Vicor PFM™/BCM®で実現する屋外照明向け高効率HVDC電源システムとは？
Vicor社のコア技術であるPFM™ AC-DCコンバータとBCM® バスコンバータが、いかにして屋外LED照明の電力伝送に革命をもたらすのか。スタジアムや道路照明などで課題となる電力損失やコストを劇的に改善する、高電圧直流（HVDC）送電と独自のFactorized Power Architecture (FPA)™について。その技術的な特長と具体的なシステム構成例、そして設計者が得られるメリットを詳しく解説します。
なぜ今、屋外照明の電源にVicorのモジュールが選ばれるのか？
近年、スタジアム、空港、広大な駐車場や高速道路など、大規模な屋外照明に高輝度・長寿命なLEDが採用されるのが当たり前になりました。しかし、その裏側で電源設計者は大きな課題に直面しています。
背景：長距離・高電力化するLED照明のトレンド
LED照明は高性能化・高出力化が進み、一つの照明器具が消費する電力は増大しています。さらに、照明を設置するエリアは広範囲にわたるため、電源から照明器具までのケーブル長は数十メートル、時には百メートルを超えることも珍しくありません。この「高電力化」と「長距離化」が、従来の電源システムの限界を露呈させています。
課題：従来のAC電源アーキテクチャの非効率性
従来、電源設計の主流はAC（交流）送電でした。しかし、この方式を長距離・大電力のLED照明に適用すると、以下のような問題が発生します。
- 大きな電力損失: 長いケーブルに大きな電流を流すと、抵抗による電力損失（I2R損失）が無視できなくなります。これは電気代の無駄であると同時に、熱の問題も引き起こします。
- ケーブルコストの増大: 大電流を安全に流すためには、導体断面積の大きい、太く高価な銅線ケーブルが必須となり、プロジェクト全体のコストを押し上げます。
- 信頼性の低下: 各照明器具にAC-DCコンバータを内蔵するため、屋外の厳しい温度変化や湿度の影響を受ける故障点が分散します。メンテナンス性が悪く、システム全体の信頼性を確保することが困難でした。
これらの課題を根本から解決するソリューションとして、Vicorの電源モジュールが注目されています。
屋外照明に最適な2つのキーコンポーネント
Vicorは、高電圧直流（HVDC）送電を効率的かつコンパクトに実現するためのキーコンポーネントを提供します。主役となるのは「PFM™」と「BCM®」です。
PFM™：高効率・高電力密度のAC-DCフロントエンド
PFM™は、AC電源から絶縁された安定的な高電圧DCバス（例: 380Vdc）を生成するAC-DCコンバータモジュールです。
- 役割: 力率改善（PFC）機能も内蔵し、商用AC電源をクリーンで高効率な直流電力に変換します。
- 特長: 独自のZVS（ゼロ電圧スイッチング）技術により、最大93%以上の高い変換効率を実現。さらに、放熱性に優れたパッケージ技術により、驚異的な電力密度を誇ります。これにより、電源ユニットの大幅な小型化が可能になります。
BCM®：絶縁と高効率降圧を両立するDC-DCコンバータ
BCM®は、PFM™が生成した高電圧DCバスを受け、LEDの駆動に適した低電圧（例: 48Vdc）に変換する、絶縁型のDC-DCコンバータです。
- 役割: 照明器具の直近に配置され、安全な低電圧をLEDドライバに供給します。
特長: 95%を超える非常に高い効率で電圧を変換します。高周波スイッチング技術により、小型・軽量化を実現しており、照明器具への内蔵が容易です。絶縁機能により、安全基準への準拠も容易にします。
PFM™とBCM®が可能にするFactorized Power Architecture (FPA)™
Vicorの最大の強みは、これら高性能モジュールを組み合わせた独自の電源アーキテクチャ「Factorized Power Architecture (FPA)™」にあります。
FPAの構成と動作原理
FPAは、従来のAC-DCコンバータが担っていた機能を「電圧安定化（レギュレーション）」と「電圧変換・絶縁（コンバージョン・アイソレーション）」に**分離（Factorize）**するという考え方です。
- まず、環境の安定した制御盤内などに**PFM™**を集中配置し、ACから高効率に高電圧DCバスを生成します。
- 生成された380Vdcを、細いケーブルで各照明器具まで送電します。
- 各照明器具に内蔵された小型の**BCM®**が、高電圧DCを効率的に低電圧DCへと変換します。
このアーキテクチャにより、システム全体で最適化された、他に類を見ない高効率・高電力密度な電源システムを構築できます。
従来の電源構成との違い
設計者が知っておくべき技術仕様とメリット
Vicorのソリューションを採用することで、設計者は具体的なメリットを享受できます。
90%を超えるシステム効率
PFM™とBCM®を組み合わせることで、AC入力からLEDドライバへの入力まで、システムトータルの電力効率は90%以上を達成します。これは電力損失の削減に直結し、照明システムの運用コスト（電気代）を大幅に削減します。
広い入力電圧範囲と安定した出力
PFM™はユニバーサルAC入力（85～264Vac）に対応しており、世界中のどの地域の電源電圧にも単一の設計で対応可能です。これにより、製品のグローバル展開が容易になります。
小型・軽量パッケージによる設計自由度の向上
Vicorモジュールの最大の特長である高い電力密度は、電源部分の劇的な小型化・軽量化をもたらします。これにより、照明器具自体のデザイン自由度が高まり、より洗練された、あるいは設置が容易な製品開発が可能になります。
まとめ
VicorのPFM™とBCM®で、設計の自由度と性能を最大化する
屋外LED照明における「長距離化」「高電力化」というトレンドは、従来のAC電源アーキテクチャに限界をもたらしました。 Vicorが提唱する高電圧直流（HVDC）送電と、それを実現する独自の**Factorized Power Architecture (FPA)™**は、この課題に対する明確な答えです。
- **PFM™**による高効率なAC-DC変換
- **BCM®**による高効率なDC-DC変換
この2つのキーコンポーネントを組み合わせることで、高効率、コスト削減、高信頼性、そして設計の自由度という、現代の電源設計に求められるすべての要素を高いレベルで満たすことができます。
貴社の次世代屋外照明システムの開発に、Vicorの電源ソリューションをぜひご検討ください。