通信基地局の電源：−48V 整流器の中の絶縁トランス

本稿は、通信基地局や局舎（central office）の給電システムに携わる電源・磁性部品・購買のエンジニア向けに書いています。通信給電には、他の用途ではあまり見られない特徴があります。バックアップ時間が、あらかじめ法規と業界要件に書き込まれている——設計者が自分で決めるものではない、という点です。この明確な「要件のレール」が −48 V 直流給電システム全体の姿を決め、同時に 1 台ごとの整流器（rectifier）の中に高周波の絶縁トランスを置いています。本稿では、この要件のレールから出発して −48 V 整流器の内部を分解し、なぜこの絶縁トランスが三層絶縁電線（TIW, Triple Insulated Wire）に合致する場なのかを説明します。大晉の製品数値は一律「承認書による」とします。

1. バックアップ時間は明確な「要件のレール」

多くの用途では「どれだけ持たせるか」をまず検討しますが、通信では不要です——バックアップ時間は多くの場合、監督官庁または通信事業者の設計基準によってあらかじめ定められており、顧客側（通信事業者）が直面する要件であって、機器や電線のサプライヤーが左右できるものではありません。この要件のレールがどれほど明確かは、いくつかの公開事例を見れば分かります：

• 米国 FCC は 2015 年の「Ensuring Continuity of 911 Communications」規則で、固定の住宅向け音声サービス事業者に対し、8 時間の待機バックアップ能力を備えたプランを利用者が選べるようにすることを義務付け、その後 24 時間の選択肢へ拡充しました（2019-02-13 以降）。
• ノードの重要度に応じて、基幹局舎の設計目標はさらに長くなります：緊急通報受付センター（PSAP）に直接サービスする局舎（central office）は満負荷 24 時間を目標とすることが多く、selective router を収容する重要局舎は 72 時間を目標とします。
• 移動体基地局には、立地により異なる業界の典型的な範囲があります（都市部で約 2–4 時間、郊外で約 4–6 時間、遠隔地で約 6–8 時間）。

重要なのはどの数字かではなく、これらの時間が厳格な要件であり、それを達成する手段がほぼ固定されていることです——整流器で商用電源を −48 V 直流に変換し、負荷に給電しながら蓄電池を満充電に保ち、停電時には蓄電池が要求された時間を支えます。−48 V 給電システム全体は、本質的にこのバックアップ時間の要件レールを満たすために存在しています。これが「絶縁トランスはどこにあるのか」という問いの出発点でもあります。（バックアップ時間は顧客側の法規・業界の事実であり、大晉の納期や製品保証ではありません。）

2. −48V 整流器の内部：PFC → 高周波絶縁 → 整流・平滑

−48 V は通信直流給電の事実上の標準です：ETSI EN 300 132-2 は ICT／通信機器の −48 V 直流入力インターフェース（interface "A"）を定義する規格で、公称電圧は −48 V（一部のシステムでは −54 V）です。この負電圧の慣行は歴史に由来します（12 V 蓄電池 4 個の直列接続、および正極接地が銅ケーブルの腐食低減に役立つこと）。整流器の役割は、商用 AC をこの厳密に安定化された −48 V／−54 V バスに変換することです——業界の整流器製品が述べるとおり、「あらゆる AC 電源を無線基地局に必要な −48 V 直流に変換する」ものです。

スイッチング方式（switch-mode）の整流器の内部はいくつかの段に分けられ、AC 側と −48 V 側を実際に隔てているのは、その中の高周波絶縁トランスです：

• 前段 AC-DC（PFC）：力率改善。商用電源を整流し、高圧直流バスに昇圧します。
• 高周波インバータ段：この高圧直流を高周波交流に切り刻み、絶縁トランスに送ります。
• 絶縁トランス：一次／二次間の電気的絶縁を担い、危険な商用電源と −48 V 側（蓄電池、配電、さらには保守要員が触れる範囲につながる）を隔てる安全バリアです。
• 二次側整流・平滑：高周波交流を再び整流・平滑し、安定化された −48 V 出力にします。

第三者の整流器設計もこの骨格を裏付けています：TI の通信用整流器の設計教材を例にとると、1000 W のユニバーサル AC 入力から 48 V 直流への変換で、インターリーブ PFC と位相シフトフルブリッジ（phase-shifted full bridge）DC/DC を採用しています。特許文献における AC-DC 整流器の記述も「PFC が高圧直流を生成 → インバータが高周波交流を生成 → 絶縁トランスを介して伝達 → 整流・平滑して −48 V 蓄電池バスに給電」です。トポロジーの詳細がどうであれ、一次／二次の間にはこの絶縁トランスが立っており、それは強化絶縁（Reinforced）の等級に達しなければなりません——隔てているのが、人に感電の危険がある商用電源と、局全体に給電する −48 V 側だからです。

3. 絶縁トランス：三層絶縁電線（TIW）に合致する場

この絶縁トランスを強化絶縁にするには、設計上 2 つの道があります。1 つは「マージンテープ（margin tape）＋バリア層」を加える方法ですが、ボビン（bobbin）の幅を食い、巻線スペースを圧迫します。もう 1 つは三層絶縁電線を直接使う方法です。三層絶縁電線の価値はまさにここにあります——それ自体が 3 層の独立した絶縁を備え、1 本の電線で巻線上に強化絶縁を実現するため、巻線間の沿面距離（creepage）と離間距離（clearance）をほぼ考慮する必要がなくなり、巻線を端まで巻けるので、トランスはより小さく高密度にできます。業界の設計実務はこれを直接指摘しています：三層絶縁電線に切り替えれば「マージンテープを省ける」うえ、「巻線間の沿面距離と離間距離の規定は適用されなくなる」のです。

この点は通信用整流器において特に価値があります。整流器モジュールは高い電力密度とホットスワップ対応を重視します（業界の −48 V 整流器モジュールはピーク効率約 96%、hot insertion 対応）。絶縁トランスを小型化できれば、同じモジュールにより多くの電力を詰め込めるか、モジュールをより薄くできます。したがって −48 V 整流器のこの絶縁トランスは、三層絶縁電線が本当に合致する落としどころです——一部の用途で「主電力巻線には単線の TIW を使わない」のとは異なり、ここで求められるのはまさに、1 本の電線で高圧バリアを越えて強化絶縁を実現するという強みです。対応する安全規格上の根拠として、IEC 62368-1 Annex J は「（強化）絶縁として用いる絶縁巻線」を規定する附属書です。条項の詳細はここまでにとどめ、実務では承認書を基準とします。

下表は、この段の要求と三層絶縁電線の供給を対応させたものです（大晉の数値は一律承認書による）：

• 一次／二次の強化絶縁（商用電源 ↔ −48 V 側） — 三層絶縁電線（TIW）が提供するもの：3 層の独立した絶縁、1 本の電線で Reinforced 絶縁を達成；大晉の対応（承認書による）：4 型番とも IEC 62368-1 Annex J 評定、Reinforced；条件は承認書による
• 沿面距離／離間距離の節約、巻線を端まで巻ける、トランスの小型化 — 三層絶縁電線（TIW）が提供するもの：巻線間の沿面距離／離間距離がほぼ適用外；大晉の対応（承認書による）：線径 0.10–1.00 mm（TLW-B7S は 7 本撚線、素線 0.10–0.30 mm）
• 高周波動作下での安定した絶縁と認証可能性 — 三層絶縁電線（TIW）が提供するもの：UL／VDE 承認体系における強化絶縁の評定；大晉の対応（承認書による）：熱等級 130(B)；TLW-F は Class F（155 °C）、さらに UL 2353 Reinforced
• ホットスポット温度に見合う熱等級 — 三層絶縁電線（TIW）が提供するもの：材料の耐熱分類（B／F）；大晉の対応（承認書による）：採用時は承認書で型番と線径範囲を定める

4. 大晉が引用できる一次条件と選定の出発点（承認書による）

この整流器の絶縁トランスに三層絶縁電線を選ぶ際、大晉が提供できるのは固定された認証条件の一式であって、「某整流器に採用済み」といった主張ではありません。大晉の対外 4 型番は TLW-B、TLW-BB、TLW-B7S、TLW-F で、いずれも VDE 40008834 Anlage 200 の IEC 62368-1 Annex J 評定範囲に掲載され、強化（Reinforced）等級と評定されています。具体的な使用電圧、ピーク電圧、試験周波数は一律承認書と VDE 証明書によるものとし、本稿では再掲しません。線径 0.10–1.00 mm（TLW-B7S は 7 本撚線、素線 0.10–0.30 mm）、熱等級 130(B)、TLW-F は Class F（155 °C）で、さらに UL 2353 Reinforced を取得しています。局舎に隣接する機器が医療場面の絶縁要件に関わる場合、Annex L（IEC 60601-1）の 2 MOOP／2 MOPP 条件は TLW-BB と TLW-B7S にのみ紐づき、数値は同様に承認書によります。

留意点：大晉は製造業者（商社ではない）であり、台湾・台南市帰仁に自社工場を持ち、UL の登録に記載された製造拠点がこの工場です（台湾製）。採用時は承認書で型番と線径範囲を定めます。絶縁システム（EIS）として登録する必要がある場合（DJ-130、UL E318181、System Class 130(B)、構成部品は TLW-BB と TLW-B7S）は、別途 Authorization Letter（授権書）が必要です。

選定の第一歩は、まず熱等級と型別を定めることです：B 種（130 °C）と F 種（155 °C）の分岐と適用については三層絶縁電線の選定ガイドを、また「電線の熱等級」と「絶縁システム／完成品の熱等級」は別々の登録であり互いに代替できないことについては電線の熱等級と絶縁システムの熱等級をご覧ください。整流器の絶縁トランスの実際の使用電圧、ピーク、試験周波数、ホットスポット温度を取り出し、承認書に記載の Annex J 条件と照合してください。範囲内であれば選定可能、いずれか 1 項目でも超える場合は別途評定が必要です。