外部電源の効率規格

外部電源の効率および無負荷消費電力の法律を取り巻くグローバルな規制環境は、カリフォルニア州エネルギー委員会（CEC：California Energy Commission）が2004年に初の強制基準を実施して以降、過去10年にわたって急速に進化しています。 米国のDOEによって2016年2月に発効する新たな一連の要件の公布により、外部電源アダプタが消費するエネルギー量のさらなる低減を規制者が試みる中で、その展望は再度変化するでしょう。

外部電源のより高い平均効率を義務付けることは、疑いもなく、グローバルな消費電力に実際に影響を及ぼしています。 しかし、パワーグリッドでの低減した消費の利点により、エレクトロニクス業界がこのダイナミックな規制環境に遅れずについていこうとする中で、困難や不確実性が生じています。

製品に外部電源を組み込む相手先商標製造会社（OEM）は、製品が販売される各地域で製品が規制に遵守しているかを確保するために、最新の規制をモニタし続ける必要があります。 この記事の目標は、世界における最近の規制の最新の概要を提供することにあります。

略史

90年代前半、米国だけで10億個を超えるアクティブな外部電源があったことが推定されました。 主にリニア技術を利用するこれらの電源の効率は、50%と低く、アプリケーションがオフの時または（「無負荷状態」と呼ばれる）電源に接続されていない時でも電力を消費する可能性がありました。 専門家は、効率を向上して「無負荷」消費電力を低減する取り組みがなければ、外部電源は、20年未満で総エネルギー消費の約30%を占めるであろうと計算しました。 1992年初め、米国の環境保護庁は、最終的にEnergy Starプログラムとなった、エネルギー効率を促進し、汚染を低減する自主計画を開始しました。 しかし、効率と最小の無負荷消費電力を定めた初の義務的規制が導入されたのは、2004年のことでした。 下記の情報グラフは、CECの2004年の規制から、2016年2月に発効する予定の新しいレベルVI規格までの道筋をたどっています。

図1：CEC規制規格の進化。

現在の規制環境

図1のタイムラインをみると、過去10年間にわたって規制環境がいかにダイナミックなものであるかが分かります。 異なる国々や地域が、より厳しい要件を制定して自主的なプログラムから義務的なプログラムへと移行する中で、規制の遵守を確保し、コストのかかる遅延または罰金を回避するために、OEMが継続して最新の進展を追跡することが重要になっています。 多くの国々が、Energy Starによって最初に確立された国際的効率のマーキングプロトコルシステムに調和する自主的なプログラムを確立している一方で、下記の国々や地域では現在、国境を越えて出荷されるすべての外部電源は、指定された効率レベルに適合することを義務付ける規制を導入しています。

米国のエネルギー省がより厳しいレベルVI規格を確立したものの、2016年まで発効する予定はありません。 今日、レベルVは、世界中のすべての運営組織の要件を満たし、または超過します。 電源メーカーは、外部電源向け国際的効率のマーキングプロトコルバージョン3.0によって規定されるように、電源ラベルにローマ数字のVを配置することで、規制への遵守を示します。 プロトコルのこの最新バージョンは、マーキングをどこに配置できるかについて、さらなる柔軟性を提供します。

図2：CUIのマーキングラベルの例。

大半の外部電源のメーカーがこれらの要件に適合するように製品ラインナップを調整しているものの、欧州連合は現在、レベルV規格への遵守を施行する唯一の運営組織です。 グローバルに出荷される製品向けのユニバーサル電源プラットフォームを必要とするOEMへの直接の反応として、このような調整が行われています。

パフォーマンス閾値

下記の表は、時間をかけて確立された過去と現在のパフォーマンス閾値の概要を示しています。

効率を定めるための国際的に承認されたテスト方法は、IECによって、AS/NZS 4665パート1およびパート2として公開されました。 効率レベル確立のために取られたこのアプローチは、定格電力出力の25%、50%、75%および100%の4つの定義されたポイントで入力および出力電力を測定する方法です。 すべての4つのポイントにわたる算術平均アクティブ効率や、すべての4つのポイントのデータが別々にレポートされます。

現在の適用除外項目

すべての外部電源が同じように扱われるわけではなく、米国と欧州連合で適用除外項目が存在します。 米国では、連邦議会が、EISA 2007の301項に、外部電源のいくつかの種類を適用外とする規定を盛り込んでいます。 適用外とされるデバイスを、下記に記載します。

• 連邦食品・医薬品・化粧品法（21 U.S.C. 360c）の513項に準拠する医療デバイスとして、連邦食品医薬品局の認証および承認を必要とするデバイス。
• 取り外し可能な電池パックの充電器に給電するか、または完全にまたは主にモータ駆動の製品の電池を充電するデバイス。
• 外部電源が主負荷だった2008年7月1日前に製造された最終製品のメーカーによって、サービス部品または予備部品として利用可能になったデバイス。 この目的で使用される電源は、2008年7月1日より後に製造可能。

欧州連合は、米国と同様の適用除外項目を制定しました。 医療デバイス、電池充電器、およびサービス製品向けの外部電源は適用除外項目です。 加えて、低電圧EPSデバイス向けに適用除外項目が存在します。 低電圧外部電源は、6V未満のネームプレート出力電圧、550mA以上のネームプレート出力電流のユニットを意味します。

レベルVIへの移行

CUIを含む電源メーカーはすでに、今後予定されているより厳しいレベルVIへの移行の準備を進めています。 既存のアダプタ向けの強化された規制とともに、この新しい規格は、その規格の管理下に入る製品群を拡充しています。 現在、規制された製品には以下のものが含まれます。

• マルチ電圧外部電源
• 電力レベルが250Wを超える製品

新しいパフォーマンス閾値を下記の表に示します。

定義

シングル電圧外部AC/DC電源は、ライン電圧ACをより低い電圧DC出力に変換するように設計され、一度に1つのみのDC出力電圧に変換することができる外部電源を意味します。

シングル電圧外部AC/ACは、ライン電圧ACをより低い電圧AC出力に変換するように設計され、一度に1つのみのAC出力電圧に変換することができる外部電源を意味します。

マルチ電圧外部電源は、ライン電圧AC入力を、複数の同時のより低い電圧出力に変換するように設計された外部電源を意味します。

低電圧外部電源は、6V未満のネームプレート出力電圧、550mA以上のネームプレート出力電流の外部電源を意味します。 基本電圧外部電源は、低電圧電源ではない外部電源を意味します。

直接対間接動作EPS

また、この新しい規格は、直接動作および間接動作製品として電源を定義します。 直接動作製品は、電池の支援なしで最終製品で機能するEPSです。 間接動作EPSは、電池充電器ではありませんが、電池の支援なしで最終製品を動作させることはできません。 この新しい規格は、直接動作の外部電源のみに適用されます。間接動作モデルは依然として、EISA2007によって定義される制限事項に管理されるでしょう。 DOEは、直接動作と間接動作の電源を区別するために、下記の指示事項（図3）を提供しています。

図3：直接動作と間接動作の外部電源を決定するための手順の画像。

レベルVIの適用除外項目

また、この新しいレベルVI規格は、EPS製品の適用除外項目を定義しています。 直接動作のEPS規格は、下記に述べる場合には適用されません。

• 21章の360c項に準拠する医療デバイスとして、連邦食品医薬品局の認証および承認を必要とするデバイスの場合。または、
• 3V未満のネームプレート出力電圧、1,000mA以上のネームプレート出力電流の直接動作、AC/DC外部電源が、完全にまたは主にモータ駆動の製品の電池を充電する場合。

展望

この新要件の規制遵守日は、連邦公報での同規定の公表から2年後の2016年2月10日に設定されました。 この新規格の遵守は製造日または米国への輸入日から規制されるため、製造日または米国への輸入日が2016年2月10日の前である限り、レガシー製品が依然として出荷できる点を心に留めておくことが重要です。 現在のレベルV規格と同じ外部電源向けの国際的効率のマーキングプロトコルバージョン3.0に適合するために、ラベル要件が必要になります。

世界的に、他の国々がまもなくこの規格を採用することが見込まれています。 EUでは、現在、外部電源向けの義務的な欧州エコデザイン指令の改正に向けた議論が行われており、米国の規格のすべてでないとしても、大半の規格と調和することが見込まれています。 カナダやオーストラリアを含む、米国と一致して既存の効率規制を持つ国々も、新しい規格との調和に移行することが期待されています。

まとめ

EPAは、過去10年間にわたって実施された外部電源効率の規制は、エネルギー消費を320億キロワット低減し、年間で25億ドルを節約して、CO₂排気量を1年あたり2400万トン以上低減したと推定しています。 義務付けられた政府規制を超えて移行している多くのOEMは現在、最終製品を差別化する方法として、より環境に優しい電源を求め、引き続きより高い効率や、場合によっては無負荷消費電力を完全に排除する制御技術の実装を推進し始めています。 2014年後半、CUI Incは、今後予定されている法律より顧客が一歩先を行くことができるように、レベルVI準拠のアダプタの導入を開始しました。 CUIは、今後も、市場の要件に対処し、現在そして将来の規制に準拠するために、最新の省エネ技術を同社の外部電源に実装する方法を模索し続けます。 DigiKeyは、さまざまなレベルVおよびレベルVI準拠の電源を取り揃えており、複数のレベルVI準拠デバイスをウェブサイトで取り上げています。