【技術解説】28V入力から多出力1000Wを生成する高効率設計のポイント｜DIRCM開発事例

航空機をミサイル攻撃から守るDIRCM（指向性赤外線妨害装置）は、高出力レーザーと高速信号処理ユニットを統合した非常に複雑なシステムです。これらを駆動するには、機体供給の28Vから1000W級の電力を、極めて限られたスペースで生成しなければなりません。本記事では、Vicorのモジュールを活用して「多出力・高効率・省スペース」を同時に達成するための設計Tipsを解説します。

お問い合わせはこちら

課題1：28V入力からの広範なステップダウンと効率低下の防止

航空機の標準的な28V電源から1000Wの電力を引き出し、システム内の各コンポーネントへ分配する際、電圧降下と変換損失が最大の課題となります。

• 高出力のパルス負荷:

レーザーを作動させる際、極めて短時間に大きな電流（パルス負荷）を供給する必要があります。

• 変換効率の最大化：高出力のパルス負荷: レーザーを作動させる際、極めて短時間に大きな電流（パルス負荷）を供給する必要があります。
• 厳格なノイズ規制: 航空機の電子機器への干渉を防ぐため、軍用規格（MIL-STD-461など）に準拠した極めて低いEMI（電磁干渉）特性が求められます。
• 極限環境での信頼性:航空機特有の激しい振動、衝撃、および広い温度変化（マイナス数十度から高温まで）に耐える必要があります。
• 小型・軽量化:航空機のポッドや機体に搭載するため、電源システムの占有面積と重量を最小限に抑える必要がありました。

課題2：デジタルコアが求める大電流・低電圧供給の安定化

DIRCMの「目」となるセンサーや「脳」となるFPGA/ASICは、1.x Vといった非常に低い電圧で、かつ極めてクリーンで安定した大電流を必要とします。

• ZVSバックレギュレータによるPoL設計：負荷の直近で電圧を変換するPoint-of-Load（PoL）設計に、VicorのZVSバックレギュレータを採用します。
• 動的応答性能の向上：ゼロ電圧スイッチング（ZVS）技術により、高いスイッチング周波数を維持しつつ、デジタルICの急激な負荷変動に対しても安定した電圧供給を実現します。
• 省スペース実装：高周波動作により外付けのインダクタやコンデンサを小型化できるため、基板上の実装面積を劇的に削減します。

課題3：航空機環境でのノイズ（EMI）と熱の同時管理

DIRCMは高感度な赤外線センサーを扱うため、電源由来の電磁ノイズ（EMI）抑制と、高密度実装に伴う廃熱処理が極めて重要です。

• ChiPパッケージによる熱分散：VicorのChiPパッケージ技術は、熱伝導率が高く、筐体への伝導冷却を容易にします。これにより、ファンや大型ヒートシンクが不要になります。
• 低EMI特性の実現：ZVSトポロジーはスイッチングノイズそのものが低いため、航空機の厳しいEMI規格（MIL-STD-461等）への適合が容易になります。

【設計構成例】DIRCM電源システムの主要コンポーネント

今回の事例で活用された、1000W多出力システムを構成する主要なモジュール構成を以下にまとめます。

まとめ：複雑な多系統電源を「シンプル」かつ「高性能」に設計するために

DIRCMのような最先端防衛システムでは、電源はもはや単なる「部品」ではなく、システム性能を左右する「戦略的コンポーネント」です。

Vicorのパワーモジュール群を組み合わせることで、以下の3点を同時に実現できます：

1. 圧倒的な電力密度：ディスクリート設計では不可能なレベルの小型化。
2. 設計の柔軟性：BCM、DCM、ZVSレギュレータを組み合わせることで、多系統の出力を自在に構成。
3. 確かな信頼性：過酷な航空機環境に耐えうる熱特性と低ノイズ性能。

関連商品