Overhold omkostningseffektive internationale standarder med kortmonterede AC/DC-strømforsyninger

Kort monterede AC/DC-strømforsyninger fra 3 til 20 watt bruges på tværs af et voksende udvalg af applikationer, herunder IoT (Internet of Things) og IIoT (Industrial Internet of Things), Industry 4.0, industriel automatisering, audiovisuelt udstyr, informationsteknologisk udstyr, smart-huse/bygning, hvidevarer og forbrugsapparater. Selvom det kan være fristende at forsøge at designe AC/DC-strømforsyninger med lav effekt (W), er processen mere kompleks og tidskrævende, end den ser ud til at være ved første øjekast. Designs skal opfylde udfordrende præstationskrav, herunder brede input-spændingsområder, spidseffektlevering og høj effekttæthed. De skal også certificeres efter talrige internationale standarder for sikkerhed, effektivitet, standby-effekt og elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

I stedet kan designere bruge kompakte kortmonterede AC/DC-strømforsyninger, der er certificeret til alle relevante internationale standarder, hvilket giver hurtigere time-to-market. Disse effektive strømforsyninger har brede input-spændingsområder og kan acceptere AC- eller DC-input for fleksibilitet og verdensomspændende kompatibilitet.

Denne artikel udforsker generelle overvejelser om anvendelse af AC/DC-strømforsyning. Der gives derefter eksempler på tre kortmonterede AC/DC-strømkonverterings muligheder fra RECOM Power's RACxx-K-serien, inklusiv identificering af nøglefunktioner og fordele ved specifikke produkter, samt hvordan de anvendes.

Kombinationer af AC/DC-konverteringer

AC/DC-strømforsyninger kan tilsluttes i serie eller parallelt for at give højere effektniveauer eller mulighed for redundant hot-swap (figur 1).

Figur 1: To AC/DC-Konvertere kan tilsluttes i serie for højere spænding (øverst) eller parallelt for højere strøm og/eller redundant drift (nederst). (Billedkilde: RECOM Power)

Parallelt tilsluttede strømforsyninger (den nederste konfiguration i figur 1) kan bruges til at give højere strøm eller højere pålidelighed gennem redundans. Højere strømme er mulige, når begge strømforsyninger drives ved eller i nærheden af deres fuldt nominelle output-strøm. Output-spændingen ændrer sig ikke, men den tilgængelige strøm øges, hvilket øger output-effekten.

Redundante strømkonfigurationer bruger flere strømforsyninger til at øge systemets pålidelighed, men det øger ikke det tilgængelige strømniveau. Redundante konfigurationer kan antage flere former. I en topologi er systemet konfigureret til kun at trække strøm fra den “primære" strømforsyning under normal drift og automatisk at skifte til backup-strømforsyningen, hvis den primære strømforsyning svigter.

N+1 redundans er en anden almindelig topologi, der bruges til at øge pålidelighed af strømforsyningen. Et N+1 system består af to eller flere strømforsyninger. I figur 1 kan den nederste konfiguration bruges som en redundant arkitektur med “N” = 1. I dette tilfælde kører hver af strømforsyningerne på 50 % af kapaciteten under normal drift, og hver af dem kan levere fuld belastning, hvis den anden strømforsyning svigter.

I stedet for at parallelt strømforsyninger til at øge den tilgængelige strøm, kan strøm også øges ved at tilslutte strømforsyninger i serie (øverste konfiguration i figur 1). I dette eksempel har begge strømforsyninger den samme output-spænding, V_O, og seriekonfigurationen leverer 2V_O. Da den strøm, der leveres til belastningen, ikke ændrer sig, fordobles spændingen den effektive effekt.

Begge konfigurationer i figur 1 omfatter OR-dioder til isolering af udgangene fra strømforsyningerne. Hvis en af strømforsyningerne svigter, beskytter ORing-dioderne systemet mod katastrofale fejl. ORing-diodestrømmen skal være større end strømforsyningens output-strøm, og brudspændingen skal være større end strømforsyningens output-spænding.

AC/DC-input overvejelser

Mens der er flere måder at forbinde udgangene fra to eller flere AC/DC-strømforsyninger sammen for at få yderligere funktionalitet, er det ikke muligt at forbinde indgangene til to AC/DC-konvertere for at øge input-spændingsområdet. Det er af den grund, at bredt input (også kaldet "universal input") AC/DC-strømforsyninger bliver stadig mere populære. Sikringsbeskyttelse er også en vigtig overvejelse for indgange på AC/DC-strømforsyninger (figur 2).

Figur 2: Der bruges typisk en enkelt indgangssikring (øverst), men hvis indgangen ikke er polariseret, kan sikringer placeres i begge indgangslinjer (nederst). (Billedkilde: RECOM Power)

Brugen af ​​tidsforsinkelsessikringer (også kaldet "langsom slag") anbefales generelt. Sikringer kan tilsluttes begge indgangslinjer, hvis AC-indgangen ikke er polariseret. Typiske anbefalinger at sikringsstørrelse for enfaset AC/DC-strømforsyning er 1,5 ampere (A) for udgange under 40 watt, 2 A for udgange på 40 til 60 watt og 3 A for udgange på 60 watt eller mere.

Hvis AC/DC-strømforsyningen har et jord-ben (FG), skal den jordes til et sikkert jordpunkt. -V_OUT output-spænding kan tilsluttes FG med reference til +V_OUT output til jorden. Designere bør specificere korte, tykke forbindelser for at garantere solide forbindelser for yderligere at reducere elektromagnetisk interferens (EMI) (figur 3).

Figur 3: Output-spændingen kan tilsluttes Jord med reference til output til jord. (Billedkilde: RECOM Power)

3 watt til IoT-, IIoT- og husholdningsapplikationer

For designere af IoT-, IIoT- og husholdningsapplikationer, der kræver 3 watt effekt, tilbyder RECOM RAC03E-K/277 AC/DC-strømforsyninger, der leverer et enkelt, tæt reguleret 12 volt DC-output (andre modeller er tilgængelige med udgange fra 3,3 til 24 volt DC). Disse internationalt certificerede strømforsyninger har et udvidet bredt input-spændingsområde fra 85 til 305 volt AC eller 120 til 430 volt DC og opfylder kravene til standby-strøm fra ErP. RAC03E-K/277-serien har et bredt driftstemperaturområde, der leverer fuld output-effekt fra -30 til +75 °C (undtagen 3,3 volt udgangsenheder, der leverer fuld effekt til +70 °C) med naturlig konvektionskøling (figur 4).

Figur 4: Enhederne i RAC03E-K/277-serien har et bredt driftstemperaturområde, der leverer fuld output-effekt fra -30 til +75 °C (undtagen 3,3 volt output-enheder, der leverer fuld effekt til +70 °C). (Billedkilde: RECOM Power)

Disse strømforsyninger har et størrelse på 33,83 x 24,13 mm og en lav profil på 15,4 mm. 4 kV AC-input til output isolation gør dem velegnede til verdensomspændende applikationer, samt opfylder følgende standarder:

• UL/IEC/EN62368-1 certificeret
• CAN/CSA C22.2 nr. 62368-1 certificeret
• EN60335-1 (verserende)
• EN62233 (verserende)
• IEC/EN61558-1/2-16 (verserende)
• EN55032/EN55035-kompatibel

10 watt til procesautomatisering og intelligente bygninger

140 % maksimale effektkapacitet på 10 watt RAC10-05SK/277 5 volt AC/DC-forsyning understøtter systemets forbigående strømbehov med induktiv, høj opstartsstrøm eller ikke-lineær belastning såsom procesautomatisering og applikationer til smart-bygninger (figur 5). Disse AC/DC-strømforsyninger med printkort (pc-kort) har internationale sikkerhedscertificeringer til både industrielle og husstandsstandarder.

Figur 5: 10 watt RAC10-05SK/277 AC/DC-strømforsyninger har internationale sikkerhedscertificeringer for både industrielle og husstandsstandarder. (Billedkilde: RECOM Power)

Modellerne med 10 watt er tilgængelige med enkelt output-spænding fra 3,3 til 24 volt DC eller i versioner med dobbelt udgang, der leverer ±12 eller ±15 volt DC. Disse strømforsyninger opfylder IEC62477-1 kategori III (OVC III) for strømforsyningens overspænding i industrielle systemer, der anvendes i faste installationer, og i tilfælde, hvor udstyrets pålidelighed og tilgængelighed er underlagt særlige krav. Strømforsyningerne i disse installationer har typisk en permanent, fast forbindelse til et AC-fordelingspanel. Ligesom 3 watt RAC03E-K/277, der er diskuteret ovenfor, har disse AC/DC-strømforsyninger et ekstra bredt input-spændingsområde på 85 til 305 volt AC eller 120 til 430 volt DC.

20 watt strømforsyninger med ultra-lav strøm uden belastning

Designere af IoT- og smart-enheder kan drage fordel af at bruge 20 watt RAC20-K-serien af AC/DC-moduler. F.eks producerer RAC20-48SK-versionen et 48 volt DC-output med kun 40 mW effektforbrug uden belastning i applikationer, der altid er tændt og i standbytilstand. Disse strømforsyninger har ErP Lot 6 standbytilstands-kompatibilitet. De er tilgængelige med et bredt input-område fra 85 til 264 volt AC og et ekstra bredt input-område fra 85 til 305 volt AC eller 120 til 370 volt DC. Modificerede versioner af disse strømforsyninger opfylder IEC62477-1 OVC III til strømforsyninger. Disse kortmonterede strømforsyninger er tilgængelige med enkelt output-spænding fra 5 til 48 volt DC eller i versioner med dobbelt udgang, der leverer ±12 eller ±15 volt DC. Disse strømforsyninger har høj effektivitet fra lette belastninger til fuld belastning, som vist i plottet for RAC20-05SK-version på 5 volt (figur 6).

Figur 6: Effektiviteten versus udgangsbelastningen for RAC20-05SK (5-volts udgangsmodel) viser høj effektivitet fra lette belastninger til fuld belastning. (Billedkilde: RECOM Power)

RAC20-48SK AC/DC-strømforsyningerne overholder kravene til EN 55022 klasse B ledet emission uden yderligere filtrering. De har et driftstemperaturområde fra -40 °C til +85 °C og leveres med internationale sikkerhedscertificeringer for industrielt, audiovisuelt og informationsteknologisk udstyr, herunder (* = afventer for de ekstra brede input-modeller):

• IEC/EN62368-1 certificeret
• UL62368-1 certificeret
• CAN/CSA-C22.2 nr. 62368-1-14 certificeret
• IEC/EN60335 certificeret *
• IEC/EN61558-1 certificeret *
• IEC/EN61558-2-16 certificeret *
• IEC/EN61204-3-kompatibel *
• EN55032/14-kompatibel *
• EN55024-kompatibel *

To output fra en enkelt udgang

Som nævnt ovenfor er 3 watt RAC03E-K/277 kun tilgængelig i et enkelt output-design. 10 watt RAC10-05SK/277 og 20 watt RAC20-48SK AC/DC-strømforsyninger tilbydes med enkelt eller dobbelt udgang. Dog er konfigurationerne med dobbelt udgang begrænset til ±12 eller ±15 volt DC. I nogle applikationer kan der være behov for en anden kombination af output-spænding. I disse tilfælde kan designere parre en AC/DC-strømforsyning med enkelt udgang med en DC/DC-konverter med lavere effekt (W) eller switch-regulator for at levere ekstra output-spænding eller en negativ udgangsskinne (figur 7).

Figur 7: En switch-regulator (R-78xx, øverst) eller en DC/DC-konverter (nederst) kan kombineres med en AC/DC-strømforsyning for at producere en ekstra output-spænding (top) eller en negativ spændingsskinne (nederst). (Billedkilde: RECOM Power)

Mere EMI-filtrering

RECOM RAC-serien af AC/DC-strømforsyninger, der er beskrevet i denne artikel, har alle et indbygget linjefilter, der opfylder EN 55022 klasse B ledet emission. I mere krævende applikationer kan der være behov for yderligere filtrering. Når der tilføjes et eksternt filter, skal der anvendes en central topologi for kabler til stjerne-jord. Desuden skal kablerne mellem det eksterne filter og konverteren skal være så korte som muligt (figur 8).

Figur 8: RECOM RAC AC/DC-strømforsyninger opfylder EN 55022 klasse B ledende emissioner. Et eksternt filter kan tilføjes, hvis det er nødvendigt. (Billedkilde: RECOM Power)

Konklusion

Behovet for kortmonteret AC/DC-strøm med lav effekt, fortsætter med at vokse, men de forbliver komplekse systemer. Hvis en designer ikke er fortrolig med nuancer af strømforsyningens design, test og overholdelse af lovgivningen, kan det være tidskrævende at designe dem fra bunden og kan tilføje omkostninger, forsinke designplaner og optage mere plads på et kort, end det er nødvendigt.

En bedre mulighed i mange tilfælde er at vælge mellem off-the-shelf, kompakte og kortmonteret AC/DC-strømforsyninger. Som vist, kommer disse i en bred vifte af input-spændingsområder og kan acceptere enten AC- eller DC-input. Desuden vil de sandsynligvis allerede være certificeret til relevante internationale standarder og kompatibilitet.

Anbefalet læsning

1. En guide til valg og brug af IoT- og IIoT-strømkilder