標準電源は、設計者があらかじめ決められた電源仕様に従って作業せざるを得ないため、設計者にとって障害となります。Mean Well の NMP シリーズや UMP-400 シリーズのような構成可能な電源は、こうした制約を克服する助けとなります。

 

 

構成可能な電源は、DC-DC 制御を行うフロントエンドモジュールを介してプログラム可能な出力を提供することで、設計者に柔軟性をもたらします。「フロントエンドはクイックコネクトまたはプラグアンドプレイ方式でモジュールに接続されます。パワーモジュールは、シンプルでコンパクトな分散型電源システムを構築するために使用できます」 と Engineering.com は指摘しています。

 

図1. 複数のAC-DC電源を用いた従来の構成（左）と、構成可能な電源を用いた分散型システム（右）の比較。

「私たちは、フロントエンドのサプライヤーと互換性のあるさまざまな種類の出力モジュールを提供しており、ユーザーは出力電圧や出力電力レベルなどの必要な条件を自由に組み合わせることができます」と、Mean Well のプロジェクトマネージャーである Kai Li 氏は Engineering.com に語りました。「高度な機械には複数の出力電圧レベルが必要です。例えば、3Dプリンターにはモーターを駆動するために24V、表示パネルを駆動するために12V、一部の無線機能を制御するために3.3Vが必要です。構成可能な電源があれば、これらすべての異なる電圧に対応するために必要なのは1台だけです。」

NMP-650（650W）とNMP1K2（1,200W）は、3Vから55Vの範囲をカバーする4つの調整可能な出力モジュールを備えた1Uロープロファイルの構成可能電源です。NMPシリーズは、インテリジェントな制御機能も備えています。

「これにより、さまざまな制御信号によるインテリジェントな制御が可能になります。ユニットの電源をリモートでオン・オフでき、それをフロントエンドへのグローバル制御信号で行うことも、各出力モジュールごとにローカルで行うこともできます」とLi氏は説明しました。

柔軟性と制御機能に加えて、Mean Well NMPシリーズの利点には以下が含まれます。

• 低い漏れ電流 - 接地接続の損傷は、人体を含む導電性のあるあらゆるものを経由して大地に流れるAC漏れ電流とDC漏れ電流の両方を引き起こす可能性があります。そのため、設計者はこの電流値を制限する必要があります。標準的な電源では漏れ電流を大まかにしか制御できず、特定の機器要件を満たす上で問題が生じます。

構成可能な電源は漏れ電流が低く抑えられており、すべての漏れ電流性能を考慮した上で、ユニット全体として設計・認証されています。

Mean Well NMP電源のアース漏れ電流は<400uA/264VAC、接触電流は<100uA/264VACです

 

• 電磁両立性性能（EMC）- 電源は近くの機器に影響を与える電磁干渉（EMI）を発生させる可能性があり、これは標準的な電源でより顕著です。EMCとは、EMIが存在してもパフォーマンスを維持し、かつ自らEMIを発生させない能力のことです。電気システムの設計が不十分だと、EMIが増大する可能性があります。単一の構成可能な電源はこの影響を軽減でき、電気機械製品の設計において最も時間のかかる作業であるEMIデバッグをエンジニアが行う必要がなくなります。また、追加のフィルタや設計上の修正の必要性を抑えることもできます。

• 高いパワー密度 - 同等またはより高い出力を持つ、より小型の電源への需要が高まり続ける中、パワー密度に関する課題には効率的な冷却が求められます。NMP電源はこれにより最大91パーセントの効率を達成しています。NMP-650（出力650W）には冷却ファンが1基内蔵されており、NMP-1K2（1,200W）には2基内蔵されています。

「[NMP]を設計する際、私たちは空気力学、ファンの気流、そしてその気流が部品とどのように相互作用するかを非常に慎重に検討する必要がありました」と同氏は述べました。「つまり全体として、スイッチング電源の設計における Mean Well の35年以上の経験を結集した設計プロセスなのです。」

構成可能な電源の機能

Mean Well の NMP シリーズには、電源の柔軟性を高める機能が追加されています。 

• アクティブ力率改善（PFC）機能 - これは変換効率を向上させながら、設計されたあらゆる機器を保護します。アクティブ電流分配機能と並列制御機能により、ユーザーは同じ出力電圧定格（電圧差が0.2V未満であること）のモジュールを最大4個（NMP650）または6個（NMP1K2）接続することで、総出力電流を増加させることができます。

• より高い出力電圧 - Mean Well は出力モジュールを直列に接続することでこれを実現しています（この場合、総出力電流は直列接続された中で最も定格の低いモジュールの電流定格を超えてはなりません）。

図2. 6つのNMS240モジュールの並列接続。（画像提供：Mean Well）

モジュールの出力電圧は、出力端子付近のVR60ポテンショメータを回して調整するステップ電圧レギュレータ（SVR）で調整できます。VR60を時計回りに回すと電圧が上がり、反時計回りに回すと下がります。出力電圧は、3～6V（NMS-240-05）、6～15V（NMS-240-05）、15～30V（NMS-240-24）、30～55V（NMS-240-48）の範囲でプログラムできます。さらに、外部DC電圧を印加することで、電圧と電流を定格値の40～100%に調整できます（下のグラフを参照）。

図3. 外部DC電圧を印加することで出力電流を調整できます。（画像提供：MEAN WELL）

「弊社には5V、12V、24V、48Vの公称電圧を持つ4種類のモジュールしかありません」とLi氏は説明しました。「各モジュールには非常に広い調整範囲があります。競合他社の中には100種類以上の異なるモジュールを製造しているところもあります。弊社のユーザーは、適切なモジュールを見つけるために何ページものスペックシートを調べる必要はありません。」

NMPシリーズの内蔵リモートセンス出力モジュールは、最大0.5Vの電圧降下を補償できます。電圧検出線をより合わせたりシールドしたりすることで、外部からのノイズ干渉を防止します。電源の状態はDC OK信号出力によって監視され、正常に動作している場合、DC-OK信号はHIGH（4.5～5.5V）となり、LEDインジケータが点灯します。

NMP出力モジュールには内蔵の電流保護機能があり、出力が短絡した場合や出力電流が定格出力電流の115％±10％を超えた場合に作動します。各出力モジュールには内蔵の過電圧保護機能も備わっています。保護機能が作動すると、ユニットは10秒間停止した後、AC電源を再投入してユニットの電源をオンにします。また、内蔵のファンロック保護回路もあります。DCファンが停止した場合（ファンロック、コネクタの緩み、配線の断線などの場合）、NMPモジュールの出力はシャットダウンします。この場合、AC電源をオフにし、ファンロックの原因となっている状態を取り除く必要があります。

内部温度が事前に設定された値を超えると、NMPシステムの内蔵温度検知回路がHIGH信号を送信します。内部温度が上昇し続け、「安全限界」値を超えると、出力は自動的にシャットダウンします。この信号は、内部温度が正常な範囲内にある場合はLOWとなります。

電源の安全性

電源の安全性は重要な要素であり、NMPシリーズは医療機器向けの2x患者保護手段（MOPP）およびITE規格を含む規制に準拠しています。

MOPPは、医療用電気機器に求められる基本的な安全性の規格であり、電源の絶縁レベルを規定しています。IEC/EN 60601-1は、医療機器の電気的安全性を管理し、感電を防ぐための詳細な対策を定めています。

MOP保護には、MOOPとMOPPの2種類があります。MOOPは操作者保護手段を表し、患者と接触しない機器を対象としています。MOOPは通常、絶縁および漏れに関する要件の水準が低く、主に電源ユニットの絶縁レベルを規定します。

「[NMP]のもう一つの重要な特徴は、医療用規格とITE［情報技術機器］安全規格の両方が承認されていることです」とLi氏は述べました。「そのため、お客様は3Dプリンターなどの産業用途だけでなく、画像診断装置や手術用機器などの医療機器にもこれをご利用いただけます。」

ファンレスのMean Well UMP-400

Mean Wellのもう一つの構成可能な電源であるUMP-400は、独立した400W（24Vまたは48V）の単一出力電源として動作可能です。UMP-400は完全に構成可能なファンレス電源であり、ユニットを冷却するための強制的な空気の流れを必要としません。これにより無音の機器となり、病院やショッピングセンターなど、騒音に敏感な環境で非常に人気があります。

図4. MEAN WELL UMP-400電源。（画像提供：MEAN WELL）

UMP-400は、NIDシリーズの非絶縁DC-DCコンバータを組み込むことで、マルチチャンネルのモジュール式電源として構成できます。5V、12V、15V、24Vの一般的な電圧に調整可能な最大100Wの出力電力を備え、UMP-400はITE 62368-1安全規格の認証を取得しており、2x MOPP安全規格に準拠するように設計されています。

電源からファンをなくすことで、信頼性の向上、システム設計コストの削減、そして騒音の排除が可能になります。Mean Well UMP-400はファン故障に関する問題を回避し、メンテナンスコストを削減します。同社は、UMP-400を診断機器や生物学関連施設、テストまたは測定システム、通信機器、産業用自動化機械、産業用制御システム、機械・電気機器などの用途に推奨しています。

構成可能な電源のメリットについて詳しくは、onlinecomponents.com にアクセスして、以下の製品に関する詳細情報をご覧ください。 Mean Well NMP-1K2、 NMP-650、および UMP-400。