Een externe voeding selecteren

Het kiezen van een AC/DC-voeding kan een ontmoedigende taak zijn. Moet het intern of extern zijn? Is het conform als mijn product naar andere regio's van de wereld wordt verzonden? Heeft mijn medisch product een voeding nodig die voldoet aan de medische veiligheidsnormen? Dit zijn slechts enkele van de vragen die ingenieurs kunnen stellen als ze hun inspanningen richten op de voedingsaspecten van hun nieuwe productontwerp.

Het vereiste type voeding bepalen

De beslissing om een ​​externe AC/DC-voeding te kiezen, kan te wijten zijn aan praktische ruimtebeperkingen in het product. Afhankelijk van de stroombehoefte kunnen interne voedingen waardevolle ruimte innemen, waardoor het eindproduct onnodig groter wordt dan nodig is in vergelijking met andere ontwerpen op de markt. De voetafdruk die een product inneemt, is een cruciale overweging voor veel consumenten, vooral wanneer het zich op een aanrechtblad of naast een mediasysteem bevindt. Het kiezen van een externe voeding, of het nu een desktop-voeding of een stopcontact is (afbeelding 1), kan om praktische redenen een verstandige keuze zijn, omdat het eindproduct zo klein mogelijk blijft.

Afbeelding 1:CUI's SWI-productfamilie biedt een compacte, efficiënte en economische oplossing voor ac-dc-wandadapters (Bron CUI)

Wandstekkereenheden zijn meestal geschikt voor producten die een gelijkstroomvoeding nodig hebben van slechts een paar watt tot ongeveer 50 watt. Alles meer dan dit vereist een desktop-eenheid (Figuur 2).

Afbeelding 2:De SDI160G-U en SDI160G-UD bieden 160 watt continu vermogen en voldoen aan de UL/EN/IEC 62368-1-vereisten (bron CUI)

Voor het gemak kiezen veel ontwerpers ervoor om hun product van stroom te voorzien via een standaard 5 VDC-voeding, dus het kiezen van een wandstekker met een standaard USB-A-aansluiting maakt een eenvoudige keuze voor producten die tot 2 ampère verbruiken. Evenzo zorgt het ontwerpen van uw product voor de populaire nominale spanningen van 12 VDC, 15 VDC of 24 VDC voor een gemakkelijke keuze, aangezien de meeste fabrikanten standaardeenheden voor deze spanningen leveren. En welk type stroomingang wilt u in uw product gebruiken? Is deze standaard of tegen meerprijs verkrijgbaar bij de fabrikant van de voeding? Vergeet niet de piekvermogensvereisten van uw ontwerp te controleren, want dat bepaalt de adapter die u moet kiezen. Als u ervoor kiest een apparaat te gebruiken dat niet voldoende piekuitgangsvermogen biedt, met name apparaten met een inductieve belasting zoals een motor, kan dit leiden tot oververhitting van de voeding, waardoor onnodige belasting van componenten ontstaat en de productbetrouwbaarheid afneemt. 

Vergelijk uw vereisten met de specificaties van het gegevensblad

Zorg ervoor dat u de datasheets van potentiële voedingen zorgvuldig bestudeert, aangezien sommige factoren misschien niet zo duidelijk zijn als de uitgangsspanning en stroomsterkte.

Veel stekkervoedingen bieden een DC-uitgang die zwevend is ten opzichte van aarde. Deze benodigdheden, Klasse II genoemd, bieden geen toegang tot een beschermende aardverbinding, daarvoor heb je een Klasse I-voeding nodig, en dit zijn meestal desktop-eenheden.

Andere specificaties die u op de datasheet kunt controleren, zijn onder meer lijnregulering, rimpeling en geluid, beveiligingsfuncties en goedkeuringen.

Regeling geeft een maat voor hoe dicht een voeding zijn uitgangsspanning kan handhaven ten opzichte van de vermelde nominale output. Adequate regeling kan +/- 10% zijn, maar als uw toepassing gevoelig is voor veranderingen in de spanningsingang, moet deze functie nader worden overwogen. Voor een nominale 12 VDC-uitgang betekent een regeling van +/- 10% dat de uitgangsspanning kan variëren van 10,8 VDC tot 13,2 VDC. Rimpel en ruis zijn meestal aanwezig op de DC-uitgang, en nogmaals, gevoelige ingebedde schakelingen kunnen gevoelig zijn voor overmatige ruis op de hoogspanningslijnen. Het gebruik van extra filtercomponenten kan helpen, maar houd er rekening mee dat deze uw materiaalkosten zullen verhogen en waardevolle PCB-ruimte in beslag zullen nemen.

Kijk bij het bekijken van de elektrische specificaties welke beveiligingsfuncties de voeding standaard heeft. Overspanning van de uitgang, overstroom van de uitgang en te hoge temperatuur zijn populaire beveiligingen, maar als uw product mogelijk onregelmatig functioneert als de ingangsspanning onder een bepaalde spanning daalt, kan een vergrendelingsvereiste voor onderspanning ook belangrijk zijn.

Veiligheids- en energie-efficiëntienormen

Goedkeuringen voor voedingen omvatten aspecten van veiligheid, energie-efficiëntie en elektromagnetische compatibiliteit. De volgende normen zijn niet alleen van toepassing op de voedingseenheid, maar ook op het erop aangesloten product als geheel. Interne norm IEC-62368 bepaalt veiligheidsfactoren zoals de maximaal toegestane lekstromen en isolatiespanningen van ingang naar uitgang voor commerciële, IT- en AV-apparatuur. Afbeelding 3 illustreert de potentiële veiligheidsrisico's en de vereisten voor isolatietests. Isolatie voorkomt dat de dodelijke AC-lijnspanning wordt doorgegeven aan de DC-uitgang.

Afbeelding 3:Isolatietestvereisten voor een AC/DC-voedingsadapter (bron-CUI)

De IEC-62368 wordt in december 2020 van kracht en is eerder bepaald door twee normen IEC-60950 (IT-systemen) en IEC-60065 (AV-apparatuur). Deze veiligheidsnorm bepaalt ook de minimale afstanden met betrekking tot spanningsspanningen binnen de voeding gespecificeerd in termen van kruip (het oppervlaktepad tussen twee punten) en speling (de directe luchtspleetafstand). Elke voeding die wordt gebruikt voor het voeden van medische apparaten die mogelijk in contact kunnen komen met de patiënt, zoals bloeddrukmeters, diagnostische apparatuur of oximeters, moet voldoen aan IEC 60601-1 4e editie.

Energie-efficiëntie is een essentieel aspect van elke stroomvoorziening. De Europese Ecodesign 2019/1782 en de US Department of Energy Level VI-normen bepalen de minimale gemiddelde actieve efficiëntie-eisen; het gemiddelde van het rendement gemeten bij 25%, 50%, 75% en 100% belasting. Ecodesign vereist verder documentatie van het rendement bij 10% van vollast. Zie figuur 4 voor de tijdlijnevolutie van energie-efficiëntienormen. Deze hebben ook specifieke limieten voor het energieverbruik wanneer er geen belasting is of het eindproduct in stand-by staat.

klik voor afbeelding op volledige grootte

Figuur 4:Tijdlijn energie-efficiëntienormen (Bron CUI)

Energie-efficiëntie heeft recentelijk geprofiteerd van de vooruitgang in halfgeleiderprocestechnologieën, waarbij siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN) zeer geschikt zijn gebleken voor toepassingen voor stroomconversie.

Het laatste aspect van goedkeuringen betreft hoe gevoelig een voeding kan zijn voor de effecten van externe elektromagnetische inferentie en ook of de voeding zelf EMI boven acceptabele niveaus genereert. De normen FCC Part 15 Class B, CISPR 32 en IEC 61204-3 zijn van toepassing.

Het selecteren van een externe voedingsadapter hoeft geen verkeerde taak te zijn. Een grondige beoordeling van de stroomvoorzieningsvereisten en een zorgvuldige vergelijking van gegevensbladfuncties kunnen het project aanzienlijk vereenvoudigen.