交換可能なAC 「ブレード」による世界的ウォールマウント電源のジレンマの解決方法
著者 Bill Schweber 氏
DigiKeyの北米担当編集者の提供
2023-03-23
マルツ掲載日：2023-07-03
現在、多くの技術規格が世界中の広い地域で統一され、整合されています。例えば、IECや関連するUL規格は、民生用製品に要求される安全を定義しています。医療機器についても同様の一貫した規格が存在します。多くの安全規格や性能規格を満たす必要がある基本的なAC/DC電源でさえ、十分に統一されているため、単一電源モデルを世界中で販売することができます。
しかし、このような高度な共通性が存在しない領域が1つあります。それは、小型の民生用製品や医療機器を壁に取り付けられたAC/DCアダプター/電源に接続する物理的なACライン電源プラグとソケットです。歴史的な理由により、多くの国(場合によっては国内の地域)には、業界で「ブレード」と呼ばれる独自の優先プラグ配置があります。
その結果、小型で低ワット数(10W未満)のウォールマウント電源ユニットのベンダーは、ブレードを除くと他の点では全く同じパワーユニットを在庫して供給する必要があります。
これにより、サプライチェーンが複雑になり、コストが上昇し、利用できなくなるリスクが高まります。ウォールマウントの代わりに、交換可能な電源コードを備えたいわゆるデスクトップ型ユニットを使用することも可能ですが、これはコストと不便さを増加させます。
この記事では、この一見地味でありながら、不満の多い問題に対する革新的な解決策を紹介します。GlobTek, Inc.は、ユーザーが交換可能なブレードを備えたウォールマウントAC/DC電源と、再取り付けが可能なデスクトップ型ユニットを提供しており、OEMまたはエンドユーザーが地域の形状要件に合わせて電源プラグを変更することが可能です。この革新的な設計は、電源コードの分離(常設または取り外し可能)が難しい、または実用的なオプションでない電源に使用できます。
統一された世界：あるいはそうでない可能性
世界の技術と経済はほぼ調和しているにもかかわらず、基本的なACラインには世界中で数十の標準的なブレード配置(非公式にプラグとそのソケットと呼ばれることが多い)があります(図1)。北米の2ブレードプラグや3ブレードプラグのように広く標準化されているものもあれば、ごく限られた範囲にとどまっているものもあります。
図1：これは世界中で使用されているプラグとソケットブレード配置の一部です。(画像提供：Gear Patrol)
このブレード形状が数多くある理由はさまざまです。場合によっては、地域の電力会社や家電製品メーカーが、一貫性または市場の囲い込みのために、接続をある程度コントロールしようとした結果でもあります。また、多くの初期の電力システム(電源と関連するグリッド)は高度にローカライズされており、小さな地域にしかサービスを提供していなかったため、共通化は必要ありませんでした。
ブレードの配置だけでなく、ブレードの寸法も要因のひとつです。場合によっては、ブレード構成の違いが非常に小さく、肉眼ではほとんどわかりません。例えば、北米のNEMA 5-15プラグと日本のJIS C 8303プラグは同じように見えますが、いくつかの重要な違いがあります。ブレードの幅は似ていますが、ブレードの長さは異なります(図2)。
図2：標準の北米NEMA 5-15と日本のJIS C 8303三極プラグは非常に似ていますが、寸法にわずかな違いがあります。(画像提供：Interpower Corp.)
この多様性は、AC電源システムとその電源接続やアダプタのベンダーにとって深刻な問題となります。システムの場合、一般的な解決策は、取り外し可能なACラインコードを備えたユニットを出荷し、標準の国際IEC 60320 C14ソケットレセプタクル(図3)(正式にはパワーエントリーモジュールまたはPEMと呼ばれる)とエンクロージャやシャーシに取り付けてから、適切なコードをユニットと一緒に出荷することです(またはエンドユーザーがローカルで購入)。
図3：IEC 60320 C14ソケットレセプタクルはシャーシに広く使用されており、一端に適切なACラインプラグ、シャーシ端で適合するコネクタの付いたコードと嵌合します。(画像提供：Interpower Corp.)
ノートパソコンやPCなどのデバイスの場合は、IEC 60320 C5プラグ付きのコードと、AC電源アダプタのシャーシに取り付けられたIEC 60320 C6レセプタクルを使用することもできます(図4)。(なお、海外ではこの形状から「ミッキーマウス」コネクタと呼ばれることが多いようですが、決して失礼ではありません。)
図4：AC電源アダプタなどの国際的な取り外し可能なACコード用の別の一般的なコネクタは、IEC 60320 C5プラグ(左)と対応するIEC 60320 C6レセプタクル(中央)です。このコネクタは、その断面形状から「ミッキーマウス」コネクタと呼ばれることがあります(右)。(画像提供：左と中央はデジタルプラグとソケットミュージアム、中央はウィキペディア)
また、「海外旅行キット」に付属する着脱式アダプタを使用することも可能です。しかし、これらは一般的に品質が低く、使いづらく、かさばり、本格的な使用には向いていません(図5)。
図5：これらのユニバーサルアダプタキットは旅行には便利ですが、一般的にほとんどの電源プラグとブレードアダプタの状況には適していません。(画像提供:CNN)
しかし、これらの解決策はいずれも、ACソケットに直接差し込む小型で低電力のACアダプター(ウォールマウントアダプターと呼ばれることが多い)にとっては、実用的で魅力的な選択肢ではありません。したがって、ここではいくつかの革新が必要です。
より良いアプローチ：交換可能なブレード
ブレードの形状ごとに異なるウォールマウントAC/DCアダプタを用意したり、ユーザーが交換可能なACコードを備えた、より高価なウォールマウントアダプタに頼ったりする代わりに、より想像力に富んだアプローチは、アダプタはそのままで、代わりに簡単に交換可能なブレードを提供することです(図6)。
図6：ブレードの交換ができるため、1台のウォールマウント電源ユニットで世界中の多くのACコンセントに対応することが可能です。(画像提供：GlobTek, Inc.)
これにより、ベンダーは特定の地域に適切なブレード(より小さく、より軽く、パッシブなアタッチメント)を供給するだけでよいため、はるかに少ない明確な品目数を取り扱うことができます。取り外し可能なブレードを使用しても、機械的や電気的完全性が損なわれることはありません。取り外し可能なブレードを備えたすべてのユニットは、性能、安全性、効率、機能に関し、世界および地域の関連規制基準をすべて満たしています。
さらに、クラスI、クラスIIの規格を満たすユニットも利用可能です。クラスI電源では、少なくとも1層の基本的な絶縁と接地された導電性シャーシによって危険な入力電圧レベルから保護されます。すべてのクラスI電源装置には、電源装置の導電性シャーシに安全アースを接続する必要があります。
これに対し、クラスII電源は、少なくとも1層の基本絶縁に加えて、補助絶縁層または強化絶縁層によって、危険な入力電圧レベルからユーザーを保護します。この二重絶縁や強化絶縁により、IECクラスII電源には、コネクタの3番目の極である安全接地導体接続は必要ありません。
その一例がWR666QD2309KRPNG9(R)で、マルチブレード入力を備えた9V、6WのAC/DC外付けウォールマウントアダプターです。ユニットには単一のブレードが含まれています。このクラスIユニットのサイズは約42×31×3mmで、183cmの標準DC出力ケーブルの端に1.3×12.0×183.7mmのメスのバレルコネクタを備えています(他のコネクタや長さはオプションで入手可能)(図7)。
図7：WR9QD666KRPNG2309(R)は、小型で効率的なパッケージで9Vを最大6Wで供給するクラスIウォールマウントアダプタです。(画像提供：GlobTek, Inc.)
クラスIIアプリケーションの場合、WR9QE500CCPNAIMR6B AC/DC外付けウォールマウントアダプタは、最大6W/0.5Aで12Vの電圧を供給します(図8)。クラスIIユニットとして、ACコネクタに必要なのは2つのブレードだけです。DC出力ケーブルは、5.5×2.1×11mmのメス型バレルコネクタ付きの1200mm長のケーブルが標準です(図8)。
図8：AC/DC外付けウォールマウントアダプタWR9QE500CCPNAIMR6BはクラスII規格のため、3番目のアースブレードは不要です。(画像提供：GlobTek, Inc.)
USBおよび低電力クラスIIアプリケーションの場合、WR9QA1200USBNMEDRVBアダプタは最大5Wで6Vを供給します。DC出力ケーブルとコネクタを備えたACアダプタとは異なり、このモデルはタイプ「A」USBジャックを備えています(図9)。
図9：5V/6WのWR9QA1200USBNMEDRVBアダプタには、DC出力ケーブルとコネクタではなく、タイプAのUSBコネクタがあります。(画像提供：GlobTek, Inc.)
交換可能なブレードが違いを生む
GlobTekは、世界中のACプラグ構成をサポートする複雑さに対処するために、取り外し可能で交換可能なブレードを豊富に取り揃えています(図10)。
図10：GlobTekが提供するブレードの一部を見ると、世界的な互換性を実現するための「ユニバーサル」な電源を提供することの難しさがわかります。(画像提供：GlobTek, Inc.)
広く使用されている2つのブレードをよく見ると、取り外し可能なブレードアセンブリのシンプルさがわかります。R-NA-3 Changeable Blade T3-NAとR-NA-2(R) Changeable Blade T2-NAアセンブリは、それぞれ北米のクラスIとクラスIIのアプリケーションで使用されます(図11)。
図11：北米向けのブレードアセンブリには、クラスI(左)バージョンとクラスII(右)バージョンがあります。(画像提供：GlobTek, Inc.)
ブレードアセンブリの取り付けや交換は非常に簡単で、工具は必要ありません。取り外すには、ブレードアセンブリがすでに所定の位置にあると仮定して、親指または指を使用してバネ式のロックキーを下に押し続けます。次に、ロックピンを押したまま、ACブレードを引っ張って取り外します。ACブレードは、カチッと音がするまでスライドするだけです。
まとめ
ベンダーやエンドユーザーにとって、世界中で使用されている多くのACプラグブレードの形状をサポートすることは、苛立たしく困難な場合があります。これは、取り外し可能なラインコードがない小さなウォールマウント型AC/DCアダプターの場合に特に当てはまります。
さまざまな地域に対応するために、多くの種類のブレードを用意することは、継続的で複雑で、コストのかかる頭の痛い問題です。このジレンマを克服するために、GlobTekは、ユーザーが交換可能なブレードアセンブリを備えた低電力のウォールマウントアダプタを幅広く提供しています。これらのユニットは、安全性、性能、環境に関連するすべての規制要件を満たしています。
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