パワーエレクトロニクス・ワールド

第5回 分散電源システムとパワーモジュール

過去の記事を整理・一部リライトして再掲載したものです。 古い技術情報や、 現在、TDKで扱っていない製品情報なども含まれています。

省エネが声高に叫ばれている中で、このところ急増しているのがIT関連の電力消費量。機器そのものの消費電力に加え、排熱や冷却用電力も増加。このままでは2025年にはIT関連だけで日本全体の電力消費量の約4分の1を占めると予測されています。電源は電子機器の心臓部。効率が1%向上しただけでも、多大な省エネ効果を生み出します。

将来、家庭の電力は直流配電になる?

電子機器のほとんどは直流(DC)で駆動するので、コンセントから取りいれた100Vの交流(AC)を直流に変換して回路に送り込みます。これまでご紹介してきたように、このAC-DC変換は効率にすぐれたスイッチング方式が主流です(AC-DCスイッチング電源など)。しかし、それでも10%程度の変換ロスが生じ、電気エネルギーの一部は熱として奪われてしまいます。交流配電は19世紀から進歩を重ねてきた成熟した技術ですが、現在においては必ずしもベストな電力供給システムとはいえません。
そこで、省エネやCO2削減のため、オフィスや家庭への電力供給を、現在の交流から直流に切り替えようという構想もあります。これを直流配電(直流給電)といいます。直流配電は自然エネルギーを利用した発電システムとも親和性にすぐれます。たとえば太陽光発電や風力発電、ミニ水力発電などの利用が家庭でも普及すれば、生み出した電力はバッテリに蓄えて利用することになります。バッテリは直流なので、直流配電と相性がよく、何かとつごうがよいわけです。また、AC-DC変換にともなうノイズ問題などを回避できるのも直流配電のメリットです。
とはいえ、直流配電となっても電子機器に電力変換装置は欠かせません。電子回路の駆動に必要な直流電圧はさまざまで、その電圧変換を担うのがDC-DCコンバータです。 DC-DCコンバータの変換効率の向上はパワーエレクトロニクスにおけるきわめて重要な課題となっています。
また、近年の半導体技術の進歩は、電源システム全体にも大きな変化をもたらしています。たとえば、パソコンなどの電子機器に搭載されるDC-DCコンバータのDC出力は、従来はアナログ回路を駆動するための12V、デジタル回路を駆動するための5V、3.3Vが主流でした。しかし、近年、2Vや1.2V、あるいは1V以下と、さらなる低電圧化が進みつつあります。これは電子機器の高速化・多機能化ニーズに応え、ICの処理速度を向上するために半導体の微細化と高集積化が進み、それにともなってICの低電圧化と大電流化が進んでいるからです。

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