如何選擇外部電源的類型

選擇 AC/DC 電源可能是一項艱巨的任務。應該是內(nèi)部的還是外部的？如果我的產(chǎn)品運往世界其他地區(qū)，是否合規(guī)？我的醫(yī)療產(chǎn)品是否需要符合醫(yī)療安全標準的電源？這些只是工程師在將精力集中在新產(chǎn)品設計的電源方面時可能會提出的一些問題。

確定所需的電源類型

選擇 AC/DC 外部電源的決定可能取決于產(chǎn)品內(nèi)的實際空間限制。根據(jù)電源要求，內(nèi)部電源可能會占用寶貴的空間，與市場上的其他設計相比，最終產(chǎn)品會不必要地大于其所需的尺寸。對于許多消費者來說，產(chǎn)品占據(jù)的空間是一個至關重要的考慮因素，尤其是當它可能位于臺面或媒體系統(tǒng)旁邊時。出于某些實際原因，選擇外部電源，無論是臺式電源還是壁式插頭單元（圖 1），都可能是一個謹慎的選擇，因為它可以使最終產(chǎn)品盡可能小。

墻壁插頭裝置往往適合需要從幾瓦到大約 50 瓦直流電源的產(chǎn)品。除此之外的任何東西都需要一個桌面單元。

為方便起見，許多設計人員選擇使用標準 5 VDC 電源為他們的產(chǎn)品供電，因此選擇具有標準 USB-A 插座的壁式插頭單元對于電流高達 2 安培的產(chǎn)品來說是一個簡單的選擇。同樣，將您的產(chǎn)品設計為在 12 VDC、15 VDC 或 24 VDC 等流行的標稱電壓下工作也便于選擇，因為大多數(shù)制造商都為這些電壓提供標準單位。另外，您打算在您的產(chǎn)品中使用哪種類型的電源輸入插座？它是標準的還是電源制造商額外付費提供的？不要忘記檢查設計的峰值功率要求，因為這將決定您需要選擇的適配器。選擇使用不能提供足夠峰值輸出功率的單元，

將您的要求與數(shù)據(jù)表規(guī)格進行比較

請務必仔細研究潛在電源的數(shù)據(jù)表，因為某些因素可能不像輸出電壓和電流額定值那么明顯。

許多墻上插頭電源提供相對于地浮動的直流輸出。這些電源被稱為 II 類，不提供保護接地連接，您需要 I 類電源，這些電源往往是桌面設備。

數(shù)據(jù)表上要檢查的其他規(guī)格包括線路調(diào)節(jié)、紋波和噪聲、保護功能和認證。

調(diào)節(jié)給出了一個衡量電源可以將其輸出電壓與規(guī)定的標稱輸出保持多近的衡量標準。適當?shù)恼{(diào)節(jié)可能為 +/- 10 %，但如果您的應用對電壓輸入變化很敏感，則需要進一步考慮此功能。對于標稱 12 VDC 輸出，+/- 10 % 的調(diào)節(jié)意味著輸出電壓的范圍可以從 10.8 VDC 到 13.2 VDC。直流輸出上通常會出現(xiàn)紋波和噪聲，同樣，敏感的嵌入式電路可能容易在電源線上出現(xiàn)過多的噪聲。使用額外的過濾組件可能會有所幫助，但請記住，這些組件會增加您的材料成本并占用寶貴的 PCB 空間。

在查看電氣規(guī)格時，請檢查電源的標準保護功能類型。輸出過壓、輸出過流和過溫保護是常用的保護措施，但如果您的產(chǎn)品在輸入電壓低于給定電壓時可能無法正常工作，那么欠壓鎖定要求也很重要。

安全和能效標準

電源認證包括安全性、能源效率和電磁兼容性等方面。以下標準不僅適用于電源單元，也適用于與其連接的整個產(chǎn)品。內(nèi)部標準 IEC-62368 規(guī)定了商業(yè)、IT 和 AV 設備的最大允許泄漏電流和輸入到輸出隔離電壓等安全系數(shù)。圖 3 說明了潛在的安全隱患和隔離測試要求。隔離可防止致命的交流線路電壓通過直流輸出。

圖 3：AC/DC 電源適配器的隔離測試要求（來源 CUI）

IEC-62368 將于 2020 年 12 月成為法律，此前已由兩個標準 IEC-60950（IT 系統(tǒng)）和 IEC-60065（AV 設備）確定。該安全標準還規(guī)定了與電源內(nèi)電壓應力相關的最小距離，根據(jù)爬電距離（兩點之間的表面路徑）和間隙（直接氣隙距離）規(guī)定。任何用于為可能與患者接觸的醫(yī)療設備（例如血壓監(jiān)測儀、診斷設備或血氧計）供電的電源都需要符合 IEC 60601-1 第 4 版。

能源效率是任何電源的一個重要方面。歐洲生態(tài)設計 2019/1782 和美國能源部 VI 級標準規(guī)定了最低平均主動效率要求；在 25%、50%、75% 和 100% 負載下測得的效率平均值。生態(tài)設計進一步要求記錄滿載 10% 時的效率。有關能效標準的時間線演變，請參見圖 4。當無負載或最終產(chǎn)品處于待機狀態(tài)時，這些對能耗也有特定限制。

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圖 4：能效標準時間表（來源 CUI）

能源效率最近受益于半導體工藝技術(shù)的進步，碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 被證明非常適合功率轉(zhuǎn)換應用。

批準的最后一個方面包括電源對外部電磁干擾影響的敏感程度，以及電源本身是否產(chǎn)生高于可接受水平的 EMI。適用 FCC 第 15 部分 B 類、CISPR 32 和 IEC 61204-3 標準。

外部電源適配器的選擇不一定是錯誤的任務。對電源要求的全面審查和對數(shù)據(jù)表特性的認真比較可以顯著簡化項目。

審核編輯 黃昊宇