選擇內置電源

2021-03-18

一個非常普遍的需求是為終端產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，通常選擇將內置產品作為內置模塊（可能安裝在機箱或PCB上）作為購買的模塊。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。對于商業產品，消費者不喜歡笨重的在線“適配器”，但是在低功率下，“壁式疣”并不是強加的，并且隨著技術的進步，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品設計人員感到滿意–危險電壓被保持在外部，從而使最終產品安全認證變得更加容易。

缺點是從適配器到產品的電纜長度會降低電壓，這可能需要在產品中添加額外的穩壓器，并且通常沒有“智能”控制電源的機會，例如關機到“睡眠”模式或動態調整的輸出電壓。另一個問題是，最終產品制造商仍然應負責總體EMI標準的符合性，因此具有生產可變性和不確定的電纜走線的適配器必須包含在EMC測試中，并且可能產生不一致的結果。因此，將在線適配器內部安裝到最終產品以簡化安全性和EMI遵從性并不鮮見。

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。該決定應在產品開發過程中盡早做出，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。這可能會導致成本和性能妥協，最壞的情況是需要具有相關延遲和風險的定制解決方案。

安全性，EMC和環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和環境合規性–產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，家庭，測試和測量，醫療和樓宇自動化。如果要在鐵路或軍事等特殊領域使用該產品，則標準會再次有所不同。即使在應用領域內，也存在差異，例如醫療領域的患者或操作員環境。

新的安全標準趨于“基于風險”，這迫使制造商必須額外考慮如何濫用其產品。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，但是如果沒有經驗豐富的內部法規遵從工程師，則信譽卓著的電源供應商通?？梢蕴峁椭?。

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

圖1：典型的內部AC-DC電源選項。（來源CUI）

內部電源產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?”類型。在這種情況下，電纜，端子，保險絲，開關和任何機箱連接器必須經過適當的評估和認證才能適用于該應用。電源外部但產品內部的交流輸入電纜很可能會受到干擾，因此EMI測試可能表明，在電源入口附近還需要另外一個經機箱安裝的經過認證的濾波器。

接地需要特別注意；如果從產品內部拔下電源模塊連接器，則在帶電的電線松動的情況下，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”，除非斷開連接器的連接會同時從產品中完全移除帶電連接。如果不是這種情況，則必須通過“永久”固定進行接地，該固定只能用工具松開，并應包括防松墊圈或其他防振技術。當然，必須根據所應用的安全標準遵守顏色編碼和接線規，并在必要時減輕電纜應力。

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）免受短路和過載的影響。當然，它必須通過正常的運行電流并且有一定的涌入裕量，但也應進行額定工作，以便在機箱連接器和電源之間接地短路后，在保險絲斷開之前，至最終產品的外部交流電纜不會過載。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，以避免引起多個電路斷開的故障，即正確的保險絲“配合” –一個至關重要的問題在專業環境中（圖2）。

圖2：系統中的保險絲值應“協調”：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連接考慮因素會影響內部電源的選擇，如果成本最低的開放式機架類型僅具有很小的EMC合規性，并且需要額外的濾波，則不一定會產生最便宜的整體系統成本。

冷卻方法決定電源類型

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

圖3：應考慮有關風扇尺寸，方向和距離的建議，以免出現空氣“死角”。（來源CUI）

對流冷卻的電源對方向很敏感，在放置時應考慮其他發熱組件，以避免相互過熱。制造商無法預測最終產品的布置，因此會在“工作”環境溫度下對電源進行評估。這是最終產品外殼內的“局部”環境，它可能比外部溫度要高得多，并且只能通過在定義的負載條件下在整個系統中進行仿真和/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，確實需要有一個平坦的“冷壁”，并且電源上有多個固定裝置?？赡苄枰谂c硅樹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，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，則有時可以使用更小，成本更低的電源。

專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。為了將成本和風險降至最低，應在充分考慮標準合規性，應用，冷卻環境以及與最終產品電纜和機械集成簡便性的基礎上，盡早確定電源類型。