小型高電圧レギュレータはモジュール式パルス電界設計を実現

商用のパルス電界（PEF）アプリケーションは、熱や化学薬品を使わずに、微生物を不活性化し、食品や飲料の保存期間を延ばす、大規模で反復可能なパルスを供給するように設計されています。規模、信頼性、長い稼働寿命のために最適化されていますが、通常は特注品であり、一般的に高価で柔軟性に欠けます。そのため、既製部品を利用したモジュール式のパイロットスケール設計に市場機会が生まれます。

XP Powerは、設計者がフルカスタムのパワーソリューションに依存することなく、ラボ、パイロット、および商用アプリケーションにわたってモジュール式PEFシステムを構築するために使用できる、安定化高電圧パワーコンバータの製品ラインを提供しています。同社のHRL30 30Wコンバータは、コンデンサやパルス成形ネットワーク（PFN）を充電できる安定化高電圧電源として機能し、スイッチングステージを通して制御されたパルスを電極、センサ、または処理セルに供給します。

HRL30コンバータは、カスタム高電圧電源を必要とせず、制御された反復可能な下流パルスをサポートします。これにより、設計者は実験、迅速な反復、および新しいアプリケーション固有のイノベーション創出のための自由度を高めることができます。

小型でモジュール式の設計

設計者は、HRL30をさまざまなサブシステムの安定化エネルギーコアとして扱い、HRL30を中心にモジュール式の高電圧システムを構築することができます。そこから、充電したPFNがスイッチングモジュールを介して制御パルスを電極や処理セルに供給し、モニタリングと制御電子回路が電圧、電流、温度を追跡します。

メカニカルエンクロージャとベースプレート冷却により、実験装置、パイロットスケールのPEFモジュール、またはOEMサブシステムへの安全な統合が簡素化されます。これらのビルディングブロックを組み合わせることで、チームは、アプリケーションごとにカスタム高電圧電源を設計することなく、迅速にプロトタイプを作成し、反復し、設計を適応させることができます。

レギュレータは定電圧モードと定電流モードで動作し、自動クロスオーバー機能により、コンデンサへの充電率を制御することができます。出力電圧は0～5Vのアナログ信号で0%から100%までプログラム可能で、システムは目標充電電圧、したがってパルス強度を動的に調整できます。

XP Powerのコンバータは、自動テスト、ロギング、閉ループ制御用に、電圧と電流のモニタリング出力（V_monとI_mon）を提供します。これらの信号により、外部のマイクロコントローラやプログラム可能ロジックコントローラは、コンデンサが完全に充電されたことを検出し、パルスをトリガし、再充電サイクルを開始することができます。

安定し、制御されたエネルギー供給

HRL30アーキテクチャは、定義された反復可能な機能として高電圧を供給する幅広いシステムをサポートします。これにより、設計チームはカスタム高電圧電源を設計する代わりに、アプリケーションの性能とシステム統合に集中することができます。コンパクトなメカニカルエンクロージャとベースプレート冷却により、大型システムとの統合がより簡単で安全になります。

PEFアプリケーションの重要な課題は、単に高電圧を発生させるだけでなく、それを安全かつ予測可能に供給することです。HRL30シリーズは、PFNやコンデンサバンクなど、下流パルスを供給する高電圧ストレージエレメントに、安定した調整済みエネルギーを供給します。

PFNはコンデンサとインダクタを組み合わせたもので、エネルギーを蓄積し、短く反復可能なパルスとして放出します。PFNがパルスの形状、持続時間、振幅を決定し、HRL30が安全で信頼性の高いエネルギー供給を管理することで、設計者はカスタム高電圧電源の構築ではなく性能調整に集中することができます。

設計者は、アプリケーションの電気的要件を、コンパクトなベースプレート冷却フォームファクタ（3インチx 2インチx 0.73インチ、図1）を共有するHRL30の各種モデルに適合させることが可能です。

図1：HRL30製品ラインは共通のフォームファクタとベースプレート冷却設計を採用しています。（画像提供：XP Power）

たとえば、電圧と電流をどのように電気的要件に適合させるかを示す3つの部品を以下にご紹介します。

• 低電圧のHRL3024S350Pのようなモデルは、約85mAで最大350VDCを供給します。これにより、コンデンサバンクの高速充電、中磁場PEF実験、極端な磁場強度よりもパルスあたりのエネルギーが重要な電気泳動式システムなど、高電流の利点を活かせる設計に好適です。
• 中電圧のHRL3024S600Nは、約50mAで最大600VDCを供給します。絶縁、間隔、システムの複雑さを極端に高めることなく、実用的な電界を必要とするラボスケールやパイロットPEFシステム向けに電圧と電流のバランスを実現します。
• 高電圧のHRL3024S5K0Pは、約6mAで最大5kVDCを供給し、電流よりも電界強度を優先します。高エネルギー供給よりも精密な高電圧バイアスを必要とする小型パイロットスケールPEFモジュール、実験室用電気穿孔装置、または計測機器に適しています。

まとめ

設計者がPEFをパイロットスケール、モジュール式、アプリケーション固有のシステムへ展開する中で、安全かつ予測可能に、カスタム電源設計を必要とせずに高電圧を生成する能力は、コストを削減し、開発を加速し、幅広い実用的な実装の可能性を開くモジュール式アプローチにとって市場機会となります。XP PowerのHRL30シリーズが安定化された高電圧基盤を提供することで、チームは高電圧電源設計に伴うリスクではなく、パルス整形、電極、システム性能に集中することができます。