選擇內置電源

2021-03-18

一個(gè)非常普遍的需求是為終端產(chǎn)品選擇幾瓦至幾百瓦范圍內的內部AC-DC電源。在低端，替代方案可能是外部電源或“適配器”，但高于100W左右，通常選擇將內置產(chǎn)品作為內置模塊（可能安裝在機箱或PCB上）作為購買(mǎi)的模塊。勇敢的人甚至可能考慮內部設計，特別是如果要求的性能是非標準的。

為什么是內部的？

首先，讓我們回顧一下為什么可能選擇內部電源。對于商業(yè)產(chǎn)品，消費者不喜歡笨重的在線(xiàn)“適配器”，但是在低功率下，“壁式疣”并不是強加的，并且隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，從較小的包裝中擠出了更多的功率，以至于適配器幾乎不比墻上插頭本身大。使用外部電源也使產(chǎn)品設計人員感到滿(mǎn)意–危險電壓被保持在外部，從而使最終產(chǎn)品安全認證變得更加容易。

缺點(diǎn)是從適配器到產(chǎn)品的電纜長(cháng)度會(huì )降低電壓，這可能需要在產(chǎn)品中添加額外的穩壓器，并且通常沒(méi)有“智能”控制電源的機會(huì )，例如關(guān)機到“睡眠”模式或動(dòng)態(tài)調整的輸出電壓。另一個(gè)問(wèn)題是，最終產(chǎn)品制造商仍然應負責總體EMI標準的符合性，因此具有生產(chǎn)可變性和不確定的電纜走線(xiàn)的適配器必須包含在EMC測試中，并且可能產(chǎn)生不一致的結果。因此，將在線(xiàn)適配器內部安裝到最終產(chǎn)品以簡(jiǎn)化安全性和EMI遵從性并不鮮見(jiàn)。

在較高功率下，或者在控制和功能很重要的情況下，最好使用內部或“設備”電源。該決定應在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡早做出，因為這是系統電源工程師的普遍（且通常是合理的）抱怨，他們必須尋找“適合于任何剩余空間”的內置電源。這可能會(huì )導致成本和性能妥協(xié)，最壞的情況是需要具有相關(guān)延遲和風(fēng)險的定制解決方案。

安全性，EMC和環(huán)境合規性是最重要的

內置電源必須提供所需的伏特和安培，但還有許多其他注意事項。也許最重要的是安全性，EMC和環(huán)境合規性–產(chǎn)品最終用途是此處的指南；不同的標準適用于一系列應用：例如工業(yè)，家庭，測試和測量，醫療和樓宇自動(dòng)化。如果要在鐵路或軍事等特殊領(lǐng)域使用該產(chǎn)品，則標準會(huì )再次有所不同。即使在應用領(lǐng)域內，也存在差異，例如醫療領(lǐng)域的患者或操作員環(huán)境。

新的安全標準趨于“基于風(fēng)險”，這迫使制造商必須額外考慮如何濫用其產(chǎn)品。選擇內部電源至少可以確保不更換不適當的適配器。正確認證的選擇非常重要和復雜，但是如果沒(méi)有經(jīng)驗豐富的內部法規遵從工程師，則信譽(yù)卓著(zhù)的電源供應商通?？梢蕴峁椭?。

力學(xué)可能是下一個(gè)考慮因素，不僅是形狀和尺寸，還有連接器和冷卻裝置。“開(kāi)放式”電源是流行且低成本的，通常帶有可選的蓋子，如果可以期望技術(shù)人員在通電時(shí)可以對產(chǎn)品進(jìn)行內部訪(fǎng)問(wèn)，則必須使用可選的蓋子。另一種選擇是DIN導軌格式，這在接線(xiàn)板中很常見(jiàn)（圖1）。

圖1：典型的內部AC-DC電源選項。（來(lái)源CUI）

內部電源產(chǎn)品通常具有用于交流輸入和輸出的螺釘端子或插入式連接器，通常為“ Molex?”類(lèi)型。在這種情況下，電纜，端子，保險絲，開(kāi)關(guān)和任何機箱連接器必須經(jīng)過(guò)適當的評估和認證才能適用于該應用。電源外部但產(chǎn)品內部的交流輸入電纜很可能會(huì )受到干擾，因此EMI測試可能表明，在電源入口附近還需要另外一個(gè)經(jīng)機箱安裝的經(jīng)過(guò)認證的濾波器。

接地需要特別注意；如果從產(chǎn)品內部拔下電源模塊連接器，則在帶電的電線(xiàn)松動(dòng)的情況下，入口處的設備機箱仍必須有單獨的接地。通常，所有接地連接都不能“插入”，除非斷開(kāi)連接器的連接會(huì )同時(shí)從產(chǎn)品中完全移除帶電連接。如果不是這種情況，則必須通過(guò)“永久”固定進(jìn)行接地，該固定只能用工具松開(kāi)，并應包括防松墊圈或其他防振技術(shù)。當然，必須根據所應用的安全標準遵守顏色編碼和接線(xiàn)規，并在必要時(shí)減輕電纜應力。

內部電源的入口保險絲應仔細選擇尺寸

帶有與機箱連接器的有線(xiàn)AC連接的內部電源必須在入口處包括適當的單保險絲或雙保險絲。請記住，最終產(chǎn)品交流熔斷器可保護上游電纜和連接（而不是內部電源）免受短路和過(guò)載的影響。當然，它必須通過(guò)正常的運行電流并且有一定的涌入裕量，但也應進(jìn)行額定工作，以便在機箱連接器和電源之間接地短路后，在保險絲斷開(kāi)之前，至最終產(chǎn)品的外部交流電纜不會(huì )過(guò)載。供應。即使外部電纜的額定電流很高，保險絲的分斷值也應低于任何上游保險絲或斷路器的分斷值，以避免引起多個(gè)電路斷開(kāi)的故障，即正確的保險絲“配合” –一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題在專(zhuān)業(yè)環(huán)境中（圖2）。

圖2：系統中的保險絲值應“協(xié)調”：保險絲1>保險絲2>保險絲3的值。（源CUI）

綜上所述，所討論的AC連接考慮因素會(huì )影響內部電源的選擇，如果成本最低的開(kāi)放式機架類(lèi)型僅具有很小的EMC合規性，并且需要額外的濾波，則不一定會(huì )產(chǎn)生最便宜的整體系統成本。

冷卻方法決定電源類(lèi)型

冷卻注意事項很重要；內部電源可以通過(guò)風(fēng)扇，自然對流或底板冷卻，具體取決于最終產(chǎn)品及其應用。在某些環(huán)境（例如醫療環(huán)境）中，出于噪聲的原因，或者在更換困難的應用中，可能會(huì )排除風(fēng)扇，但是風(fēng)扇冷卻的電源通常會(huì )比其他類(lèi)型的電源小。如果選擇了風(fēng)扇冷卻的供氣系統，則必須仔細確定進(jìn)氣和排氣路徑，以免出現空氣“死角”，尤其是在運行其他系統風(fēng)扇的情況下。像CUI這樣的制造商在其產(chǎn)品數據表中提供了建議的氣流方向和風(fēng)扇尺寸；在設計系統電源時(shí)應考慮這些因素（圖3）。

圖3：應考慮有關(guān)風(fēng)扇尺寸，方向和距離的建議，以免出現空氣“死角”。（來(lái)源CUI）

對流冷卻的電源對方向很敏感，在放置時(shí)應考慮其他發(fā)熱組件，以避免相互過(guò)熱。制造商無(wú)法預測最終產(chǎn)品的布置，因此會(huì )在“工作”環(huán)境溫度下對電源進(jìn)行評估。這是最終產(chǎn)品外殼內的“局部”環(huán)境，它可能比外部溫度要高得多，并且只能通過(guò)在定義的負載條件下在整個(gè)系統中進(jìn)行仿真和/或測量才能準確知道。

底板冷卻的電源也可用于密封外殼，將不確定性排除在熱流路徑之外。不過(guò)，確實(shí)需要有一個(gè)平坦的“冷壁”，并且電源上有多個(gè)固定裝置?？赡苄枰谂c硅樹(shù)脂傳熱片材的界面處使用導熱膠，這是另一種可能性。

在確定電源及其冷卻要求的大小時(shí)，值得檢查所需的連續功率和峰值功率。如果浪涌功率額定值高且負載是間歇性的，則有時(shí)可以使用更小，成本更低的電源。

專(zhuān)家可以指導您的選擇

內部電源有多種選擇，最好取決于許多考慮因素。為了將成本和風(fēng)險降至最低，應在充分考慮標準合規性，應用，冷卻環(huán)境以及與最終產(chǎn)品電纜和機械集成簡(jiǎn)便性的基礎上，盡早確定電源類(lèi)型。