スイッチング電源の選び方｜制御盤・FA機器への直流電源供給の基礎

冒頭の場面・会話は、内容の理解を助けるための例示です。特定の現場・企業・案件を指すものではありません。

PR 本記事で紹介する商品リンクにはAmazonアソシエイト・プログラム等のアフィリエイトリンクが含まれます。詳細は広告についてをご覧ください。

「電源は壊れていないのに、盤の中がやたら熱い」——竣工から3年目の制御盤更新現場で、そんな相談を受けることがある。原因をたどると、電源選定時に将来の増設分を見込まず、ほぼ定格ギリギリの容量で選定していたケースが多い。定格100%近くで何年も連続稼働させ続けた電源は、内部の電解コンデンサがじわじわと乾き（ドライアップ）、やがて出力電圧が不安定になって突然停止する。「昨日まで普通に動いていたのに今日いきなり落ちた」という電源トラブルの多くは、実は何年も前の選定段階で寿命が決まっていたことになる。

制御盤の設計・施工において、電源まわりの選定ミスは機器の誤動作や予期せぬ停止に直結する。国内の製造現場ではPLC・センサー・電磁弁の多くが24VDC動作であり、AC電源から安定した直流を供給するスイッチング電源は制御盤の心臓部といえる存在だ。にもかかわらず「とりあえず大きめの容量を選んでおけばよい」という感覚的な選定が現場では少なくない。本記事では容量計算の根拠からディレーティングの意味、DINレール取付品の選定ポイントまでを体系的に整理する。

電源選定の失敗例として多いのが、容量不足による電圧降下と、過負荷継続による発熱・早期故障の2パターンである。前者は起動時の突入電流で保護回路が動作してシステム全停止を招き、後者は数年後に制御盤全体の更新工事へと発展することがある。適切な選定根拠を持つことで、こうしたトラブルを未然に防げる。

この記事でわかること

• スイッチング電源とリニア電源の違いと使い分けの基準
• 出力電圧の種類（24V / 12V / 5V）と対応する用途
• 容量（W・A）の計算方法とディレーティングの考え方
• DINレール取付タイプの選定ポイントとワイドレンジ入力のメリット
• 瞬停対策・UPS連携の基本的な考え方
• 代表メーカーの製品系列と選定の手がかり

スイッチング電源とリニア電源の違い

直流電源の方式は大きくスイッチング方式とリニア（シリーズレギュレータ）方式の2種類に分かれる。

制御盤用途ではスイッチング電源が事実上の標準である。変換効率が高いため発熱が少なく、盤内の温度上昇を抑えられる。また体積・重量が小さいため、スペースが限られたDINレール内にコンパクトに収まる利点がある。

ノイズについての実態

スイッチング方式ではスイッチングに伴うノイズが発生します。適合するEMC規格・試験条件と、接続機器のノイズ耐量、配線・接地条件を照合してください。CE表示やUL認証の有無だけで、組み込んだ装置全体のEMC適合や誤動作しないことは判断できません。高精度計測では電源系統の分離やフィルタ、リニア電源の要否を検討します。

出力電圧と用途の対応

スイッチング電源の出力電圧は用途に応じて選択する。

24VDC — 制御盤の主電源として最多

国内のFA機器は24VDCを標準動作電圧とする製品が圧倒的に多い。PLCの入出力ユニット、近接センサー・光電センサー、電磁弁（ソレノイドバルブ）、操作表示機器（表示灯・タッチパネル）などが該当する。1台の制御盤に複数の24V電源を設置し、動力系と制御系で電源を分けることも多い。

12VDC — 照明・通信機器・低電圧センサー

LED照明ユニット、Ethernetスイッチ、シリアル通信コンバータ、一部のカメラ類が12VDCで動作する。24Vほどの大容量は不要なケースが多く、10〜30W程度の製品を選ぶことが多い。

5VDC — 制御基板・ロジック回路

マイコンボード、表示用LCD、シリアル通信IC（RS-232C）など制御基板上のロジック回路が対象となる。制御盤内に5V機器が少ない場合は、24V→5VのDCDCコンバータで対応するケースもある。

容量（W・A）の選定方法

消費電流の集計

接続機器リストを作り、仕様書で連続運転時の消費電流・消費電力と、起動時のピーク電流・継続時間を確認する。同時に動く負荷と将来の増設分も整理し、必要な出力電流を求める。

連続負荷だけでなく、負荷の起動特性と電源の過電流保護特性が干渉して立ち上がらない場合がある。一定の余裕倍率だけで決めず、候補電源の使用可能範囲と起動条件を照合する。

ディレーティングを考慮した選定

周囲温度や取付条件などに応じて、使用できる出力電流・出力電力の上限を下げることです。メーカーのディレーティング曲線で使用可能範囲を確認し、交換計画には別途、周囲温度と負荷率に応じた期待寿命を使います。全機種に共通する70〜80%の使用率や寿命保証があるわけではありません。

ディレーティング係数の目安

固定の係数を全機種に適用せず、次の条件をメーカー資料で照合する。

一段深い理解：ディレーティングが「寿命」に直結する物理的な理由

電解コンデンサの劣化は、周囲温度だけでなくリプル電流による自己発熱などにも左右される。日本ケミコンは、温度加速係数が約2となる60〜95℃では10℃2倍則を近似的に用いる一方、近似できない温度範囲や、低温側・長期間の推定の制約も説明している。

この部品の近似則から、盤内温度が10℃上がれば電源製品全体の寿命が必ず半分になるとは断定できない。候補電源の期待寿命曲線とその測定・取付条件を確認し、盤内の温度と負荷率を踏まえて交換計画を立てる。

起動時の突入電流に注意

負荷機器の起動時に流れる電流は、電源の出力側の過電流保護特性や許容ピーク出力と照合する。電源そのもののAC入力側の突入電流は別の値であり、こちらは入力側ヒューズ・ブレーカーの選定に用いる。両者を同じ「許容突入電流」として扱わない。

DINレール取付タイプの選定ポイント

制御盤内の標準的な実装

国内の制御盤ではDINレール（IEC 60715規格準拠の35mm幅レール）への取付が標準だ。スナップオン・スナップオフで着脱できるため、追加・交換・メンテナンスが容易である。電源の選定時は必ず「DINレール取付対応」の記載を確認すること。

入力電圧範囲：ワイドレンジ品のメリット

単相AC入力品では「AC85〜264V対応」のワイドレンジ品が主流となっている。入力段の整流・平滑とスイッチング制御の設計により、国内の100V/200V系統や海外の110V/220V系統をすべてカバーできる（一定容量以上の機種では、高調波規制への対応としてPFC回路も内蔵している）。海外向けに輸出する装置や、将来的に電圧系統が変わる可能性がある設備では、ワイドレンジ品を標準採用しておくと変更コストを抑えられる。

出力調整トリマ

多くのDINレール取付電源には出力電圧を±10%程度で調整できるトリマが付いている。長距離配線による電圧降下を補正する際に役立つ。配線長が長い場合は電圧降下を計算（V = I × R）したうえで出力電圧を補正することを推奨する。

代表メーカー

TDKラムダはDINレール取付スイッチング電源メーカーの一つであり、ZWS・DPP・CUSシリーズ等が制御盤用途に広く採用されている。高効率・低発熱と長期間の部品供給（製造終了後10年程度）が評価されている。そのほかIDEC・オムロン・コーセルなどが産業用電源市場に製品を展開している。

UPS連携と瞬停対策

瞬停とその影響

工場の電力系統では、雷サージ・近隣大型機器の起動・系統切替などにより瞬時電圧低下（瞬停）が発生することがある。一般的な瞬停は20ms以下だが、PLCのCPUユニットがリセットされたり、インバータが停止したりする原因となる。

バッファモジュールによる対策

スイッチング電源のDC出力ラインへメーカー指定の回路図に従って接続するバッファモジュール（キャパシタ式）は、24VDCラインの電力を一時的にキャパシタに蓄え、瞬停時に放電して負荷への電力供給を維持する仕組みだ。一般的な製品で20ms〜数百msの保持時間をカバーできるとされる。DINレール取付で電源と並べて設置できる製品が主流である。

UPS（無停電電源装置）との連携

秒〜分単位のバックアップが必要な設備（サーバー・データ収集装置・重要制御ラインなど）では、AC入力段にUPSを設置する方法が確実だ。UPSとスイッチング電源の組み合わせは、電源の入力仕様・起動電流と、UPS容量・出力波形・切替時間等の適合を確認して使用する。UPS選定時は接続する電源・機器の合計W数と保持時間（分）を確認し、UPSの定格出力W数と電池保持時間が要件を満たすことを確認すること。

選定チェックリスト

制御盤用スイッチング電源を選定する際は以下を確認する。

• 出力電圧は用途に合っているか（24V / 12V / 5V）
• 接続機器の消費電流合計を仕様書から積み上げたか
• 連続負荷と起動ピークを、設置条件での出力上限・過電流保護特性と照合したか
• DINレール取付タイプであるか
• 入力電圧はワイドレンジ対応か（AC85〜264V）
• 周囲温度範囲・取付方向の制限を確認したか
• 保護機能（過電流・過電圧・短絡保護）が備わっているか
• 瞬停対策の要否を検討したか（バッファモジュール・UPS）
• 安全規格（UL・CE等）の取得状況を確認したか
• 長期供給・補修部品の見通しを確認したか

電材サーチで品種リストを作って見積もり依頼ができます。

電材サーチで品種リストを作って見積もり依頼 →

よくある質問

24VDCの電源で何Aの製品を選べばよいですか？

接続機器の仕様書から連続運転時の消費電流と起動時のピーク電流・継続時間を確認します。必要な出力電流を、設置温度・取付方向・入力電圧に対応する電源のディレーティング曲線、過電流保護特性、ピーク出力の許容条件と照合して選びます。消費電流の合計に一定の倍率を掛けるだけでは、起動できることや寿命は保証できません。

ディレーティングとは何ですか？なぜ重要なのですか？

周囲温度や取付条件などに応じて、使用できる出力電流・出力電力の上限を下げることです。メーカーのディレーティング曲線で使用可能範囲を確認し、交換計画には別途、周囲温度と負荷率に応じた期待寿命を使います。全機種に共通する70〜80%の使用率や寿命保証があるわけではありません。

スイッチング電源はリニア電源より本当にノイズが多いですか？

スイッチング方式ではスイッチングに伴うノイズが発生します。適合するEMC規格・試験条件と、接続機器のノイズ耐量、配線・接地条件を照合してください。CE表示やUL認証の有無だけで、組み込んだ装置全体のEMC適合や誤動作しないことは判断できません。高精度計測では電源系統の分離やフィルタ、リニア電源の要否を検討します。

DINレール取付タイプ以外の取付方式はありますか？

ねじ取付（プリント基板ユニット型）、シャーシ取付、パネル埋込型などがある。制御盤内ではDINレール取付が標準だが、盤外に設置する機器や産業用ロボットのアーム内などではコンパクトなねじ取付型やユニット型が用いられることもある。取付方式によって冷却方向（自然空冷・強制空冷）や取付方向の制限が異なるため、メーカー仕様書の「取付方向」欄を必ず確認すること。

瞬停対策にはどのような方法がありますか？

最もシンプルな方法はバッファモジュール（キャパシタ式または鉛蓄電池式）をDC出力ラインに接続する方法である。一般的な瞬停（20ms程度）に対応できる製品が多い。より長時間のバックアップが必要な場合はUPS（無停電電源装置）との組み合わせが有効である。重要度の低い補助回路と重要制御回路で電源を分離し、重要系のみUPSでバックアップする構成がコスト効率上よいとされる。

スイッチング電源の寿命はどのくらいですか？

MTBF（平均故障間隔）は信頼性の指標で、製品の寿命や故障しない期間を保証する値ではありません。交換計画には、電解コンデンサやファンなど有寿命部品について、メーカーが使用温度・負荷率・取付条件等を指定した期待寿命を確認します。年数を全機種一律に決めず、保証期間とも区別してください。