内蔵電源の選択
非常に一般的なニーズは、数ワットから数百ワットの範囲で最終製品用の内部AC-DC電源装置を選択することです。ローエンドでは、代替手段は外部電源または「アダプタ」である可能性がありますが、約100Wを超えると、組み込みモジュールとして、おそらくシャーシまたはPCBに取り付けられた組み込み製品を選択するのが通常です。勇敢な人は、特に必要なパフォーマンスが標準的でない場合は、社内の設計を検討することさえあります。
なぜ内部なのか
まず、内部電源が選択される理由を確認しましょう。商用製品の場合、消費者はかさばるインラインの「アダプタ」を好みませんが、低電力では「壁の疣贅」は大きな負担ではなく、技術が進歩するにつれて、より多くの電力がより小さなパッケージから絞り出されます。アダプターは、壁のプラグ自体よりもほとんど大きくありません。外部電源を使用することも製品設計者を喜ばせます。危険な電圧が外部に保持されるため、最終製品の安全認証がはるかに簡単になります。
欠点は、アダプタから製品までのケーブル長が電圧を低下させ、製品に追加のレギュレータが必要になる可能性があり、通常、「スリープ」モードへのシャットダウンや動的調整など、電源の「スマート」制御の機会がないことです。出力電圧の。もう1つの問題は、全体的なEMI規格への準拠は依然として最終製品メーカーの責任であるため、製造のばらつきと不確定なケーブル配線を備えたアダプターをEMCテストに含める必要があり、一貫性のない結果が生じる可能性があることです。このため、安全性とEMIコンプライアンスを容易にするために、インラインアダプタを最終製品の内部に取り付けることは不明ではありません。
高電力の場合、または制御と機能が重要な場合は、内部電源または「機器」電源が推奨されます。システム電力エンジニアは、「残っているスペースに収まる」内蔵電源を調達する必要があるという一般的な（そして多くの場合正当化される）苦情があるため、製品開発プロセスのできるだけ早い段階で決定を下す必要があります。これは、コストとパフォーマンスの妥協につながる可能性があり、最悪の場合、関連する遅延とリスクを伴うカスタムソリューションの必要性につながる可能性があります。
安全性、EMC、および環境コンプライアンスが何よりも重要です
内蔵電源は必要なボルトとアンペアを供給する必要がありますが、他にも多くの考慮事項があります。おそらく最も重要なのは、安全性、EMC、および環境コンプライアンスです。ここでは、製品の最終用途がガイドです。さまざまな規格がさまざまなアプリケーションに適用されます。たとえば、産業、家庭、テストと測定、医療、ビルディングオートメーションなどです。製品を鉄道や軍事などの専門分野で使用する場合は、基準が再び異なります。アプリケーション領域内でも、さまざまなバリエーションがあります。たとえば、医療における患者やオペレーターの環境です。
新しい安全基準は「危険に基づく」ものになる傾向があり、製造業者は自社の製品がどのように誤用される可能性があるかをさらに検討する必要があります。内部電源を選択することで、少なくとも不適切なアダプタが交換されないようにすることができます。適切な認定の選択は非常に重要で複雑ですが、経験豊富な社内コンプライアンスエンジニアがいない場合は、信頼できる電源ベンダーが支援できることがよくあります。
形状やサイズだけでなく、コネクタや冷却装置も、おそらく次の考慮事項は力学です。 「オープンフレーム」電源装置は人気があり、低コストであり、多くの場合、電源が入っているときに技術者が製品に内部アクセスできると予想される場合に必要なオプションのカバーが付いています。もう1つの方法は、配線パネルで一般的なDINレール形式です（図1）。
図1：一般的な内部AC-DC電源オプション。 （ソースCUI）
内部電源製品には通常、AC入力と出力の両方にネジ留め式端子またはプラグインコネクタがあり、通常は「Molex™」スタイルです。この場合、ケーブル、端子、ヒューズ、スイッチ、およびシャーシコネクタは、アプリケーションに対して適切な定格と認定を受けている必要があります。電源の外部であるが製品の内部にあるAC入力ケーブルで干渉が発生する可能性があるため、EMIテストでは、電源インレットの近くにさらにシャーシに取り付けられた認定フィルターが必要であることが示される場合があります。
接地には特に注意が必要です。電源モジュールのコネクタが製品内部で抜かれている場合でも、活線が緩んだ場合に備えて、インレットで機器シャーシへの別のアースが必要です。一般に、コネクタの嵌合を解除すると、製品からライブ接続が同時に完全に削除されない限り、すべてのアース接続が「プラグ可能」であってはなりません。そうでない場合は、アースは「恒久的な」固定によって行う必要があります。これは、工具でのみ緩めることができ、ロックワッシャーまたはその他の防振技術が含まれています。もちろん、配線の色分けとゲージは、適用される安全基準に従って遵守する必要があり、必要に応じてケーブルのひずみを緩和します。
内部電源のインレットフュージングは慎重にサイズ設定する必要があります
シャーシコネクタへの有線AC接続を備えた内部電源装置には、必要に応じて、インレットに適切なシングルまたはダブルヒューズが含まれている必要があります。最終製品のACヒューズは、内部電源ではなく、上流のケーブルと接続を短絡や過負荷から保護していることを忘れないでください。確かに、突入電流にある程度の余裕を持って通常の動作電流を流す必要がありますが、シャーシコネクタと電源の間のアースへの短絡後にヒューズが開く前に、最終製品への外部ACケーブルが過負荷にならないように定格を設定する必要があります。供給。外部ケーブルの定格電流が非常に高い場合でも、複数の回路が切断される原因となる障害、つまり正しいヒューズの「調整」を回避するために、ヒューズの遮断値は上流のヒューズまたはブレーカーよりも低くする必要があります。これは重大な懸念事項です。プロフェッショナルな環境で（図2）。
クリックしてフルサイズの画像を表示
図2：システムのヒューズ値は「調整」する必要があります：値ヒューズ1>ヒューズ2>ヒューズ3（ソースCUI）
まとめると、説明したAC接続の考慮事項は、内部電源の選択に影響を与えます。最小コストのオープンフレームタイプは、EMCコンプライアンスがわずかであり、追加のフィルタリングが必要な場合、必ずしもシステム全体のコストが最も低くなるとは限りません。
冷却方法によって電源の種類が決まります
冷却に関する考慮事項は重要です。内部電源装置は、ファン、自然対流、またはベースプレート冷却で、最終製品とその用途に応じて選択できます。ファンは、医療、騒音の理由、または交換が困難なアプリケーションなどの一部の環境では除外される場合がありますが、ファン冷却電源は一般に他のタイプよりも小さくなります。ファン冷却供給を選択する場合、特に他のシステムファンが動作している場合は、空気の「デッドスポット」を回避するために、吸気経路と排気経路を慎重に特定する必要があります。 CUIのようなメーカーは、自社製品のデータシート内に推奨される気流の方向とファンのサイズを提供しています。これらは、システムへの電源装置を設計するときに考慮する必要があります（図3）。
クリックしてフルサイズの画像を表示
図3：空気の「デッドスポット」を回避するために、ファンのサイズ、方向、および距離に関する推奨事項を検討する必要があります。 （ソースCUI）
対流冷却電源装置は向きに敏感であり、相互の過熱を避けるために他の発熱部品を考慮して配置する必要があります。メーカーは最終製品の配置を予測できないため、「動作中の」周囲温度に対して電源装置を評価します。これは、最終製品の筐体内の「局所的な」周囲温度であり、外部温度よりもかなり高温になる可能性があり、定義された負荷条件下での完全なシステムでのシミュレーションや測定によってのみ正確に知ることができます。
ベースプレート冷却電源は、密閉されたエンクロージャーにも使用でき、熱流路から不確実性を取り除きます。ただし、電源に複数の固定具を備えた平らな「冷たい壁」が利用可能である必要があります。別の可能性として、シリコン伝熱シートとの界面にサーマルコンパウンドを使用する必要がある場合があります。
電源装置とその冷却要件のサイズを決定するときは、必要な連続電力とピーク電力を確認する価値があります。サージ電力定格が高く、負荷が断続的である場合は、より小型で低コストの電源を使用できる場合があります。
専門家があなたの選択を導くことができます
利用可能な内部電源の幅広い選択肢があり、どれが最適かは多くの考慮事項に依存します。コストとリスクを最小限に抑えるために、電源の種類は、規格への準拠、アプリケーション、冷却環境、および最終製品のケーブルと機構への統合の容易さを考慮して、できるだけ早く特定する必要があります。
>
ロンスタル はCUIIncの電力システムエンジニアです。ロンは、2009年にCUIに参加して以来、アナログおよびデジタル電力、AC-DCおよびDC-DC電力変換の分野で幅広い知識と経験を集めてきました。彼は重要な役割を果たしてきました。アプリケーションのサポート、テストと検証、設計などの責任を持つCUIのエンジニアリングチームで。電力工学以外では、ロンはギターを弾いたり、走ったり、妻と一緒に屋外をツアーしたりしています。そこでの目標は、米国のすべての国立公園を訪れることです。 >
関連コンテンツ：
- 外部電源の選択
- USB Type-Cが消費者向け電源アダプターの混乱をどのように軽減し、グローバルな電子廃棄物を削減できるか
- 電源線とデータ線の組み合わせ、パート1
- USBType-Cおよび電力供給101–電力供給プロトコル
- 有線データ接続を使用して、要求の厳しいIoTデバイスに電力を供給する
- 車載ワイヤレス電力設計の課題を解き明かす
Embeddedの詳細については、Embeddedの週刊メールニュースレターを購読してください。
埋め込み