选择内置电源时要考虑的关键因素

文章作者：罗恩·斯图尔

一个非常常见的需求是为终端产品选择一个内部的交流-直流电源，功率范围在几到几百瓦。在低端，另一种选择可能是外部供应或“适配器”，但在100W以上，通常选择内置产品作为购买的模块，可能是机箱或pcb安装。勇敢者甚至可能考虑内部设计，尤其是在性能要求是非标准的情况下。

为什么内部?

让我们首先回顾一下为什么要选择内部电源。对于商业产品来说，消费者不喜欢体积庞大的内联式“适配器”，但在低功耗时，“壁上的赘肉”并不是很大的负担，随着技术的进步，更多的能量从更小的封装中被挤出来，到某种程度上，适配器几乎没有壁式插头本身大。使用外部电源也使产品设计者感到满意——危险的电压被保留在外部，使得最终产品的安全认证更加容易。

缺点是，从适配器到产品的电缆长度下降电压，可能需要在产品中额外的调节器，通常没有机会“智能”控制电源，如关机到“睡眠”模式或动态调整输出电压。另一个问题是，整体EMI标准遵从性仍然是终端产品制造商的责任，因此，在EMC测试中必须包括具有生产差异和电缆运行不确定的适配器，并且可能产生不一致的结果。由于这个原因，为了更安全和更符合电磁干扰要求，在终端产品内部安装内联适配器并非未知。

在较高功率下，或当控制和功能非常重要时，首选内部或“设备”电源。应在产品开发过程中尽早做出决定，因为系统电源工程师通常（且通常是合理的）抱怨他们必须提供内置电源，以适应“任何剩余空间”。这可能会导致成本和性能的折衷，最糟糕的情况是需要一个定制的解决方案，并伴随着相关的延迟和风险。

安全、EMC和环境合规性是最重要的

内置电源必须提供所需的电压和电流，但还有许多其他考虑因素。也许最重要的是安全性、EMC和环境合规性——这里的指南是产品的最终用途；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。如果产品用于铁路或军事等特殊领域，标准也会有所不同。即使在应用领域内，也存在各种变化——例如医疗领域的患者或操作员环境。

一种趋势是，新的安全标准是“基于危险”的，这迫使制造商额外考虑他们的产品可能被滥用的情况;选择内部电源至少可以确保没有插入不合适的适配器。选择正确的认证非常重要和复杂，但如果没有经验丰富的内部合规工程师，声誉良好的电源供应商通常可以提供帮助。

机械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“开放式框架”电源广受欢迎且成本低廉，通常带有可选的盖子，如果技术人员在产品通电时可以在内部接触到该产品，则需要使用这些盖子。另一种选择是DIN导轨格式，这在配线架中很常见（图1）。

图1:典型的内部交直流电源选项。崔(源)

内部电源产品通常有螺钉端子或插头连接器，用于交流输入和输出，通常是“Molex™”风格。在这种情况下，电缆、端子、保险丝、开关和任何底盘连接器都必须有适当的额定和认证。在电源外部但在产品内部的交流输入电缆上很可能检测到干扰，因此EMI测试可能表明，在电源入口附近需要进一步安装一个经过认证的机箱滤波器。

接地需要特别注意;如果产品内部的电源模块连接器被拔出，在设备机箱的进口处必须有一个单独的接地，以防带电的电线松动。一般来说，所有的接地连接都不能是“可插拔的”，除非与连接器不匹配，同时将带电连接完全从产品上移除。如果不是这样，地面必须是“永久性的”固定，只能用工具松开，包括锁垫圈或其他防振技术。当然，电线的颜色编码和规格必须根据应用的安全标准进行观察，必要时使用电缆的应变消除。

内部电源的入口熔断器应仔细确定尺寸

内部电源与电线交流连接到机箱连接器必须包括一个合适的单或双保险丝在适当的进口。记住，终端产品交流保险丝保护的是上游电缆和连接，而不是内部电源，防止短路和过载。当然，它必须通过正常的运行电流，有一定的涌入余地，但它也应该是额定的，以便在保险丝打开后，在底盘连接器和电源之间的短路到地面，最终产品的外部交流电缆不会超载。即使外部电缆额定电流非常大，熔断器的断断值也应该低于任何上游熔断器或断路器，以避免故障导致多个电路断开，也就是说，正确的熔断器“协调”，这在专业环境中是一个关键问题(图2)。

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图2:系统中的熔断器值应该“协调”:值熔断器1 > >熔断器2 >熔断器3。崔(源)

综上所述，讨论的交流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框架类型仅具有边际EMC符合性且需要额外的滤波，那么它不一定会产生最便宜的整体系统成本。

冷却方法决定了电源类型

冷却方面的考虑很重要；内部电源可以是风扇、自然对流或底板冷却，具体选择取决于最终产品及其应用。在某些环境中，例如医疗环境中，由于噪音原因，或者在难以更换的应用中，风扇可能被排除在外，但风扇冷却电源通常比其他类型的电源更小。如果选择风机冷却供应，则必须仔细确定进气和排气路径，以避免空气“死点”，尤其是在有其他系统风机运行的情况下。CUI等制造商在其产品的数据表中提供了建议的气流方向和风扇尺寸；在将电源设计成系统时，应考虑这些因素（图3）。

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图3:应考虑风扇尺寸、方向和距离的建议，以避免空气“死点”。崔(源)

对流冷却电源对方向很敏感，在安装时应考虑到其他发热元件，以避免相互过热。制造商无法预测最终产品的安排，因此将根据“运行”环境温度对电源进行评级。这是终端产品外壳内的“局部”环境，其温度可能比外部温度高得多，只有在确定的负载条件下，通过在完整系统中模拟和/或测量才能准确地知道。

底板冷却供应也可用于密封外壳，并消除了热流路径的不确定性。然而，一个扁平的“冷墙”确实需要可用，与电源的多个固定装置。另一种可能是需要在硅酮热传导片的界面上使用热化合物。

当确定电源和它们的冷却要求时，有必要检查所需的连续功率和峰值功率。如果浪涌额定功率高且负载是间歇性的，有时可以使用更小、成本更低的电源。

专家可以指导你的选择

有广泛的内部电源可供选择，哪一个是最好的取决于许多考虑因素。为了降低成本和风险，应该尽早确定电源类型，同时考虑到标准符合性、应用、冷却环境以及与最终产品电缆和机械集成的容易程度。

罗恩·斯图尔是崔公司．自2009年加入CUI以来，Ron在模拟和数字电源以及交直流和直流电源转换领域积累了广泛的知识和经验。他在CUI的工程团队中发挥了关键作用，职责包括应用支持、测试和验证以及设计。在动力工程之外，罗恩会弹吉他，跑步，和他的妻子去户外旅游，他们的目标是参观所有的美国国家公园。