ポータブルX線システムの小型化・軽量化を実現！Vicorの双方向DC-DCコンバータが解決する電源の課題

医療機器のポータブル化が進む中、特にポータブルX線システムでは、電源の重さとサイズが大きな課題となっています。従来の多セルバッテリー構成は、機器の可搬性を妨げる要因でした。この記事では、Vicorの双方向DC-DCコンバータが、いかにしてこの課題を解決し、超小型・軽量な電源ソリューションを実現したかについて、技術的なアプローチとメリットを詳しく解説します。

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●ポータブルX線システムの開発者が直面する電源の課題

●Vicorのソリューション：双方向DC-DCコンバータの革新性
●構成の具体例と導入メリット
●まとめ

ポータブルX線システムの開発者が直面する電源の課題

新しいソリッドステートX線技術により、医療用X線スキャナーはよりポータブルになり、バッテリー駆動が可能になりました。これにより、医療従事者はあらゆる場所で患者を診察できます。しかし、この技術の恩恵を最大限に享受するためには、従来の電源設計が抱える課題を解決する必要がありました。

課題1：重くかさばる多セルバッテリー構成

医療用X線は通常、高強度の放射線エネルギーを短いパルスで必要とします。このエネルギーはスーパーキャパシタに蓄えられ、供給されます。このスーパーキャパシタは28Vまで充電される必要があります。一般的に、この28Vは複数のリチウムイオンバッテリーを直列に接続して供給されますが、ポータブルなアプリケーションでは、このようなバッテリーアレイと充電システムは大きすぎて重すぎます。このため、製品の可搬性が大きく損なわれていました。

課題2：スーパーキャパシタへの効率的な充電

X線照射のための高強度エネルギーパルスを供給するには、スーパーキャパシタを高速で充電する必要があります。そのためには高電流パルスが必要となります。従来のブーストコンバータを使用した場合、この要求を満たしつつ、低電圧バッテリーから高効率にスーパーキャパシタを充電することは難しい課題でした。効率の低さは、バッテリー寿命を縮め、充電頻度を増やしてしまうため、開発者はこのトレードオフに頭を悩ませていました。

Vicorのソリューション：双方向DC-DCコンバータの革新性

Vicorは、これらの課題を解決するために、ユニークな双方向DC-DCコンバータを活用したソリューションを提案しました。このソリューションは、従来の多セルバッテリー構成とは一線を画す、画期的なアプローチです。

バッテリーを1セルに集約する画期的なアプローチ

Vicorのソリューションでは、双方向DC-DCコンバータを使用することで、バッテリーアレイをわずか1つの2.7Vリチウムイオンセルに削減しました。これにより、従来のブーストコンバータソリューションと比較して、サイズと重量を大幅に削減できました。具体的なフットプリントはわずか8.6cm²、重量は16gという超小型・軽量ソリューションです。

高効率化を実現する技術的優位性

この双方向コンバータは、低電圧源からスーパーキャパシタを充電する際により高い効率を実現し、バッテリー寿命を延ばしました。これは、Vicor独自の低損失トポロジーであるSine Amplitude Conversion（SAC）によるものです。この技術により、94%以上の高効率で、2.7Vの入力電圧を公称32Vのレールに昇圧することが可能になりました。これにより、製品の長時間の連続使用が可能となり、充電頻度を最小限に抑えることができます。

構成の具体例と導入メリット

このソリューションは、Vicorの特定の製品を組み合わせることで実現されました。

電源供給ネットワークのアーキテクチャ解説

Vicorのソリューションは、VTM（Bi-directional VTM）とZVS Buck-Boostコンバータを組み合わせたアーキテクチャで構成されています。

VTM (Voltage Transformation Module)：逆モードで動作する双方向VTMは、2.7Vの入力電圧を公称32Vに昇圧し、94%を超える効率を達成します。
ZVS Buck-Boostコンバータ：スーパーキャパシタ充電回路のために、32Vを安定化させ、必要な電流制限を提供します。

このアーキテクチャは、わずか8.6cm²のフットプリントで実現されました。従来のソリューションと比較して、この小型化・軽量化は、ポータブルX線システムに新たな市場機会をもたらします。

まとめ

次世代のポータブル医療機器開発を加速するVicorの電源技術

Vicorの双方向DC-DCコンバータを活用したソリューションは、ポータブルX線システム開発における「重い」「大きい」という電源の課題を根本から解決しました。バッテリーを1セルに集約し、高効率な電力変換を実現することで、機器の超小型・軽量化とバッテリー寿命の延長という主要な目標を達成しました。

この成功事例は、ポータブル医療機器だけでなく、ロボティクス、ドローン、産業用モバイル機器など、小型・軽量化と高効率化が求められるあらゆる分野の電源設計に示唆を与えます。Vicorのユニークな技術は、顧客の技術課題を解決し、製品の付加価値を高めることで、次世代のイノベーションを加速させる力となるでしょう。