首页»电源管理»安装内部电源

安装内部电源

文章：Dylan Howes

在将内部电源设计到系统中时，必须考虑安装的安全性、热和EMC影响

AC / DC电源可分为两个主要家庭之一：内部或外部。内部电源是将在某些终端设备中安装的内部电源;外部电源伴随端设备作为独立子组件。内部和外部电源在成功实现电源作为最终系统元素所需的工程工作程度方面变化很大。

在设计系统内的交流/直流电源时，必须考虑安装的安全性、热和电磁兼容性(EMC)等几个因素。本文概述了与使用内部电源转换解决方案而不是外部电源转换解决方案相关的注意事项，并提供了实现正确安装的指导。

内部与外部

外部电源为内部转换器提供的原始设备制造商（OEM）提供了多种优惠和便利。因此，继续使用外部适配器的趋势，特别是在工业和商业市场。

利用外部适配器将昂贵的安全合规性设计，测试和认证置于供电制造商的ONU。在下游减轻电气危险安全超低电压(SELV)电路，这意味着OEM(不一定)需要在其设计中解决与高压电路相关的安全问题。

整车厂也免除了管理机箱内功率转换相关散热的责任。今天最有效的功率转换拓扑仍然可以预期产生的热量，大约每3瓦特的功率由终端设备每小时1 BTU;在许多中功率和更高功率的应用中，这是一个值得注意的热量。

外部转换器增强端设备可维护性。OEM不需要向远程站点发送技术人员以更换外部电源适配器。相反，未经训练的消费者可以促进组件更换，减少系统下降时间和OEM服务成本。

电源依赖于磁性元件和散热器的使用，这两种元件都不因体积小或重量轻而受到好评。把这些又大又重的材料放在设备本身之外可以帮助它从市场营销的角度区分开来。

尽管与外部电力转换相关的丰富效益，但仍有许多应用程序，从根本上要求实施内部电源。这些应用通常是固定的或半永久性装置和/或利用比可从标准离心外部供应商获得的功率，这在350W以上的异常稀缺。在这种情况下，外部电力转换的上述益处成为实施挑战。

安全问题

内部电源是组件，不是独立设备。这意味着产品安全性的许多方面取决于它的使用方式，而不是简单地取决于它的制造方式。

在将内部电源安装到另一个设备中之前，不能根据许多安全标准条款对其进行适当的评估。考虑IEC 60950 - 1例如，通常用于评估工业应用电源安全性的标准。仅用内部电源很难或甚至不可能对下列条款进行评估，但在最后的应用中确实值得评估:

有关使用互连电缆和断开设备的条款1.5,1.7,3.3和3.4的部分：
内部电源I/O通常由固定在PCB上的头或端子块组成。当安装电源模块时，需要用线束将输入端口和输出端口分别带到某个标准的交流入口和PCB上。许多内部电源模块都有额外的报警、控制信号或辅助电源轨接口。所有这些外围连接都需要在最终装配中进行安全实践评估。
第2.1条关于通电部件的可访问性的部分：
内部电源，即使是带有外壳或u型通道组件的电源，也不能提供足够的电击保护。最终产品组件应该提供这样的保护，防止操作人员无意中接触危险电压。当使用外部电源时，PCB周围的塑料外壳提供这些保护。
第2.6条关于接地和债券条款的部分：
I类内部电源提供了一种将耗材保护地球节点连接到系统保护地球的手段。内部PSU的安装孔中的一个或多个通常被电连接到电力转换电路的保护地形节点，使得如果端部设备机箱接地，则用导电硬件安装PSU下来完成所需的地面连接。其他常见配置包括输入标题上的接地销，或从PCB出现的单独接地片。安装需要进行安全评估，以确保正确制造这些连接（正确的导体尺寸和阻抗，适当的绝缘材料和绝缘颜色等）。
第2.10条关于爬电和间隙的部分，以及绝缘材料：
2.10条款在内部电源的安全评估中得到完全考虑。但是，必须在安装过程中妥协不会损害这些合规项目。PSU对附近导体的接近可能会降低有效的爬电和间隙。考虑以下假设的情况，其中光耦合器被用于输出电压的数据传送到控制卡上的功率转换器的初级侧。

在这个示例配置中，光耦合器桥接了主次之间的安全间隙(图1）。在PCB底部突出的通孔引线的情况下，高电压和SELV引线在FR4下方的7mm空气中分离。此配置符合60950-1 6毫米的清除授权。

图1本示例配置显示内部电源模块安装的间隙距离。

如果外部物品用(放置不当的)机器螺丝固定在机箱上(或机箱固定在其他东西上)，则此配置与2.10条款的一致性可能会受到影响，如图2．注意，为了测量爬电和间隙，划分爬电和间隙距离的未连接导电部件被计算为零距离。

图2机器螺钉可能会危及光耦合器的间隙距离。

尽管没有与任何连接的电气部件接触，但突出到底盘中的机器螺钉有效地降低了光耦合器的间隙距离为7毫米至5.5mm。因此，组件不再符合第2.10条。这是PSUS中的PSU中的一个原因，指定用于安装U沟道的最大螺钉长度。虽然突出的机器螺钉是这种类型的安装问题的普通罪魁祸首，但它们不是安装内部电源时必须考虑的唯一未连接的导电部件。

第4.1和4.2条中有关机械稳定性和强度的部分:
确保机械应力不会引起安全危险的责任在末端组件上。内部电源不旨在用作独立设备，因此他们的独立机械完整性不会在安全机构进行评估。最重要的是最终安装持有机械压力的程度，并支持内部PSU。当然，内部电源必须设计为机械声音，使它们不会成为最终组装中最薄弱的链接，但不能在组件级别进行相关的安全评估。
条款4.6和4.7关于外壳开口和抵抗火灾：
电气设备的密封方式必须有助于在发生灾难性故障时减少火灾蔓延。虽然采取了措施，以确保内部电源设计的方式是这样的，火灾不是一个可能的失败的结果，防火外壳仍然必须在最终组装。

热的影响

热量是一种功率转换器的最重要的克星。在高运行温度下，热失控会导致半导体过热并燃烧出来，元件温度可能超过适用安全标准允许的那些，并且随着化学过程加速（特别是在电解电容器中），设备的操作寿命可以快速降解。进一步复杂化这一问题是电源产生热量作为正常操作的双倍份额。根据等式1，电源产生的热量与其操作效率有关。

问在哪里_d散热的单位是瓦特，P吗_出去为输出功率，单位为瓦，η为效率。P_出去并且η已在等式1中表示，具有如下下标的，以清楚的是，操作效率随输出（O）功率而异，不仅仅是一些固定值。

如果给定组件所产生的热量100%转移到其环境中(假设连接到环境热阻抗为0°C/W)，则该组件的温度不会上升。另一方面，如果产生的热量和传递的热量之间存在差异，则设备的温度会根据其热阻抗而升高。内部电源必须安装在这样一种方式，它是允许它的热量传递到它的环境。

大多数标准的内部PSU旨在通过对流进行自然或强制进行这种传热。一些内部PSU还可以通过与一些外部散热器接触来提供用于从设备拉出的热量的导通路径。重要的是，安装电源时，PSU制造商的规定的冷却要求是考虑的。对于超过极低的功率应用（大约50W或更低），应注意确保至少一条空气流过电源转换器的路径。

如果在自然对流条件下指定了PSU以提供给定金属的功率，则存在允许在热梯度的影响下允许在最终组装中发生自然对流的装置。通风口和一些可用空间应允许空气自然地循环在温暖的PSU组件周围，从而从它们中取出热量。自然对流与空气完全相同，一个人应该小心不要“窒息”内部功率转换器。

随着功率水平的增加，自然对流通常不足以从敏感的PSU组件去除热量。在这种情况下，通常需要强制性冷却。强制空气冷却涉及使用风扇通过每单位时间的热电源组件从外壳外部推动或拉动更多的空气。通过这些部件的空气越多，可以除去热量越多。如果需要强制空气冷却，则供电制造商应指定每次时间和流动方向，以实现最佳的冷却性能。

在一些应用中，由于噪音问题或缺乏足够的通风，无法采用强制空气冷却。在这种情况下，必须提供一个传导路径，将热从敏感的电源模块组件传递到外部世界。应该注意的是，并不是所有的内部电源都是为了便于传导冷却而设计的。

有趣的是，相对于地球重力的电源的物理取向有时可以是显着的热考虑因素。热空气从地球上升起，因为它被更浓度，冷却空气在对流周期中取代。有时不面向的电源可以促进朝向更热敏元件的热空气升高。考虑一个实例，其中电源的主开关晶体管（热源）靠近电解电容器（热敏）。在可能的情况下，应避免将电源定位为使电解电容在物理上高于晶体管上方（图3）。

图3这幅图展示了物理取向对自然对流换热的影响。

类似地，应该对外壳内发热和热敏感组件的邻近性和相对方向进行评估。电源本身既能产生热量，又对热敏感。

EMC的影响

EMC认证偶尔会给任何系统集成带来挑战，无论电源模块是内部的还是外部的。尽管PSU制造商努力使其排放利润率尽可能高，为终端设备电路在不造成系统级故障的情况下释放能量提供空间，但对oem来说，重要的是要明白，有一个合规的电源供应并不总是保证系统级合规。对于内部电源来说尤其如此，因为安装决定会极大地影响最终系统的辐射和传导排放曲线。常见的错误包括功能接地不当和接线不严。

接地是有用的，不仅仅是分流故障电流远离不知情的用户。当期望/预期电流进入和退出电源模块时，地面也是一个降低不需要的高频(HF)能量的好地方。如果来自开关元件的高频伪影耦合到输入和/或输出导线上，它们可以对辐射和传导的辐射剖面造成严重破坏。作为响应，大多数电源模块设计包括低阻抗的交流万博投注网址路径到地，从输入和输出导体高频电流。确保这些路径正确连接是电源模块安装的关键因素。

当未将安装硬件用于保护接地时，很容易发生功能性接地错误。在电源模块没有导电安装的情况下，仍然需要在所有安装孔之间建立电气连接，因为电源模块的设计通常假定它们将是连续的。转换器的二次侧的一个或两个安装孔通常是电容耦合到DC+和返回到地分流高频噪声，如图所示图4．

图4转换器二次侧的安装孔是电容耦合到DC+和返回到地分流高频噪声。