Technical Report
報文｢19 インチ 1U ラックマウントスイッチング電源 ｣の開発
Development of 19-inch 1U Rack MountSwitching Power Supply芦田有治*

道永勝久*

大芝正嗣*

佐井真林

田哲也*

松川和也*

松本貴文*

曾根啓明*

山口雅英*

三好聖司 **也*

Yuji Ashida
Katsuhisa Michinaga
Masashi Ohshiba
Shinya Sai
Tetsuya HayashidaKazuya Matsukawa
Takafumi Matsumoto
Hiroaki Sone
Masahide Yamaguchi
Seiji Miyoshi

Abstract
The “19-inch 1U Rack Mount Switching Power Supply” with quite thin thickness has been newly developedand its height is only 43.5 mm of which value corresponds 1U size rack. Mounting two of the power unit to
the designated shelf enables to be a power output of 48 V 50 A (2400 W). The power supply is capable to operate through worldwide AC input from 85 V to 264 V with high power factor by the application of power-factor
correction circuit. The shelf incorporated with two-system outputs and accumulator terminals is able to easily configure the complex systems such as a redundant system and storage battery backup system in the rack.
The high efficiency value for this power supply is successfully realized to be 84.0% and 86.6% at AC input of
100 V and 200 V, respectively.

進められているが，通信機器の性能向上にともなって，

1 まえがきコンパクトでより大容量の電源が必要とされている．

近年の IT 産業はインターネットのブロードバンド（株）ジーエス・ユアサ パワーサプライは小形軽量な化により，第三世代携帯電話や IP 電話などの音声通情報通信用スイッチング電源を開発し，各ユーザ向け信，電子メールや Web ブラウジングなどのデータ通に個別に設計したシステムを提供してきた１，２）．しか信，ならびに地上波デジタル放送などさまざまな分野しながら，小形無線基地局および IP 電話などのネッで急速に発展している．インフラの整備も急ピッチでトワーク機器やコンピュータサーバ用の電源は市販のラックにシステムを構成する場合が多く，フレキシブ* 株式会社 ジーエス･ユアサ パワーサプライ 開発部

ルに対応できるラックマウント形の電源が要求される** 株式会社 ジーエス･ユアサ パワーサプライ 製造部

ようになった．このようなニーズに応えるために，今© 2004 GS Yuasa Corporation, All rights reserved.

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第1号

回，
「19 インチ１U ラックマウントスイッチング電源」

50 A（2400 W）である．その入力は，AC100/200 Vを開発したので，ここに，その概要を報告する．

系にて運転可能な AC インレットによるワールドワイ２ド対応とした．さらに，高調波電流抑制回路の採用

外観および構造によって，高力率を実現した．シェルフは，サーキッ開発した ｢19 インチ 1U ラックマウントスイッチン

トプロテクタを持つ２系統の出力端子ならびに蓄電池

グ電源 ｣ の外観を Fig. 1 に示す．この電源は，JIS お端子を有しているので，ラック内での冗長システムやよび EIA 規格の 19 インチラックに対応した薄形の蓄電池バックアップ付きのシステムを容易に構成できものである．その高さは 43.5 mm であり，ラックマる．また，シェルフ内の短絡バーを外すことによってウントの最小単位である 1U サイズに対応している．

電源ユニット 1 および 2 の出力を完全に分離できるのネットワーク機器と併設される場合にもラック内におで，二重系のシステムも構築できる．

ける電源の占める割合が小さいので，限られたスペー

3.2

電源ユニットスを有効に利用できる．また，筐体には鉄より強度が開発した電源ユニットの構成を Fig. 3 に示す．その高く，腐食性が低いステンレスを採用した．
これによっ主回路には，高力率 AC/DC コンバータとダブルフォて強度アップをはかるとともに，メッキレスによる環ワード DC/DC コンバータとの 2 コンバータ方式を採境負荷の低減を実現した．

用した．前者は単相交流電力を直流電力に変換するもので，電流波形を入力電圧に同期した正弦波に制御して入力力率を 1 にする．後者は前者からの直流電力を48 V に変換するもので，電源ユニットの交流入力と直流出力とを絶縁する役割を持っている．
電源ユニットの制御回路は交流側と直流側とにある．交流側では AC/DC コンバータおよび DC/DC コ

Fig. 1 External appearance of 19-inch 1U rack
mount switching power supply.

ンバータのスイッチング動作ならびに起動・停止のシーケンス動作を，直流側では出力電圧・電流の制御と保護・警報シーケンス動作ならびに外部との信号の受け渡しをおこなっている．また，交流 / 直流間の信3 構成

号の受け渡しはフォトカプラを通しておこなってい

3.1 システム構成と搭載シェルフ

る．

開発した電源の構成を Fig. 2 に示す．この電源は，AC/DC コンバータでは交流入力電圧をそのピーク48 V 25 A 出力の「電源ユニット」と，本ユニットを値以上に昇圧することにより力率 1 を実現できるが，2 台搭載することができる「シェルフ」により構成さ昇圧比が高くなるほど効率は低下（損失増加）する．

れる．2 台のユニットを搭載した電源の出力は，48 V

ワールドワイド入力に対応した AC/DC コンバータは入力電圧の上限値が AC 246 V であるために直流電圧を 374 V 以上に設定する必要がある．交流入力電圧

Shelf

Storage battery(option)が低い AC 100 V 系時は高い昇圧比となるために効率Power supply unit 148 V 25 A

AC100 / 200 Vの低下が著しく，小形化には限界があった．電源ユControl, Alarm signal

Power supply unit 248 V 25 A

50 A

Short-circuit
bar50 A

ニットのサイズは最大発熱時の放熱特性によって決Output 1まるため，AC 85 V 〜 264 V の範囲で動作し，かつ１Ｕサイズで高出力の電源ユニットのためには，ACOutput 2

100 V 系時の効率向上（損失低下）が小形化実現の必RS-485 interface

須条件である．今回の電源ユニットでは，交流入力電

Alarm (Major)
Control, Alarm signal

Alarm circuit

圧が AC 100 V 系時の AC/DC コンバータの出力電圧

Alarm (Minor)

を AC 200 V 系時より低い電圧とすることによって，AC 100 V 系時の効率の向上をはかった．一方、ダブルフォワード DC/DC コンバータは広い直流入力電圧

Fig. 2 Diagram of 19-inch 1U rack mount switching power supply.に対応する必要があるため，トランスの利用率低下に

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LNoisefilterN

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Prevention ofinrush
current

第1号+-FG
PFC drive
circuitAC voltage
PFCcontrol

AC current
Link voltage

Outputvoltage

DC / DC drive
circuitOperation/ Stop

Outputvoltagecontrol

DC / DCcontrol

Outputcurrent
control

Variablelink voltage

Secondarysequence circuit

Primary sequence circuit

Abnormaltemperature

Outputcurrent

Control,alarm
signal
RS-485interface

Fan stop

Fig. 3

Diagram of power supply unit for newly developed 19-inch 1 U rack mount switching power supply.

ともなう効率低下が発生するが，電源ユニット全体との高いシステムを実現している．電流バランス動作はしての AC 100 V 時の効率を向上させることができた

RS-485 によるデータ通信でおこない，最大で 6 台のので，小形化が可能となった．

電源ユニットによる動作が可能である．
4.3

4機能

4.1

警報監視機能出力電圧設定機能

電 源 に 蓄 電 池 を 接 続 す る 時 の 出 力 電 圧 は， そ の蓄電池に応じて変更する必要がある．従来の電源では各ユニットの出力電圧をボリュームにて調整して開発した電源の警報監視はシェルフ内の警報回路にいたが，今回のものは DIP スイッチにて 48 V からておこない，電源ユニットや出力電圧異常などの故障

51.3/53.5/54.6 V へ容易に変更することができる出力に関する「メジャー」と交流入力電圧異常や出力ブレー電圧設定機能を有している．また，出力電圧の設定にカトリップなどの保護動作に関する「マイナー」の 2連動して，垂下電流値も変更される．この出力電圧設種類の警報を出力する．また，電源ユニットの前面に定機能および電流バランス機能により，ラックに据え「運転」および「アラーム」の表示および出力電圧の付けたときに各電源ユニットの出力電圧を微調整するチェック端子が，シェルフの前面に「メジャー」，「マ必要がなくなるので，設置作業を大幅に省力化するこイナー」および「出力ブレーカトリップ」の表示があとができる．

り，運転状態を把握できるようになっている．
4.2

電流バランス機能

5

電源ユニットを並列に接続したオーバーフロー運
転では，各々のわずかな出力電圧の違いによって出仕様開発した電源装置の仕様を Table 1 に示す．

力電流分担にアンバランスが生じる．電流分担が集中したものは発熱量が増大して温度上昇が大きくな6るので，寿命が短くなるという問題がある．開発した
電源ユニットは，個々の出力電圧を補正して電流分担特性
開 発 し た 電 源 の 効 率 特 性 を Fig. 4 に 示 す．48 V２)を等しくする電流バランス機能 を搭載して，信頼性

50 A 出 力 時 の 効 率 は，AC100 V 入 力 時 に 84.0%，

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Table 1 Speciﬁcation of 19-inch 1 U rack mount switching power supply.
Items

Specifications

SystemAC input

DC output

Others

NoteConversion

Power-factor correction converter +DC/DC converter

Cooling

Forced-air coolingNumber ofpower supply2Rating

100% continuation

Rated voltage

Single phase 100 V／200 V

Voltage range

Single phase 90〜132 V／180〜264 V

Rated frequency

50/60±5 Hz

Power factor
Efficiency
Inrush current

0.98 Min. / 0.95 Min. (AC 100 V / 200 V)
80% Min. / 85% Min. (AC 100 V / 200 V)
Max. 60 Ao-p

At rated input/output
At rated input/output
Per AC inlet

Leakage current

Max. 3.5 mA

Measured by IEC60950

Max. power output

2400 W

Rated output voltage

48 V

Output voltage range

46.0〜57.0 V

Operated at AC85〜264 V

51.3/53.5/54.6 V

Rated output current

50 A

40 A

Drooping current

Max. 105% of rated current

Max.110% of rated current

Mounting 2 units

Set range ofdroopiing current

50〜110％Accuracy of output
constant voltage

Max. ±3.0%

Ripple voltage

Max. 200 mVp-p

Ripple noise voltage

Max. 500 mVp-p

Psophometric voltage

Max. 5.0 mV

Operating temperature-10〜50℃

Humidity

20〜90％

Without condensation

Insulation resistanceMin. 50 MΩ

At DC500 V megger

Withstand voltage

AC 3000 V 1 min. (AC - DC)

At 0〜100% loadWithout storage battery

AC 2000 V 1 min. (AC - FG)
AC 500 V 1 min. (DC - FG)
Safety standards

Conformable to UL 60950, EN 60950, JIS C6950

Input harmonics current
requirement
Conducting noise
Radiated noise
Noise

Conformable to IEC 61000-3-2

Dimensions

W432 × D450 × H43.5 mm

Except projected parts

WeightMax. 13 kg

Mounting 2 units

Conformable to VCCI Class A
Conformable to VCCI Class A
Max. 60 dB

AC200 V 入力時に 86.6% であった．AC100 V 入力時にも効率の低下が小さく，良好な特性を示しているこEfficiency / %90とがわかる．また，力率特性を Fig. 5 に示す．AC100V および AC200 V 入力時においても軽負荷時から高80い力率を示している．AC100 V 時の入力電流波形をFig. 6 に示す．その波形は交流入力電圧に同期した正弦波状であることがわかる．

70AC100 V
AC200 V

Output voltage ：48.0 V

600102030

Output current / A

40507

オプション機器

7.1

電源監視装置（SRA − R）

電源監視装置 ( 以下，SRA − R とする ) は，先に開発したスイッチング電源監視装置 (SRA) ２) を，今回開Fig. 4 Eﬃciency of newly developed 19-inch 1U
rack mount switching power supply.

発した電源と組み合わせることができるラックマウン

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Power factor / -1.0

0.9

0.8

Fig. 7 External appearance of power supply systemwith power supply surveillance equipment "SRA-R".

AC100 V
AC200 VOutput voltage：48.0 V

0.701020304050

Output current / A

本監視装置を開発した電源と組み合わせた電源シス
テムの外観を Fig. 7 に示す．

Fig. 5 Power factor of 19-inch 1U rack mount switching power supply.

7.2

蓄電池ラック

蓄電池バックアップ付きのシステムには，1U および 3U サイズの 2 種類のラックを用意した．所要の負荷容量とバックアップ時間とを考慮して，これらのラックの組み合わせて，システムを構成できる．

Ch1 ：AC input voltage

8 まとめ
今回開発した ｢19 インチ 1U ラックマウントスイッ
チング電源 ｣ は，1U サイズの薄形でありながら 48 V

Ch2 ：AC input current

50 A の出力が可能である．その効率は，AC100 V 入力時に 84.0%，AC200 V 入力時に 86.6％と高く，冗長システムや蓄電池付きシステムを容易に構成できるものである．この「薄形」，「高出力」，「柔軟なシステム２０Ａ構成」という特長により，今後ますます発展が期待される情報通信のユーザに好評を得られるものと確信しFig. 6 Input current waveform of newly developed
19-inch 1U rack mount switching power supply at
100V AC of input voltage.ている．
今後も情報通信分野の発展に貢献するべく，さらなる研究開発を進めていく所存である．

ト形としたものである．本監視装置は各種計測機能と文献

警報項目表示機能を有し，複雑なシーケンス処理や各種客先仕様に柔軟に対応できる．また，負荷補償回路

1) 石本孔律 , 岩本眞吾 , 森 俊文 , 山本 茂 , ユアサ時報，
92, 17 (2002).

や複数の出力ブレーカを搭載できるので，さまざまなシステムを構成できる．

2) 多田幸生 , 道永勝久 , 芦田有治 , 大芝正嗣 , 山口雅英 , 三好聖司 , GS News Technical Report ，60 (2)，45 (2001).

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