基本情報技術者 2019年春期午前（科目A）問23

問題文

データセンタなどで採用されているサーバ、ネットワーク機器に対する直流給電の利点として、適切なものはどれか。

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選択肢

ア：交流から直流への変換、直流から交流への変換で生じる電力損失を低減できる。（正解）

イ：受電設備からCPUなどのLSIまで、同じ電圧のまま給電できる。

ウ：停電の危険がないので、電源バックアップ用のバッテリを不要にできる。

エ：トランスを用いて容易に昇圧、降圧ができる。

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直流給電の利点【午前解説】

正解の理由

正解はアです。
多くのデータセンタ機器（CPUやLSIを含む）は内部で直流電力を必要とします。通常の交流給電では受電→分配→各機器の内部でAC→DC整流を行うため、それぞれで変換損失（整流器、電源装置の変換損失や高調波など）が生じます。直流給電にすると、中央で直流に変換して供給または機器側での整流回数を削減できるため、総合的な電力損失を低減できます。これが選択肢アの主張する利点であり、物理的・電力変換の観点で正しいため正解です。

解法ステップ

各選択肢の主張を電気回路・電力変換の観点で簡単に分解する。
「交流⇄直流変換」「配電から機器内部の電源構成」「停電時の備え」「トランスの適用可否」をキーワードに照合する。
機器内部が直流で動作する事実（CPU/LSIは内部で直流を使用）と、交流から直流へ変換する際の損失を結びつけられる選択肢を正解とする。

選択肢別の誤答解説

ア: 正しい。複数回のAC→DC変換を減らすことで総合的な変換損失を低減できる。データセンタで採用される主な利点である。
イ: 誤り。受電側からCPUまで「同じ電圧」で給電することは現実的でなく、機器内では多数の電圧（コア電圧、I/O電圧など）を生成するため、同一電圧のまま供給するという表現は不適切である。
ウ: 誤り。直流給電にしても停電の可能性は変わらず、バッテリやUPS等のバックアップ装置は依然必要である。直流はバッテリとの接続が容易になる利点はあるが、不要にすることはできない。
エ: 誤り。トランスは交流の昇降圧に用いる素子であり、直流では磁気飽和して使用できない。直流の昇降圧はDC-DCコンバータやチョッパ等の回路で実現する必要がある。

よくある誤解

「受電からLSIまで同じ電圧で給電できる」と考える誤解：実際には機器内で必要な電位は多段のレギュレータで供給され、配電電圧は設計上高めにするのが一般的です。
「直流なら停電の危険がない」と誤解する点：給電方式は停電リスクを無くすものではなく、バッテリ/UPS等のバックアップ設計は別途必要です。
「トランスで容易に昇降圧できる」との思い込み：トランスは交流専用で、直流の昇降圧はトランスで行えずDC-DCコンバータなどが必要になります。

補足コラム

実運用での直流給電例としては通信設備の-48V系や、近年のデータセンタで検討される380V DC配電などがあります。直流配電は変換段を集中化し冷却・効率面で有利な一方、配電保護（遮断器のアーク問題）や安全規格、既存設備との互換性など技術的課題もあります。
効率だけでなく、設備投資や運用保守、保安規程（接地・保護継電器）、標準化の問題も導入判断で重要です。

FAQ

Q1: 直流給電は全てのデータセンタに向くのですか？
A1: 向く場合と向かない場合があります。効率やバッテリ連携を重視する場合は利点がありますが、既存の交流設備や保守体制との兼ね合いで導入判断が必要です。

Q2: 直流にすればUPSは不要になりますか？
A2: いいえ。直流給電でも停電対策は必要で、UPSやバッテリシステムをどう組み込むかが設計上のポイントになります。

Q3: 直流配電で使われる電圧はどれくらいですか？
A3: 伝統的には-48Vが多く、近年は高効率化のために低電流化を狙った数百ボルト級（例：380V DC）なども検討されています。

Q4: 直流だと安全面で問題はないですか？
A4: 直流は交流と異なる遮断・アーク特性があるため、保護機器や運用手順を専用に設計する必要があります。

関連キーワード: 直流給電、電力効率、AC-DC変換、DC-DCコンバータ、バッテリ連携、トランス、データセンタ運用

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