Uppfyll internationella standarder kostnadseffektivt med kortmonterade AC/DC-strömförsörjningar

Kortmonterade AC/DC-strömförsörjningar från 3 till 20 watt används i allt fler tillämpningar, bl.a. Internet of Things (IoT) och Industrial IoT (IIoT), Industry 4.0, industriell automation, audiovisuell utrustning, IT-utrustning (ITE), smarta hus/byggnader, vitvaror och konsumentapparater. Även om det är lockande att ge sig på att konstruera AC/DC-strömförsörjning med låg effekt, är processen mer komplex och tidskrävande än den kan tyckas vid första anblick. Konstruktionen måste uppfylla höga prestandakrav, inklusive breda ingångsspänningsintervall, toppeffektmatning och höga effekttätheter. De måste också vara certifierade enligt många internationella standarder avseende säkerhet, effektivitet, standby-effekt och elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

Istället kan konstruktörer använda kompakta AC/DC-strömförsörjningskort som är certifierade enligt alla relevanta internationella prestandastandarder, vilket möjliggör snabbare marknadslansering. Dessa effektiva strömförsörjningar har breda inspänningsintervall och accepterar både AC- och DC-inmatning för flexibilitet och global kompatibilitet.

I denna artikel beskrivs kortfattat allmänna överväganden för AC/DC-strömförsörjningar. Den ger sedan exempel på tre olika kortmonterade AC/DC-omvandlare frånRECOM Powers RACxx-K-serie, och identifierar de viktigaste funktionerna och fördelarna med de specifika produkterna och hur de används.

Kombinationer av AC/DC-omvandlare

AC/DC-strömförsörjningar kan anslutas i serie eller parallellt för att ge högre effektnivåer eller redundant funktion för byte under drift (hot-swap) (Figur 1).

Figur 1: Två AC/DC-omvandlare kan anslutas i serie för högre spänning (upptill) eller parallellt för högre ström och/eller redundant drift (nedtill). (Bildkälla: RECOM Power)

Parallellt anslutna strömförsörjningar (den lägre konfigurationen i figur 1) kan användas för att ge högre strömmar eller högre tillförlitlighet genom redundans. Högre strömmar är möjliga när båda strömförsörjningarna drivs vid eller nära sina märkströmmar. Utgångsspänningen ändras inte, men den tillgängliga strömmen ökar, vilket ökar uteffekten.

Redundanta strömkonfigurationer använder flera strömförsörjningar för att öka systemets tillförlitlighet, inte för att öka den tillgängliga effektnivån. Redundanta konfigurationer kan ha olika former. I en topologi är systemet konfigurerat så att ström endast dras från den "primära" strömförsörjningen under normal drift, och så att den automatiskt växlar till "reserv"-strömförsörjningen ifall den primära matningen fallerar.

N+1-redundans är en annan vanlig topologi som används för att öka strömförsörjningens tillförlitlighet. Ett N+1-system består av två eller flera strömförsörjningar. I figur 1 kan den nedre konfigurationen användas som en redundant arkitektur med “N” = 1. I detta fallet körs varje matning med 50 % av kapaciteten under normal drift, och varje matning kan leverera full effekt om den andra strömförsörjningen fallerar.

Istället för att ansluta strömförsörjningar parallellt för att öka den tillgängliga effekten kan denna också ökas genom att ansluta strömförsörjningar i serie (toppkonfiguration i figur 1). I detta exempel har båda nätaggregaten samma utspänning, V_O och seriekonfigurationen levererar 2V_O. Eftersom strömmen som levereras till lasten inte ändras, kommer en fördubbling av spänningen fördubbla den effektiva effekten.

Båda konfigurationerna i figur 1 inkluderar ORing-dioder för att isolera strömförsörjningens utgångar. Om någon av strömförsörjningarna havererar, skyddar ORing-dioderna systemet mot katastrofala haverier. ORing-diodernas strömvärde bör vara större än strömförsörjningens utgångsström och genombrottsspänningen måste vara högre än utgångsspänningen för strömförsörjningen.

Överväganden för AC/DC-inmatningar

Även om det finns flera sätt att ansluta utgångarna från två eller flera AC/DC-nätaggregat för större funktionalitet, är det inte möjligt att ansluta ingångarna till två AC/DC-omvandlare för att öka inspänningsintervallet. Av denna anledning blir AC/DC-strömförsörjningar med bred ingång (även kallad universalingång) alltmer populära. Säkringsskyddet är också en viktig aspekt för AC/DC-strömförsörjningens ingångar (Figur 2).

Figur 2: Vanligtvis används en enda ingångssäkring (upptill), men om ingången inte är polariserad, kan säkringar placeras på båda ingångsledningarna (nedtill). (Bildkälla: RECOM Power)

Användning av tidsfördröjningar (även kallade tröga säkringar) rekommenderas i allmänhet. Säkringar kan anslutas till båda ingångsledningarna om växelströmsingången inte är polariserad. Typiska rekommendationer för säkringsstorlek för enfasiga AC/DC-strömförsörjning är 1,5 ampere (A) för utgångar under 40 watt, 2 A för utgångar över 40 watt men mindre än 60 watt och 3 A för utgångar på 60 watt eller mer.

Om AC/DC-strömförsörjningen har ett jordstift (FG), måste den jordas till en säker skyddsjordpunkt. V_OUT-utspänningen kan anslutas till FG, med referens till +V_OUT-utgången till skyddsjord. Konstruktörer bör specificera korta, tjocka hopkopplingar för att garantera solida anslutningar för att ytterligare reducera de elektromagnetiska störningarna (EMI) (Figur 3).

Figur 3: Utgångsspänningen kan anslutas till jord för att referera utgången till skyddsjord. (Bildkälla: RECOM Power)

3 watt för IoT-, IIoT- och hushållstillämpningar

För konstruktörer av IoT-, IIoT- och hushållstillämpningar som kräver 3 watt effekt erbjuder RECOM AC/DC-strömförsörjning RAC03E-K/277 som levererar en enda, snävt reglerad 12 volt DC-utgång (andra modeller finns med utgångar på 3,3 till 24 volt DC). Dessa internationellt certifierade strömförsörjningar har ett utökat, brett inspänningsintervall på 85 till 305 volt AC eller 120 till 430 volt DC och efterlever ErP standby-effektkraven. RAC03E-K/277-serien har ett brett driftstemperaturintervall och levererar full uteffekt från -30 till +75 °C (förutom enheten med 3,3 volt utgång som ger full effekt upp till +70 °C) med naturlig konvektionskylning (Figur 4).

Bild 4: Enheterna i RAC03E-K/277-serien har ett brett driftstemperaturintervall och levererar full uteffekt från -30 till + 75 °C (med undantag för 3,3-volts utgångsenheter som ger full effekt till + 70 °C). (Bildkälla: RECOM Power)

Dessa strömförsörjningar har ett fotavtryck på 1,45 tum vid 0,95 tum och en låg 15,4 mm profil. Deras 4 kV växelströmsingång för isolering av utgångarna gör dem lämpliga för globala tillämpningar och uppfyller följande standarder:

• UL/IEC/EN62368-1-certifierade
• CAN/CSA C22.2 nr 62368-1-certifierade
• EN60335-1 (under behandling)
• EN62233 (under behandling)
• IEC/EN61558-1/2-16 (under behandling)
• EN55032/EN55035-kompatibla

10 watt för processautomation och smarta byggnader

140 % toppeffekt för AC/DC-strömförsörjningen RAC10-05SK/277 med 10 watt/5 volt likströmsutgång stöder systemens transienta effektbehov med induktiv, hög startström eller icke-linjära belastningar som processautomation och tillämpningar för smarta byggnader (Figur 5). Dessa kretskort monterade AC/DC-nätaggregat har internationella säkerhetscertifieringar för både industri- och hushållsstandarder.

Figur 5: 10 watt AC/DC-nätaggregat RAC10-05SK/277 har internationella säkerhetscertifieringar för både industri- och hushållsstandarder. (Bildkälla: RECOM Power)

Modellerna på 10 watt finns med enstaka utspänningar från 3,3 till 24 volt likström, eller i dubbla utgångsversioner som levererar ±12 eller ±15 volt DC. Dessa strömförsörjningar uppfyller överspänningskategori III (OVC III) enligt IEC62477-1-för strömförsörjningar för industriella system som används i fasta installationer och för fall där utrustningens tillförlitlighet och tillgänglighet är föremål för speciella krav. Strömförsörjningarna i dessa installationer har vanligtvis en permanent, trådbunden anslutning till AC-fördelartavlan. Precis som RAC03E-K/277 på 3 watt som diskuterats ovan har dessa AC/DC-strömförsörjningar ett extra brett inspänningsintervall på 85 till 305 volt AC eller 120 till 430 volt DC.

20-watt strömförsörjningar med extremt låg effektförbrukning vid nollast

Konstruktörer av IoT och smarta enheter kan dra nytta av att använda RAC20-K-seriens AC/DC-moduler på 20 watt. Exempelvis producerar RAC20-48SK-versionen 48 volt DC med endast 40 mW förbrukning vid nollast i tillämpningar som alltid är på och i standby-läge. Dessa strömförsörjningar har ErP Lot 6 Standby Mode Conformity. De finns med ett brett inspänningsintervall på 85 till 264 volt DC och ett extra brett ingångsintervall som tillval på 85 till 305 volt AC eller 120 till 370 volt DC. Modifierade versioner av dessa strömförsörjningar uppfyller IEC62477-1 OVC III för strömförsörjningar. Dessa kretskortsmonterade strömförsörjningar finns med enskilda utspänningar på 5 till 48 volt DC eller i versioner med dubbla utgångar som levererar ± 12 eller ± 15 volt DC. Dessa strömförsörjningar har hög verkningsgrad från lätta laster till full last, såsom visas i diagrammet för 5 volts-version av RAC20-05SK (Figur 6).

Figur 6: Diagram för effektivitet kontra utgångslast för RAC20-05SK (modellen med 5 volts utgång) visar hög verkningsgrad från lätt till full last. (Bildkälla: RECOM Power)

AC/DC-strömförsörjningen RAC20-48SK uppfyller kraven i EN 55022 Class B Conducted Emissions utan ytterligare filtrering. De har ett driftstemperaturintervall från -40 till +85 °C och levereras med internationella säkerhetscertifieringar för industriell, audiovisuell och informationsteknisk utrustning inklusive (* = under behandling för modeller med extra bred ingång):

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

Två utgångar från en utgång

Som nämnts ovan finns RAC03E-K/277 på 3 watt endast tillgänglig som utförande med en enda utgång. AC/DC-strömförsörjningarna RAC10-05SK/277 (10 watt) och RAC20-48SK (20 watt) erbjuds med enkla och dubbla utgångar. De dubbla utgångskonfigurationerna är dock begränsade till ±12 eller ±15 volt DC. I vissa tillämpningar kan en annan kombination av utspänningar behövas. I dessa fall kan konstruktörer koppla ihop en AC/DC-strömförsörjning med en utgång med en DC/DC-omvandlare med lägre effekt eller switchad regulator för att åstadkomma en extra utgångsspänning eller en negativ utgångsnivå (Figur 7).

Bild 7: En switchad regulator (R-78xx, upptill) eller en DC/DC-omvandlare (nedtill) kan kombineras med en AC/DC-strömförsörjning för att producera en extra utgångsspänning (upptill) eller en negativ spänningsnivå (nedtill). (Bildkälla: RECOM Power)

Mer EMI-filtrering

RECOM RAC-seriens AC/DC-strömförsörjningar som diskuteras i denna artikel har alla ett inbyggt nätfilter som uppfyller EN 55022 klass B för ledningsbundna emissioner. I mer krävande tillämpningar kan ytterligare filtrering behövas. När ett externt filter läggs till, ska en central stjärnjordledningstopologi användas och kablarna mellan det externa filtret och omvandlaren ska vara så korta som möjligt (Figur 8).

Figur 8: RECOM RAC AC/DC-strömförsörjningen uppfyller EN 55022 klass B för ledningsbundna emissioner. Ett externt filter kan läggas till vid behov. (Bildkälla: RECOM Power)

Slutsats

Behovet av kortmonterad AC/DC-effekt fortsätter växa, men de förblir komplexa system. Om en konstruktör inte är väl insatt i de subtila aspekterna av konstruktion, test och regelefterlevnad för strömförsörjningar, kan det vara tidskrävande att konstruera allt från grunden och det kan medföra kostnader, försena projektplaner och uppta mer kortutrymme än nödvändigt.

Ett bättre alternativ är i många fall att välja mellan ett antal standardiserade, kompakta, kortmonterade AC/DC-strömförsörjningar. Som visats finns dessa i en mängd olika inspänningsintervall och de klarar både AC och DC på ingångarna. Dessutom kommer de sannolikt redan att vara certifierade enligt relevanta internationella standarder för prestanda och regelefterlevnad.

Rekommenderad läsning

1. En guide till att välja och använda strömkällor till IoT och IIoT