Рекомендации по установке внутренних источников питания (Часть 1)

 

Источники питания переменного/постоянного тока можно отнести к одному из двух основных семейств: внутренние или внешние. Внутренние источники питания — это те, которые будут установлены внутри какого-либо конечного устройства в качестве компонента; внешние источники питания сопровождают конечное устройство в качестве автономного узла. Внутренние и внешние источники питания сильно различаются по степени инженерных усилий, необходимых для успешного внедрения источника питания в качестве элемента конечной системы.

При проектировании внутреннего источника питания переменного/постоянного тока в системе необходимо учитывать несколько факторов, связанных с безопасностью, тепловой и электромагнитной совместимостью (ЭМС) установки. В этой статье описываются предостережения, связанные с использованием внутреннего решения для преобразования энергии вместо внешнего, и приводятся рекомендации по правильной установке.

 

Внутреннее против внешнего

 

Внешние источники питания предлагают производителям оригинального оборудования (OEM) несколько преимуществ и удобств, которых нет у внутренних преобразователей. По этой причине сохраняется тенденция к использованию внешних адаптеров, особенно на промышленных и коммерческих рынках.

Использование внешнего адаптера возлагает ответственность за дорогостоящее проектирование, тестирование и сертификацию на соответствие требованиям безопасности к производителю блока питания.

OEM-производители также освобождаются от необходимости формирования системы тепловыделения, связанного с преобразованием энергии, внутри своих корпусов. Можно ожидать, что наиболее эффективные схемы преобразования энергии будут генерировать тепло со скоростью примерно одна BTU в час на каждые три ватта мощности, потребляемой конечным устройством.

Внешние преобразователи повышают удобство обслуживания конечных устройств. OEM-производителям не нужно отправлять технического специалиста на удаленную площадку для замены внешнего адаптера питания. Скорее замена ИП может быть осуществлена неподготовленными потребителями, что сократит время простоя системы и затраты на обслуживание.

Источники питания основаны на использовании магнитных компонентов и радиаторов, ни один из которых не считается маленьким или легким элементом. Размещение этих больших и тяжелых компонентов за пределами самого устройства может помочь сформировать хорошие параметры конкурентного преимущества с точки зрения маркетинга.

Несмотря на множество преимуществ, связанных с внешним преобразованием энергии, все еще существует множество приложений, которые принципиально требуют реализации внутреннего источника питания. Эти приложения часто представляют собой стационарные или полустационарные установки и/или потребляют больше энергии, чем доступно от стандартных готовых внешних источников питания, которые становятся исключительно дефицитными при мощности выше 350 Вт. В таких случаях вышеупомянутые преимущества внешнего преобразования энергии становятся проблемными в реализации.

 

Последствия для безопасности

 

Внутренние источники питания являются частью устройства, а не автономными, что означает, многие аспекты безопасности продукта зависят от того, как он используется, а не просто от того, как он изготовлен.

Внутренний источник питания не может быть должным образом оценен на соответствие многим пунктам стандартов безопасности, пока этот источник не будет установлен в другом устройстве. Рассмотрим, например, IEC 60950-1, стандарт, обычно используемый для оценки безопасности источников питания, предназначенных для промышленного применения. Следующие пункты было бы трудно или даже невозможно оценить только с внутренним источником питания, но они действительно могут потребовать оценки в конечном приложении:

 

  • Части пунктов 1.5, 1.7, 3.3 и 3.4, касающиеся использования соединительных кабелей и разъемных соединений:

Ввод/вывод внутреннего источника питания обычно состоит из разъемов или клеммных колодок, закрепленных на печатной плате. При установке блока питания необходимы жгуты проводов, чтобы вывести входные и выходные порты на какой-либо стандартный вход переменного тока и выход ИП на печатную плату соответственно. Многие внутренние блоки питания имеют дополнительные порты для аварийных сигналов, сигналов управления или дополнительных шин питания. Все эти периферийные соединения должны быть проверены на безопасность при окончательной сборке.

 

  • Части пункта 2.1, касающиеся доступа к модулям, находящимся под напряжением:

Внутренние источники питания, даже в корпусе или в сборе с U-образным каналом, не обеспечивают адекватной защиты от поражения электрическим током. Сборка конечного изделия должна обеспечивать такую защиту, не позволяющую пользователям непреднамеренно контактировать с опасным напряжением. При использовании внешнего питания использование пластикового корпуса обеспечивает защиту.

 

  • Части пункта 2.6, касающиеся положений о заземлении и соединении:

Внутренние источники питания класса I обеспечивают средства для подключения узла защитного заземления источника питания к защитному заземлению системы. Одно или несколько внутренних монтажных отверстий блока питания обычно электрически связаны с узлом защитного заземления схемы преобразования мощности, так что, если шасси конечного устройства заземлено, установка блока питания завершает необходимое заземление. Другие распространенные конфигурации включают контакт заземления на входном разъеме или отдельный вывод заземления, выходящий из печатной платы. Установка должна пройти оценку безопасности, чтобы убедиться, что эти соединения выполнены правильно (соответствующие размеры и импедансы проводников, надлежащие изоляционные материалы и цвета изоляции и т. д.).

 

  • Части пункта 2.10, касающиеся путей утечки и воздушных зазоров, а также изоляции:

Пункт 2.10 учитывается при оценке безопасности внутреннего источника питания. Близость блока питания к близлежащим проводникам потенциально может уменьшить эффективные расстояния утечки и воздушные зазоры. Рассмотрим следующую гипотетическую ситуацию, в которой оптопара используется для передачи данных о выходном напряжении на плату управления на первичной стороне силового преобразователя.

В этом примере конфигурации оптопара перекрывает защитный промежуток между первичной и вторичной обмотками (рис. 1). В тех местах, где сквозные выводы выступают из нижней части печатной платы, высоковольтные выводы и выводы SELV разделены воздушным зазором в 7 мм. Подобное конструктивное исполнение соответствует предписанию 60950-1 о зазоре 6 мм.

Рис. 1. В этом примере конфигурации показано свободное пространство при установке внутреннего блока питания.

 

Если внешний элемент прикреплен к шасси (или шасси прикреплено к чему-либо другому) с помощью (плохо установленного) крепежного винта, соответствие этой конфигурации пункту 2.10 может быть нарушено, как показано на рисунке 2. Обратите внимание, что при измерении путей утечки и воздушных зазоров несоединенные проводящие части, разделяющие пути утечки и воздушные зазоры, учитываются как пути без зазоров.

Рис. 2. Крепежный винт может уменьшить зазор оптрона.

 

Крепежный винт, выступающий в корпус, несмотря на то, что он не соприкасается с какой-либо подключенной электрической частью, фактически уменьшил зазор поперек оптопары с 7 мм до 5,5 мм. Таким образом, сборка больше не соответствует пункту 2.10. Это одна из причин, по которой блоки питания в сборках с U-образным профилем указывают максимальную длину винтов для крепления U-образного профиля. Хотя выступающие крепежные винты являются распространенной причиной проблем с установкой такого типа, они не являются единственными неподключенными проводящими частями, которые необходимо учитывать при установке внутреннего источника питания.

 

  • Части пунктов 4.1 и 4.2, относящиеся к механической стабильности и прочности:

Внутренние источники питания не предназначены для использования в качестве автономных устройств, поэтому их автономная механическая целостность не часто оценивается инспекторами по безопасности. Важно то, насколько хорошо конечное устройство выдерживает механические нагрузки и фиксирует в своей конструкции внутренний блок питания. Источники питания, конечно, должны быть спроектированы так, чтобы быть механически надежными, чтобы они не стали самым слабым звеном в окончательной сборке, но связанные с этим оценки безопасности не могут быть сделаны на уровне составных частей оконечного изделия.

 

  • Части пунктов 4.6 и 4.7, касающиеся отверстий в корпусе и пожаростойкости:

Электрическое оборудование должно быть закрыто таким образом, чтобы уменьшить распространение огня в случае критического отказа. Несмотря на то, что предпринимаются шаги для обеспечения конструкции внутреннего источника питания препядствующей возгорание в случае отказа. Желательно в окончательной сборке все же реализовать противопожарный кожух.

 

 

Источник: www.edn.com