エンジニアコラム

高橋 典夫 高橋 典夫

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地味に難しい電池の突入電流波形模擬

2016.11.14

地味に難しい電池の突入電流波形模擬

職人技が支える「ラッシュカレント電源」

可変型の直流安定化電源(以降は直流電源)は、電気・電子機器の開発や製造に不可欠な基本設備として広く使われています。ところが直流電源の構造・ふるまいを正しく理解している人は意外と少ないのでは、と思います。

直流電源は、しばしば「電池」に例えられます。充電で繰り返し利用できる二次電池もありますが、電池には寿命があり、時間が経つに従って電圧が下がってしまいます。電気製品の開発や製造をする際には、そのような特性では不便この上ない。そこで一定の電圧を長時間取り出せる機器として直流電源が作られました。しかも電池と違い、可変型であれば設定ツマミで自由に出力電圧を定格範囲内で変えられます。なので、直流電源=電池(もしくは直流電源≧電池)だと思われるのは無理もないことかと。

直流電源の原則は電流を流さない!?

しかし、二者は挙動として決定的に異なる点があります。それは突入電流でのふるまいです。直流電源は設定値以上の電流を流さない(流してはいけない)というのが大原則です。当社のカタログ品である直流電源は、定電圧定電流自動移行型といって、負荷の増減によって設定電流値をしきい値とした動作モード切り替え(CV→CCまたはCC→CV)を自動でおこないます。これは直流電源本体の保護のみならず、被試験物の保護でもあります。ちなみに過電圧保護(OVP)や過電流保護(OCP)という機能を備えた製品もありますが、それらは各動作モードの回路故障を想定した安全装置なので、普通は出力設定電圧(CV値)・出力設定電流(CC値)よりやや高めで設定しておきます。そうしないと各動作モードに入る前に保護機能が先に動作して出力を遮断してしまうことになりますので。

さて、電池はどうなのでしょうか。電池にも仕様として流せる電流値(正確には電気容量)が決められています。ではもし大きな負荷が電池にかかった時、電池はどういった挙動を示すのでしょうか。なんと電池(特に鉛電池)の場合は、短時間(数十ms)であれば数百アンペアの電流を流すことができます。だからもし電池に(保護機能なしで)直付けした負荷が故障し短絡したりすると、一瞬で大電流が流れ加熱や焼損などが起き、思わぬ事故になることがあります。これは電池特性の負の側面でありますが、逆にこれがメリットとして働く負荷があります。それは自動車の電装部品です。スタータモータやランプは始動時に大電流が流れます。しかし、いったん始動してしまえば流れる電流は小さくなります。ここでもしピーク電流値にあわせた直流電源を作ると、数十キロワットという容量の装置になってしまうので、実用性からは程遠いかたちになってしまいます。なので電池が非常に便利なのです。

電池を模擬する「ラッシュカレント電源」

ラッシュカレント電源は、バッテリに接続して使用する電装部品(スタータモータやランプなど)の試験のために、突入電流波形を疑似的に再現できるようにした直流電源です。当社では30年以上前からラッシュカレント電源を製作しておりますが、一口にラッシュカレント電源と言っても、実態は様々で、かつ突入電流波形のパターンには顧客毎のノウハウがあります。なのでここでは、具体的な波形写真や細かい数値などをお見せすることができませんが(ごめんなさい・・・)、ラッシュカレント電源を製作する上でのポイントや苦労を、ざっくりではありますが書きしるしたいと思いますので、ご参考になれば幸いです。

ラッシュカレント電源

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