如何選擇外部電源的類型

選擇 AC/DC 電源可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。應(yīng)該是內(nèi)部的還是外部的？如果我的產(chǎn)品運(yùn)往世界其他地區(qū)，是否合規(guī)？我的醫(yī)療產(chǎn)品是否需要符合醫(yī)療安全標(biāo)準(zhǔn)的電源？這些只是工程師在將精力集中在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電源方面時(shí)可能會(huì)提出的一些問題。

確定所需的電源類型

選擇 AC/DC 外部電源的決定可能取決于產(chǎn)品內(nèi)的實(shí)際空間限制。根據(jù)電源要求，內(nèi)部電源可能會(huì)占用寶貴的空間，與市場(chǎng)上的其他設(shè)計(jì)相比，最終產(chǎn)品會(huì)不必要地大于其所需的尺寸。對(duì)于許多消費(fèi)者來說，產(chǎn)品占據(jù)的空間是一個(gè)至關(guān)重要的考慮因素，尤其是當(dāng)它可能位于臺(tái)面或媒體系統(tǒng)旁邊時(shí)。出于某些實(shí)際原因，選擇外部電源，無論是臺(tái)式電源還是壁式插頭單元（圖 1），都可能是一個(gè)謹(jǐn)慎的選擇，因?yàn)樗梢允棺罱K產(chǎn)品盡可能小。

墻壁插頭裝置往往適合需要從幾瓦到大約 50 瓦直流電源的產(chǎn)品。除此之外的任何東西都需要一個(gè)桌面單元。

為方便起見，許多設(shè)計(jì)人員選擇使用標(biāo)準(zhǔn) 5 VDC 電源為他們的產(chǎn)品供電，因此選擇具有標(biāo)準(zhǔn) USB-A 插座的壁式插頭單元對(duì)于電流高達(dá) 2 安培的產(chǎn)品來說是一個(gè)簡(jiǎn)單的選擇。同樣，將您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)為在 12 VDC、15 VDC 或 24 VDC 等流行的標(biāo)稱電壓下工作也便于選擇，因?yàn)榇蠖鄶?shù)制造商都為這些電壓提供標(biāo)準(zhǔn)單位。另外，您打算在您的產(chǎn)品中使用哪種類型的電源輸入插座？它是標(biāo)準(zhǔn)的還是電源制造商額外付費(fèi)提供的？不要忘記檢查設(shè)計(jì)的峰值功率要求，因?yàn)檫@將決定您需要選擇的適配器。選擇使用不能提供足夠峰值輸出功率的單元，

將您的要求與數(shù)據(jù)表規(guī)格進(jìn)行比較

請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)研究潛在電源的數(shù)據(jù)表，因?yàn)槟承┮蛩乜赡懿幌褫敵鲭妷汉碗娏黝~定值那么明顯。

許多墻上插頭電源提供相對(duì)于地浮動(dòng)的直流輸出。這些電源被稱為 II 類，不提供保護(hù)接地連接，您需要 I 類電源，這些電源往往是桌面設(shè)備。

數(shù)據(jù)表上要檢查的其他規(guī)格包括線路調(diào)節(jié)、紋波和噪聲、保護(hù)功能和認(rèn)證。

調(diào)節(jié)給出了一個(gè)衡量電源可以將其輸出電壓與規(guī)定的標(biāo)稱輸出保持多近的衡量標(biāo)準(zhǔn)。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)可能為 +/- 10 %，但如果您的應(yīng)用對(duì)電壓輸入變化很敏感，則需要進(jìn)一步考慮此功能。對(duì)于標(biāo)稱 12 VDC 輸出，+/- 10 % 的調(diào)節(jié)意味著輸出電壓的范圍可以從 10.8 VDC 到 13.2 VDC。直流輸出上通常會(huì)出現(xiàn)紋波和噪聲，同樣，敏感的嵌入式電路可能容易在電源線上出現(xiàn)過多的噪聲。使用額外的過濾組件可能會(huì)有所幫助，但請(qǐng)記住，這些組件會(huì)增加您的材料成本并占用寶貴的 PCB 空間。

在查看電氣規(guī)格時(shí)，請(qǐng)檢查電源的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)功能類型。輸出過壓、輸出過流和過溫保護(hù)是常用的保護(hù)措施，但如果您的產(chǎn)品在輸入電壓低于給定電壓時(shí)可能無法正常工作，那么欠壓鎖定要求也很重要。

安全和能效標(biāo)準(zhǔn)

電源認(rèn)證包括安全性、能源效率和電磁兼容性等方面。以下標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于電源單元，也適用于與其連接的整個(gè)產(chǎn)品。內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn) IEC-62368 規(guī)定了商業(yè)、IT 和 AV 設(shè)備的最大允許泄漏電流和輸入到輸出隔離電壓等安全系數(shù)。圖 3 說明了潛在的安全隱患和隔離測(cè)試要求。隔離可防止致命的交流線路電壓通過直流輸出。

圖 3：AC/DC 電源適配器的隔離測(cè)試要求（來源 CUI）

IEC-62368 將于 2020 年 12 月成為法律，此前已由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) IEC-60950（IT 系統(tǒng)）和 IEC-60065（AV 設(shè)備）確定。該安全標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了與電源內(nèi)電壓應(yīng)力相關(guān)的最小距離，根據(jù)爬電距離（兩點(diǎn)之間的表面路徑）和間隙（直接氣隙距離）規(guī)定。任何用于為可能與患者接觸的醫(yī)療設(shè)備（例如血壓監(jiān)測(cè)儀、診斷設(shè)備或血氧計(jì)）供電的電源都需要符合 IEC 60601-1 第 4 版。

能源效率是任何電源的一個(gè)重要方面。歐洲生態(tài)設(shè)計(jì) 2019/1782 和美國(guó)能源部 VI 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最低平均主動(dòng)效率要求；在 25%、50%、75% 和 100% 負(fù)載下測(cè)得的效率平均值。生態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)一步要求記錄滿載 10% 時(shí)的效率。有關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間線演變，請(qǐng)參見圖 4。當(dāng)無負(fù)載或最終產(chǎn)品處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，這些對(duì)能耗也有特定限制。

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圖 4：能效標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表（來源 CUI）

能源效率最近受益于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 被證明非常適合功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。

批準(zhǔn)的最后一個(gè)方面包括電源對(duì)外部電磁干擾影響的敏感程度，以及電源本身是否產(chǎn)生高于可接受水平的 EMI。適用 FCC 第 15 部分 B 類、CISPR 32 和 IEC 61204-3 標(biāo)準(zhǔn)。

外部電源適配器的選擇不一定是錯(cuò)誤的任務(wù)。對(duì)電源要求的全面審查和對(duì)數(shù)據(jù)表特性的認(rèn)真比較可以顯著簡(jiǎn)化項(xiàng)目。

審核編輯 黃昊宇