选择内置电源

2021-03-18

一个非常普遍的需求是为终端产品选择几瓦至几百瓦范围内的内部AC-DC电源。在低端，替代方案可能是外部电源或“适配器”，但高于100W左右，通常选择将内置产品作为内置模块（可能安装在机箱或PCB上）作为购买的模块。勇敢的人甚至可能考虑内部设计，特别是如果要求的性能是非标准的。

为什么是内部的？

首先，让我们回顾一下为什么可能选择内部电源。对于商业产品，消费者不喜欢笨重的在线“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，从较小的包装中挤出了更多的功率，以至于适配器几乎不比墙上插头本身大。使用外部电源也使产品设计人员感到满意–危险电压被保持在外部，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电缆长度会降低电压，这可能需要在产品中添加额外的稳压器，并且通常没有“智能”控制电源的机会，例如关机到“睡眠”模式或动态调整的输出电压。另一个问题是，最终产品制造商仍然应负责总体EMI标准的符合性，因此具有生产可变性和不确定的电缆走线的适配器必须包含在EMC测试中，并且可能产生不一致的结果。因此，将在线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，或者在控制和功能很重要的情况下，最好使用内部或“设备”电源。该决定应在产品开发过程中尽早做出，因为这是系统电源工程师的普遍（且通常是合理的）抱怨，他们必须寻找“适合于任何剩余空间”的内置电源。这可能会导致成本和性能妥协，最坏的情况是需要具有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

内置电源必须提供所需的伏特和安培，但还有许多其他注意事项。也许最重要的是安全性，EMC和环境合规性–产品最终用途是此处的指南；不同的标准适用于一系列应用：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该产品，则标准会再次有所不同。即使在应用领域内，也存在差异，例如医疗领域的患者或操作员环境。

新的安全标准趋于“基于风险”，这迫使制造商必须额外考虑如何滥用其产品。选择内部电源至少可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，但是如果没有经验丰富的内部法规遵从工程师，则信誉卓著的电源供应商通常可以提供帮助。

力学可能是下一个考虑因素，不仅是形状和尺寸，还有连接器和冷却装置。“开放式”电源是流行且低成本的，通常带有可选的盖子，如果可以期望技术人员在通电时可以对产品进行内部访问，则必须使用可选的盖子。另一种选择是DIN导轨格式，这在接线板中很常见（图1）。

图1：典型的内部AC-DC电源选项。（来源CUI）

内部电源产品通常具有用于交流输入和输出的螺钉端子或插入式连接器，通常为“ Molex™”类型。在这种情况下，电缆，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适用于该应用。电源外部但产品内部的交流输入电缆很可能会受到干扰，因此EMI测试可能表明，在电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电源模块连接器，则在带电的电线松动的情况下，入口处的设备机箱仍必须有单独的接地。通常，所有接地连接都不能“插入”，除非断开连接器的连接会同时从产品中完全移除带电连接。如果不是这种情况，则必须通过“永久”固定进行接地，该固定只能用工具松开，并应包括防松垫圈或其他防振技术。当然，必须根据所应用的安全标准遵守颜色编码和接线规，并在必要时减轻电缆应力。

内部电源的入口保险丝应仔细选择尺寸

带有与机箱连接器的有线AC连接的内部电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保护上游电缆和连接（而不是内部电源）免受短路和过载的影响。当然，它必须通过正常的运行电流并且有一定的涌入裕量，但也应进行额定工作，以便在机箱连接器和电源之间接地短路后，在保险丝断开之前，至最终产品的外部交流电缆不会过载。供应。即使外部电缆的额定电流很高，保险丝的分断值也应低于任何上游保险丝或断路器的分断值，以避免引起多个电路断开的故障，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电源的选择，如果成本最低的开放式机架类型仅具有很小的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体系统成本。

冷却方法决定电源类型

冷却注意事项很重要；内部电源可以通过风扇，自然对流或底板冷却，具体取决于最终产品及其应用。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中，可能会排除风扇，但是风扇冷却的电源通常会比其他类型的电源小。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”，尤其是在运行其他系统风扇的情况下。像CUI这样的制造商在其产品数据表中提供了建议的气流方向和风扇尺寸；在设计系统电源时应考虑这些因素（图3）。

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

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

底板冷却的电源也可用于密封外壳，将不确定性排除在热流路径之外。不过，确实需要有一个平坦的“冷壁”，并且电源上有多个固定装置。可能需要在与硅树脂传热片材的界面处使用导热胶，这是另一种可能性。

在确定电源及其冷却要求的大小时，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，则有时可以使用更小，成本更低的电源。

专家可以指导您的选择

内部电源有多种选择，最好取决于许多考虑因素。为了将成本和风险降至最低，应在充分考虑标准合规性，应用，冷却环境以及与最终产品电缆和机械集成简便性的基础上，尽早确定电源类型。