选择内置電(diàn)源

2021-03-18

一个非常普遍的需求是為(wèi)终端产品选择几瓦至几百瓦范围内的内部AC-DC電(diàn)源。在低端，替代方案可(kě)能(néng)是外部電(diàn)源或“适配器”，但高于100W左右，通常选择将内置产品作為(wèi)内置模块（可(kě)能(néng)安装在机箱或PCB上）作為(wèi)購(gòu)买的模块。勇敢的人甚至可(kě)能(néng)考虑内部设计，特别是如果要求的性能(néng)是非标准的。

為(wèi)什么是内部的？

首先，让我们回顾一下為(wèi)什么可(kě)能(néng)选择内部電(diàn)源。对于商(shāng)业产品，消费者不喜欢笨重的在線(xiàn)“适配器”，但是在低功率下，“壁式疣”并不是强加的，并且随着技术的进步，从较小(xiǎo)的包装中挤出了更多(duō)的功率，以至于适配器几乎不比墙上插头本身大。使用(yòng)外部電(diàn)源也使产品设计人员感到满意–危险電(diàn)压被保持在外部，从而使最终产品安全认证变得更加容易。

缺点是从适配器到产品的電(diàn)缆長(cháng)度会降低電(diàn)压，这可(kě)能(néng)需要在产品中添加额外的稳压器，并且通常没有(yǒu)“智能(néng)”控制電(diàn)源的机会，例如关机到“睡眠”模式或动态调整的输出電(diàn)压。另一个问题是，最终产品制造商(shāng)仍然应负责总體(tǐ)EMI标准的符合性，因此具有(yǒu)生产可(kě)变性和不确定的電(diàn)缆走線(xiàn)的适配器必须包含在EMC测试中，并且可(kě)能(néng)产生不一致的结果。因此，将在線(xiàn)适配器内部安装到最终产品以简化安全性和EMI遵从性并不鲜见。

在较高功率下，或者在控制和功能(néng)很(hěn)重要的情况下，最好使用(yòng)内部或“设备”電(diàn)源。该决定应在产品开发过程中尽早做出，因為(wèi)这是系统電(diàn)源工程师的普遍（且通常是合理(lǐ)的）抱怨，他(tā)们必须寻找“适合于任何剩余空间”的内置電(diàn)源。这可(kě)能(néng)会导致成本和性能(néng)妥协，最坏的情况是需要具有(yǒu)相关延迟和风险的定制解决方案。

安全性，EMC和环境合规性是最重要的

内置電(diàn)源必须提供所需的伏特和安培，但还有(yǒu)许多(duō)其他(tā)注意事项。也许最重要的是安全性，EMC和环境合规性–产品最终用(yòng)途是此处的指南；不同的标准适用(yòng)于一系列应用(yòng)：例如工业，家庭，测试和测量，医疗和楼宇自动化。如果要在铁路或军事等特殊领域使用(yòng)该产品，则标准会再次有(yǒu)所不同。即使在应用(yòng)领域内，也存在差异，例如医疗领域的患者或操作员环境。

新(xīn)的安全标准趋于“基于风险”，这迫使制造商(shāng)必须额外考虑如何滥用(yòng)其产品。选择内部電(diàn)源至少可(kě)以确保不更换不适当的适配器。正确认证的选择非常重要和复杂，但是如果没有(yǒu)经验丰富的内部法规遵从工程师，则信誉卓著的電(diàn)源供应商(shāng)通常可(kě)以提供帮助。

力學(xué)可(kě)能(néng)是下一个考虑因素，不仅是形状和尺寸，还有(yǒu)连接器和冷却装置。“开放式”電(diàn)源是流行且低成本的，通常带有(yǒu)可(kě)选的盖子，如果可(kě)以期望技术人员在通電(diàn)时可(kě)以对产品进行内部访问，则必须使用(yòng)可(kě)选的盖子。另一种选择是DIN导轨格式，这在接線(xiàn)板中很(hěn)常见（图1）。

图1：典型的内部AC-DC電(diàn)源选项。（来源CUI）

内部電(diàn)源产品通常具有(yǒu)用(yòng)于交流输入和输出的螺钉端子或插入式连接器，通常為(wèi)“ Molex™”类型。在这种情况下，電(diàn)缆，端子，保险丝，开关和任何机箱连接器必须经过适当的评估和认证才能(néng)适用(yòng)于该应用(yòng)。電(diàn)源外部但产品内部的交流输入電(diàn)缆很(hěn)可(kě)能(néng)会受到干扰，因此EMI测试可(kě)能(néng)表明，在電(diàn)源入口附近还需要另外一个经机箱安装的经过认证的滤波器。

接地需要特别注意；如果从产品内部拔下電(diàn)源模块连接器，则在带電(diàn)的電(diàn)線(xiàn)松动的情况下，入口处的设备机箱仍必须有(yǒu)单独的接地。通常，所有(yǒu)接地连接都不能(néng)“插入”，除非断开连接器的连接会同时从产品中完全移除带電(diàn)连接。如果不是这种情况，则必须通过“永久”固定进行接地，该固定只能(néng)用(yòng)工具松开，并应包括防松垫圈或其他(tā)防振技术。当然，必须根据所应用(yòng)的安全标准遵守颜色编码和接線(xiàn)规，并在必要时减轻電(diàn)缆应力。

内部電(diàn)源的入口保险丝应仔细选择尺寸

带有(yǒu)与机箱连接器的有(yǒu)線(xiàn)AC连接的内部電(diàn)源必须在入口处包括适当的单保险丝或双保险丝。请记住，最终产品交流熔断器可(kě)保护上游電(diàn)缆和连接（而不是内部電(diàn)源）免受短路和过载的影响。当然，它必须通过正常的运行電(diàn)流并且有(yǒu)一定的涌入裕量，但也应进行额定工作，以便在机箱连接器和電(diàn)源之间接地短路后，在保险丝断开之前，至最终产品的外部交流電(diàn)缆不会过载。供应。即使外部電(diàn)缆的额定電(diàn)流很(hěn)高，保险丝的分(fēn)断值也应低于任何上游保险丝或断路器的分(fēn)断值，以避免引起多(duō)个電(diàn)路断开的故障，即正确的保险丝“配合” –一个至关重要的问题在专业环境中（图2）。

图2：系统中的保险丝值应“协调”：保险丝1>保险丝2>保险丝3的值。（源CUI）

综上所述，所讨论的AC连接考虑因素会影响内部電(diàn)源的选择，如果成本最低的开放式机架类型仅具有(yǒu)很(hěn)小(xiǎo)的EMC合规性，并且需要额外的滤波，则不一定会产生最便宜的整體(tǐ)系统成本。

冷却方法决定電(diàn)源类型

冷却注意事项很(hěn)重要；内部電(diàn)源可(kě)以通过风扇，自然对流或底板冷却，具體(tǐ)取决于最终产品及其应用(yòng)。在某些环境（例如医疗环境）中，出于噪声的原因，或者在更换困难的应用(yòng)中，可(kě)能(néng)会排除风扇，但是风扇冷却的電(diàn)源通常会比其他(tā)类型的電(diàn)源小(xiǎo)。如果选择了风扇冷却的供气系统，则必须仔细确定进气和排气路径，以免出现空气“死角”，尤其是在运行其他(tā)系统风扇的情况下。像CUI这样的制造商(shāng)在其产品数据表中提供了建议的气流方向和风扇尺寸；在设计系统電(diàn)源时应考虑这些因素（图3）。

图3：应考虑有(yǒu)关风扇尺寸，方向和距离的建议，以免出现空气“死角”。（来源CUI）

对流冷却的電(diàn)源对方向很(hěn)敏感，在放置时应考虑其他(tā)发热组件，以避免相互过热。制造商(shāng)无法预测最终产品的布置，因此会在“工作”环境温度下对電(diàn)源进行评估。这是最终产品外壳内的“局部”环境，它可(kě)能(néng)比外部温度要高得多(duō)，并且只能(néng)通过在定义的负载条件下在整个系统中进行仿真和/或测量才能(néng)准确知道。

底板冷却的電(diàn)源也可(kě)用(yòng)于密封外壳，将不确定性排除在热流路径之外。不过，确实需要有(yǒu)一个平坦的“冷壁”，并且電(diàn)源上有(yǒu)多(duō)个固定装置。可(kě)能(néng)需要在与硅树脂传热片材的界面处使用(yòng)导热胶，这是另一种可(kě)能(néng)性。

在确定電(diàn)源及其冷却要求的大小(xiǎo)时，值得检查所需的连续功率和峰值功率。如果浪涌功率额定值高且负载是间歇性的，则有(yǒu)时可(kě)以使用(yòng)更小(xiǎo)，成本更低的電(diàn)源。

专家可(kě)以指导您的选择

内部電(diàn)源有(yǒu)多(duō)种选择，最好取决于许多(duō)考虑因素。為(wèi)了将成本和风险降至最低，应在充分(fēn)考虑标准合规性，应用(yòng)，冷却环境以及与最终产品電(diàn)缆和机械集成简便性的基础上，尽早确定電(diàn)源类型。