（出典：Fly Frames/stock.adobe.com; AIで生成）
12VのDCバスは、バッテリベースとACラインの両方の設計のデファクトスタンダードとなり、何十年もの間、エンジニアに貢献してきました。このように広く使用されるようになったのは、1950年代に自動車産業が6セル、12.6Vの鉛酸バッテリを採用したことが大きな要因です。
しかし、21世紀に入り、システムの電力ニーズは、その野心的な目標の増大により劇的に増加しています。産業設備、ロボット工学、軽電気自動車、セルフガイドビークル、太陽光発電システム、自動試験装置などの多様なアプリケーションは、より多くの電力を必要としています。
その結果、12V電源が負荷に効率よく供給できる電力量は実用的な限界に達し、受け入れられなくなっています。大電流のため、ケーブルの抵抗（IR）損失は、ソースと負荷間の過度の電圧降下となり、I2R電力散逸はエネルギーを浪費し、熱的な問題を引き起こします。電圧降下も電力損失も物理法則の結果であり、避けることはできません。
最近まで、このジレンマに対する解決策は、より太いケーブルとコネクタを使用することでした。しかし、このアプローチでは、ケーブルの重量、配線オプション、コネクタに関して高いコストが発生します。 そのため、もはや多くのアプリケーションで受け入れられる手法ではありません。
このブログでは、48V配電システムへの移行が、今日の電子機器の電力需要の増加に対応するために従来の12V設計を再設計するよりも有利である理由を概説します。さらに、双方向ブリッジコンバータソリューションが、12Vから48VへのDC電源移行に取り組む設計者の助けとなることも説明します。
12Vシステムのアップグレードや再設計の限界を考えると、より良い解決策はバス電圧を上げることです：
電気的な利点は明らかです。既存のケーブルの所定の電力レベルでは、48Vの電流は12Vの4分の1なので、抵抗損失は75パーセント減少します。あるいは、損失を許容範囲内に保ちながら、より細いケーブルを使用することもできます。電力の観点からは、既存のケーブルを使用することで、ケーブルの損失は以前の値の16分の1に低減されます。
しかし、48Vへの完全な切り替えを強制するシステムを設計するのは現実的ではありません。DC12Vのレガシーソース、負荷、コンポーネントがあまりにも多く存在するためです。課題は、移行を容易にし、レガシー12Vバスを使用して新しい48Vバスを作成したり、新しい48Vエレクトロニクスでレガシー12Vシステムに電力を供給できるようにすることです。
これらの設計の多くでは、レガシー12Vシステムと、2つの電圧間の高効率、高密度変換を必要とする新しい48Vシステムが混在しています。幸いなことに、Vicorは48Vと12Vのパワーバスをブリッジするパワーモジュールを提供しています。
より多くのアプリケーションが48Vバスアーキテクチャを採用する中、Vicorの48V-12V DC-DCコンバータは、従来の12Vシステムをサポートし、相互運用する簡単な方法を提供します。例えば、連続1000WのDCM3717と同様の連続2000WのDCM3735ユニットは、40VDCから60VDCの入力で動作し、10Vから12.5Vの範囲で調整可能な12V出力を生成します（図1）。 これらのモジュールは最大4台まで並列接続が可能で、より高い電力レベルをサポートします。これらの非絶縁型モジュールには、制御およびテレメトリ用のPMBusインターフェイスも組み込まれています。
図 1: 1000W DCM3717（右）と 2000W DCM3735（左）は、コンパクトで高効率な 48V-12V 降圧非絶縁型 DC-DC コンバータです。（出典：バイコール）
その洗練された設計は、外付け部品をほとんど必要としないため、基板レベルの高い電力密度を実現します（図2 ）。1MHzを超えるスイッチング周波数で動作し、最大96パーセントというピーク効率は、システムに与える熱負荷が小さいことを明確に示しています。これらのコンバータは、単独で使用することも、下流のPoL（ポイントオブロード）製品と組み合わせて使用することもでき、効率的な配電ネットワークをサポートします
図 2: DCM3717 と類似の DCM3735 の高度な統合により、デザインインにおける課題や問題を最小限に抑えます。（出典：Vicor）
SM-ChiP™（表面実装型コンバータインパッケージ）は、メッキオーバーモールドパッケージを採用し、ディスクリートソリューションよりもはるかにコンパクトなコンバータを実現しています（図3）。1000WのDCM3717は36.7mm×17.3mm×5.2mm、2000WのDCM3735は36.7mm×35.4mm×5.2mmです。これらのパッケージは、小型であるにもかかわらず、パッケージの上部と下部の両方に低い熱インピーダンスを提供し、熱管理が容易であるため、均一で予測可能な放熱で優れた熱性能を提供します。
図 3: ディスクリート方式（左）と比較して、SM-ChiP™ の実装（右）はボードレベルではるかにコンパクトな電力ソリューションを実現します。（出典：Vicor）
コンプリメンタリ昇圧パスをサポートするため、Vicorの1.7MHz双方向12V/48V DC-DCコンバータNBM2317は、新旧両方のバス電圧に対応する最新システムとレガシーシステムの橋渡しをします。降圧モードでは、40V～60Vのハイサイド電圧バスで動作し、10V～15Vのレシオメトリックなローサイド電圧を供給します（図4）。このようにして、レガシーハードウェアや、現在12V版しかないコンポーネントもサポートします。
図 4: NBM2317 双方向 DC-DC コンバータは、公称 48V レールを 12V に降圧し、レガシー・コンポーネントをサポートします。（出典：Vicor）
また、同じユニットをステップアップモードで使用して、従来の12Vバスから48Vバスを作成し、低電圧バスのシステムから新しいハードウェアをサポートすることもできます（図5）。
図 5: NBM2317 双方向 DC-DC コンバータは、12V を昇圧して 48V レールに直接供給したり、その他のローカライズされた DC-DC コンバータに使用することもできます。（出典：Vicor）
SM-ChiP™ボード・マウント・パッケージは、新旧のバス電圧の課題に対する高密度、高効率、低コストのソリューションを可能にします。 わずか23mm×17mm×高さ5.2mmで、従来の低速スイッチング（1MHz以下）コンバータの数分の一のスペースしか必要としません。
この非絶縁ブリッジングコンバータは、連続1000W、ピーク1.5kWの電力を供給し、ピーク効率は800Wで97.9%です。定格出力電流（降圧動作）は連続60A、過渡100A（2msまで）、昇圧動作は連続15A、過渡25Aです。内部フィルタリングにより、追加部品なしで低ノイズ出力が得られ、負荷側の過渡現象に1µs未満で応答し、出力を狭い電圧帯域に維持します。
従来の12V設計から48V DC配電ネットワークに移行する根拠は説得力があります。そうすることで、効率、ケーブルのサイズと管理、および損失の増大する問題に対処することができます。同時に、レガシー12Vバスが使用されたままであったり、12V負荷やコンポーネントが当面交換される予定がなかったりします。Vicor降圧ユニットや双方向降圧コンバータなどのモジュールは、複数のデュアルバスシナリオの可能性に対応するために必要な柔軟性を提供します。