)がありますので確認してください。

 

 逆さまにした電源

電源の置き方は1つだけ絶対してはいけない置き方があります。それはシャーシを天面にした置き方です。この置き方にすると熱が電源内部にこもり電解コンデンサやトランス、ICの温度が上がりすぎて故障の原因になります。メーカーでもこの置き方は保証対象外としています。

 

 

またユニット型電源の容量は15W〜3,000Wまであり300W以上にはファンが付きます(300Wでもファンレスもありますが)。FETなどの高温部品をシャーシに密着させて放熱しますので比較的長寿命です。機能やオプションも充実しており価格は基板型電源より高くなります。
ユニット型電源は制御盤やFA工作機械、半導体製造装置、医療機器、通信装置など信頼性を要求される装置や機器に幅広く使用されています。また、電源メーカーにとってもユニット型電源は売上に占める割合も高く廃品のスパンは20年以上になります。

 

基板型

 基板型電源「ZWS30B-5」

基板型はシャーシ・カバーが不要なユーザー向けのローコスト電源です(オプションでシャーシやカバー付きは選べます)。一番の特徴はその薄さ(高さ)でユーザーの装置内に他の制御基板などと並べて使われることが多いです。

また基板型電源はファンがないので基板上の放熱フィンで放熱させますが、どうしても放熱フィンの大きさに制限があり電源を縦置きで立てて使うと定格電流の60〜70%しか出力がとれません。寿命もユニット型に比べると見劣りしますが、価格面ではユニット型電源の70〜80%ですので民生品の装置や機器には最適です。

 

 

DINレール型

 

DINレール型は制御盤用の電源で、電源背面のアタッチメントでDINレールにワンタッチで取り付けられるようになっています。電源が空中に浮いた状態になりますのであまり重いものは取り付けられませんが、電源底面の風穴から上へ風が抜ける構造になります。

入力電圧はAC100/200Vと3相200Vが一般的です。メーカーよっては3相400Vがあるのも特徴で容量は1500Wまであります。最近ではIoT対応の通信付き高機能の機種も発売されていて、入力電圧や出力電圧・電流値や保護機能の設定値、累積稼働時間、電源残寿命時間、電源内部温度などを常時モニター可能です。

また、ユニット型電源にDINレールの金具をつけることもできます。ユニット電源は出力電圧の種類も多く価格もDINレール専用電源より安いので使用するユーザーも多いです。

 

 

オンボード

 

オンボードは直接基板に搭載するタイプの電源でDC/DCコンバータなどです。写真のタイプはピンを基板のホールに通し半田付けして使います。ピンが2列に並んでいるものをDIP(ダブル・インライン・パッケージ)といいます。1列にピンが並んでいるものはSIP(シングル・インライン・パッケージ)と呼びます。

容量は1.5W〜30W程度、最近はバッテリー入力が多く電圧が振れることからワイド入力電圧の電源が好まれます。寿命部品である電解コンデンサを使っていないので電コン寿命がないことも特徴です。

 また、DC/DCコンバータは「絶縁」と「非絶縁」に分けられます。絶縁は一次側(入力側)と二次側(出力側)が電気的に直接つながっていないので安全性が高くなります。非絶縁は絶縁されていませんが、小型・低価格なため絶縁が必要のない回路の箇所に使われます。

 

 

パワーモジュール

 

パワーーモジュールも基板上に直接ピンに半田付けします。放熱はピンとは反対側のアルミ製ベースプレートに放熱フィンをつけて風を当てるか、装置本体の金属部分に密着させて放熱します。

パワーモジュールは単体だけで使うことはできず周辺の回路設計が必要になります。パワーモジュールはいわば電源回路の一部分をパッケージしたものです。ユーザーはディスクリートの部品で電源を設計することを考えると、パワーモジュールを使うことで回路設計が楽になり設計工数が省けます。容量は700Wまでありオプションも色々用意されています。

 

 

マルチスロット 

 

出典:コーセルACEシリーズ

マルチスロットはケースの出力部に4〜6スロットがあり、希望の電圧電流の出力モジュールを入れて使います。特注電源を標準電源でも使えるようにした画期的な製品で、特注電源に必要な開発費・規格取得費・開発期間などは一切不要です。

スロットに入れるモジュールは様々な出力電圧(単出力、2出力)が用意されており、モジュール同士の直列・並列接続も可能です。各種安全規格も取得済みでオプションも豊富で容量は300w〜3KWまであります。 その組み合わせごとにそれぞれ機種名が登録され、メーカーがモジュールを入れて完成した状態で出荷します。

 

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