外部電源の選択

AC / DC電源の選択は、困難な作業になる可能性があります。それは内部か外部か？私の製品が世界の他の地域に出荷された場合、それは準拠しますか？私の医療製品には、医療安全基準に準拠した電源が必要ですか？これらは、エンジニアが新製品設計の電源の側面に注力するときに尋ねる可能性のある質問のほんの一部です。

必要な電源の種類の決定

AC / DC外部電源を選択するかどうかの決定は、製品内の実際のスペースの制約による場合があります。電力要件によっては、内部電源が貴重なスペースを占める可能性があり、市場に出回っている他の設計と比較して、最終製品が必要以上に大きくなる可能性があります。製品が占めるフットプリントは、多くの消費者にとって非常に重要な考慮事項です。特に、カウンタートップやメディアシステムの横にある場合はなおさらです。デスクトップ電源か壁コンセントユニットかを問わず、外部電源を選択することは、最終製品を可能な限り小さく保つため、いくつかの実用的な理由から賢明な選択となる可能性があります。

図1：CUIのSWI製品ファミリーは、AC-DCウォールアダプター（ソースCUI）向けのコンパクトで効率的かつ経済的なソリューションを提供します

壁コンセントユニットは、わずか数ワットから最大約50ワットのDC電源を必要とする製品に適している傾向があります。これ以上のものにはデスクトップユニットが必要です（図2）。

図2：SDI160G-UとSDI160G-UDは、160ワットの連続電力を提供し、UL / EN / IEC 62368-1要件（ソースCUI）に準拠しています

便宜上、多くの設計者は標準の5 VDC電源から製品に電力を供給することを選択します。そのため、標準のUSB-Aソケットを備えた壁コンセントユニットを選択すると、最大2アンペアの製品を簡単に選択できます。同様に、12 VDC、15 VDC、または24 VDCの一般的な公称電圧で動作するように製品を設計すると、ほとんどのメーカーがこれらの電圧の標準単位を提供するため、選択が容易になります。また、製品でどのタイプの電源入力ソケットを使用する予定ですか？標準で入手できますか、それとも電源メーカーから追加料金で入手できますか？デザインのピーク電力要件を確認することを忘れないでください。これにより、選択する必要のあるアダプタが決まります。十分なピーク出力電力を提供しないユニット、特にモーターなどの誘導負荷のあるユニットを使用すると、電源が過熱し、不要なコンポーネントストレスが発生し、製品の信頼性が低下する可能性があります。 >

要件をデータセットの仕様と比較する

一部の要因は出力電圧や定格電流ほど明確ではない可能性があるため、潜在的な電源のデータシートを注意深く検討してください。

多くの壁コンセント電源装置は、アースに対してフローティングのDC出力を提供します。クラスIIと呼ばれるこれらの電源は、保護接地接続へのアクセスを提供しません。そのためにクラスIの電源が必要になります。これらは、デスクトップユニットである傾向があります。

データシートで確認するその他の仕様には、ラインレギュレーション、リップルとノイズ、保護機能、および承認が含まれます。

レギュレーションは、電源装置が指定された公称出力に対して出力電圧をどれだけ近くに維持できるかを測定します。適切なレギュレーションは+/- 10％ですが、アプリケーションが電圧入力の変化に敏感な場合は、この機能をさらに検討する必要があります。公称12VDC出力の場合、+ / -10％レギュレーションは、出力電圧が10.8VDCから13.2VDCの範囲になる可能性があることを意味します。リップルとノイズは通常DC出力に存在し、敏感な組み込み回路は電力線に過度のノイズを発生させる傾向があります。追加のフィルタリングコンポーネントを使用すると役立つ場合がありますが、それらは部品表のコストを増加させ、貴重なPCBスペースを占有することに注意してください。

電気的仕様を見ながら、電源装置が標準で備えている保護機能の種類を確認してください。出力過電圧、出力過電流、および過熱は一般的な保護ですが、入力電圧が特定の電圧を下回った場合に製品が不安定に機能する可能性がある場合は、低電圧ロックアウト要件も重要になる可能性があります。

安全性とエネルギー効率の基準

電源の承認には、安全性、エネルギー効率、および電磁両立性の側面が組み込まれています。以下の規格は、電源ユニットだけでなく、それに接続されている製品全体にも適用されます。内部標準IEC-62368は、商用、IT、およびAV機器の最大許容漏れ電流や入力から出力への絶縁電圧などの安全率を規定しています。図3は、潜在的な安全上の問題と分離テストの要件を示しています。絶縁により、致命的なACライン電圧がDC出力に渡されるのを防ぎます。

図3：AC / DC電源アダプター（ソースCUI）の絶縁テスト要件

IEC-62368は、2つの規格IEC-60950（ITシステム）とIEC-60065（AV機器）によって以前に決定されていた2020年12月に法制化されます。この安全基準は、沿面距離（2点間の表面経路）とクリアランス（直接エアギャップ距離）の観点から指定された電源内の電圧応力に関連する最小距離も規定しています。血圧計、診断機器、酸素濃度計など、患者と接触する可能性のある医療機器に電力を供給するために使用される電源は、IEC60601-1第4版に準拠している必要があります。

エネルギー効率は、あらゆる電源の重要な側面です。欧州のエコデザイン2019/1782および米国エネルギー省のレベルVI基準は、最小平均有効効率要件を規定しています。 25％、50％、75％、および100％の負荷で測定された効率の平均。エコデザインはさらに、全負荷の10％での効率の文書化を必要とします。エネルギー効率基準のタイムラインの進化については、図4を参照してください。これらには、負荷がない場合、または最終製品がスタンバイ状態の場合のエネルギー消費量にも特定の制限があります。

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図4：エネルギー効率基準のタイムライン（ソースCUI）

エネルギー効率は最近、半導体プロセス技術の進歩の恩恵を受けており、炭化ケイ素（SiC）と窒化ガリウム（GaN）が電力変換アプリケーションに最適であることが証明されています。

承認の最後の側面は、電源が外部電磁推論の影響を受けやすいかどうか、および電源自体が許容レベルを超えるEMIを生成するかどうかをカバーします。 FCCパート15クラスB、CISPR 32、およびIEC61204-3規格が適用されます。

外部電源アダプタの選択は、誤った作業である必要はありません。電源要件の徹底的なレビューとデータシート機能の入念な比較により、プロジェクトを大幅に簡素化できます。