기판 실장형 AC/DC 전원 공급 장치를 통해 비용 효율적으로 국제 표준 충족

3W ~ 20W의 기판 실장형 AC/DC 전원 공급 장치는 사물 인터넷(IoT) 및 산업용 IoT(IIoT), Industry 4.0, 산업 자동화, 시청각 장비, 정보 기술 장비(ITE), 스마트 하우스/건물, 백색 가전 및 소비자 가전을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용됩니다. 저전력 AC/DC 전원 공급 장치를 설계하는 것이 쉬워 보일 수 있지만 그 과정은 보기보다 더 복잡하고 시간이 많이 걸립니다. 넓은 입력 전압 범위, 피크 전력 공급 및 높은 출력 밀도를 포함한 성능 요구 사항을 충족해야 합니다. 또한 안전, 효율성, 대기 전력 및 전자파 적합성(EMC)에 대한 다양한 국제 표준을 충족하도록 인증되어야 합니다.

하지만 설계자는 모든 관련 국제 성능 표준에 대해 인증된 소형 기판 장착형 AC/DC 전원 공급 장치를 사용하여 출시 기간을 단축할 수 있습니다. 이러한 효율적인 전원 공급 장치는 넓은 입력 전압 범위를 가지며 유연성과 전 세계 호환성을 위해 AC 또는 DC 입력을 수용할 수 있습니다.

이 기사에서는 AC/DC 전원 공급 장치 응용 제품에 대한 일반적인 고려 사항을 간략하게 살펴봅니다. 그런 다음 RECOM Power RACxx-K 계열의 세 가지 기판 실장형 AC/DC 전력 변환 옵션의 예를 제공하여 주요 특징과 이점 및 적용 방법을 알아봅니다.

AC/DC 컨버터 조합

AC/DC 전원 공급 장치는 직렬 또는 병렬로 연결하여 더 높은 전력 수준 또는 중복 핫스왑 작동을 제공할 수 있습니다(그림 1).

그림 1: 두 개의 AC/DC 컨버터를 직렬로 연결하여 더 높은 전압(상단)을 제공하거나, 병렬로 연결하여 더 높은 전류를 제공 및/또는 중복 작동(하단)하도록 설계할 수 있습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

병렬로 연결된 전원 공급 장치(그림 1의 하단 구성)는 중복성을 통해 더 높은 전류를 제공하거나 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 두 전원 공급 장치가 완벽한 정격 출력 전류 또는 그 주변에서 작동할 때 보다 높은 전류를 지원할 수 있습니다. 출력 전압은 변경되지 않지만 사용 가능한 전류가 늘어나 출력 전력이 증가됩니다.

중복 전원 공급 장치 구성은 여러 전원 공급 장치를 사용하여 사용 가능한 전력 수준이 아닌 시스템의 안정성을 향상시킵니다. 중복 구성은 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 하나의 토폴로지에서 시스템은 정상 작동 중에는 '주' 전원 공급 장치에서만 전력을 끌어 오고 주 전원 공급 장치에 오류가 발생하면 '백업' 전원 공급 장치로 자동 전환하도록 구성됩니다.

전원 공급 장치의 신뢰성을 높이기 위해 사용되는 또 다른 일반적인 토폴로지는 N+1 중복입니다. N+1 시스템은 두 개 이상의 전원 공급 장치로 구성됩니다. 그림 1에서 하위 구성은 'N' = 1인 중복 아키텍처로 사용할 수 있습니다. 이 경우 각 전원 공급 장치는 정상 작동 중에 용량의 50%로 작동하며, 다른 전원 공급 장치에 오류가 발생하면 각각 최대 부하 전원을 공급할 수 있습니다.

전원 공급 장치를 병렬로 연결하여 사용 가능한 전력을 늘리는 대신, 전원 공급 장치를 직렬로 연결하여 이를 늘릴 수도 있습니다(그림 1의 상단 구성). 이 예에서 두 전원 공급 장치는 모두 동일한 출력 전압(V_O)을 가지며 직렬 구성은 2V_O를 제공합니다. 부하에 공급되는 전류는 변하지 않기 때문에 전압을 두 배로 늘리면 유효 전력이 두 배가 됩니다.

그림 1에서 두 구성 모두에는 전원 공급 장치의 출력을 분리하기 위한 ORing 다이오드가 포함됩니다. 전원 공급 장치 중 하나에 오류가 발생하면 ORing 다이오드가 치명적인 오류로부터 시스템을 보호합니다. ORing 다이오드 정격 전류는 전원 공급 장치의 정격 출력 전류보다 커야 하며, 정격 항복 전압은 전원 공급 장치의 출력 전압보다 커야 합니다.

AC/DC 입력 고려 사항

추가 기능을 위해 두 개 이상의 AC/DC 전원 공급 장치의 출력을 함께 연결하는 방법에는 여러 가지가 있지만 입력 전압 범위를 넓히기 위해 두 개의 AC/DC 컨버터의 입력을 연결할 수는 없습니다. 이러한 이유로 넓은 입력(범용 입력이라고도 함) AC/DC 전원 공급 장치가 점점 더 대중화되고 있습니다. 퓨즈 보호도 AC/DC 전원 공급 장치 입력에 대한 중요 고려 사항입니다(그림 2).

그림 2: 일반적으로 하나의 입력 퓨즈(상단)만 사용되지만 입력이 극성이 없는 경우 퓨즈를 두 개의 입력 라인(하단)에 배치할 수 있습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

일반적으로 시간 지연(지연형이라고도 함) 퓨즈를 사용하는 것이 좋습니다. AC 입력이 극성이 없는 경우 퓨즈를 두 입력 라인에 연결할 수 있습니다. 단상 AC/DC 전원 공급 장치에 대한 일반적인 퓨즈 크기의 권장 사항은 40W 미만의 출력에 대해 1.5A, 40W 이상 60W 미만의 출력에 대해 2A, 60W 이상의 출력에 대해 3A입니다.

AC/DC 전원 공급 장치에 접지 핀(FG)이 있는 경우 안전 접지 지점에 연결해야 합니다. -V_OUT 출력 전압은 FG에 연결할 수 있으며, 접지로의 +V_OUT 출력을 참조합니다. 설계자는 짧고 두꺼운 상호 연결을 지정함으로써 견고한 연결을 보장하고 전자파 장해(EMI)를 더욱 줄여야 합니다(그림 3).

그림 3: 출력 전압을 접지에 연결하여 접지로의 출력을 참조할 수 있습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

IoT, IIoT 및 가정용 응용 제품을 위한 3W

3W의 전력이 필요한 IoT, IIoT 및 가정용 응용 제품 설계자를 위해 RECOM은 엄격하게 조정된 단일 12VDC 출력을 제공하는 RAC03E-K/277 AC/DC 전원 공급 장치를 제공합니다(다른 모델은 3.3VDC ~ 24VDC 출력 제공). 이 국제 인증된 전원 공급 장치는 85V ~ 305V AC 또는 120V ~ 430V DC의 향상된 넓은 입력 전압 범위를 특징으로 하며 ErP 대기 전력 요구 사항을 충족합니다. RAC03E-K/277 계열은 작동 온도 범위가 넓어 자연 대류 냉각 상태에서 -30C ~ +75°C(+70°C까지 최대 전력을 제공하는 3.3V 출력 장치 제외)의 최대 전력 출력을 제공합니다(그림 4).

그림 4: RAC03E-K/277 계열 장치는 넓은 작동 온도 범위를 가지며 -30°C ~ +75°C(+70°C까지 최대 전력을 제공하는 3.3V 출력 장치 제외)의 최대 전력 출력을 제공합니다. (이미지 출처: RECOM Power)

이 전원 공급 장치의 실장 면적은 1.45" x 0.95"이고 15.4mm의 낮은 높이를 갖습니다. 4kVAC 입출력 절연체로 인해 전 세계 응용 분야에 적합하며 다음 표준을 충족합니다.

• UL/IEC/EN62368-1 인증
• CAN/CSA C22.2 No. 62368-1 인증
• EN60335-1(보류 중)
• EN62233(보류 중)
• IEC/EN61558-1/2-16(보류 중)
• EN55032/EN55035 준수

공정 자동화 및 스마트 빌딩을 위한 10W

10W RAC10-05SK/277 5VDC 출력 AC/DC 전원 공급 장치의 140% 피크 전력 용량은 유도성, 높은 시동 전류 또는 공정 자동화 및 스마트 빌딩 응용 제품과 같은 비선형 부하가 있는 시스템의 과도 전력 요구를 지원합니다(그림 5). 인쇄 회로 기판(PC 기판)에 실장된 이러한 AC/DC 전원 공급 장치는 산업용 및 가정용 표준을 위한 국제 안전 인증을 획득했습니다.

그림 5: RAC10-05SK/277 10W AC/DC 전원 공급 장치는 산업용 및 가정용 표준을 위한 국제 안전 인증을 획득했습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

10W 모델은 3.3V ~ 24V DC의 단일 출력 전압 또는 ±12V 또는 ±15V DC를 제공하는 이중 출력 버전으로 제공됩니다. 이 전원 공급 장치는 고정 설치에 사용되는 산업 시스템 및 장비의 신뢰성과 가용성이 특별한 요구 사항에 따라 달라지는 경우에 IEC62477-1, 과전압 범주 III(OVC III)을 충족합니다. 이러한 설치를 위한 전원 공급 장치는 통상적으로 AC 분배 패널에 영구적으로 유선으로 연결되어 있습니다. 위에서 설명한 3W RAC03E-K/277과 마찬가지로 이러한 AC/DC 전원 공급 장치는 85V ~ 305V AC 또는 120V ~ 430V DC의 매우 넓은 입력 전압 범위를 갖습니다.

매우 낮은 무부하 전력을 제공하는 20W 전원 공급 장치

IoT 및 스마트 장치 설계자는 RAC20-K 20W AC/DC 모듈 계열을 사용하여 이점을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, RAC20-48SK 버전은 상시 동작 모드 및 대기 모드 응용 제품에서 무부하 전력 소비량이 40mW에 불과한 48V DC 출력을 생성합니다. 이러한 전원 공급 장치는 ErP Lot 6 Standby Mode Conformity 표준을 준수합니다. 85V ~ 264V AC의 넓은 입력 범위와 85V ~ 305V AC 또는 120V ~ 370V DC의 선택적인 매우 넓은 입력 범위로 제공됩니다. 이러한 전원 공급 장치의 수정된 버전은 IEC62477-1 OVC III 전원 공급 장치 표준을 충족합니다. 이러한 PC 기판 실장형 전원 공급 장치는 5V ~ 48V DC의 단일 출력 전압 또는 ±12V 또는 ±15V DC를 제공하는 이중 출력 버전으로 제공됩니다. 이러한 전원 공급 장치는 RAC20-05SK 5V 버전의 그래프에서 볼 수 있듯이 경부하에서 최대 부하까지 높은 효율이 특징입니다(그림 6).

그림 6: RAC20-05SK(5V 출력 모델)의 효율 대 출력 부하 그래프는 경부하에서 최대 부하까지 높은 효율을 보여줍니다. (이미지 출처: RECOM Power)

RAC20-48SK AC/DC 전원 공급 장치는 추가 필터링 없이 EN 55022 B급 전도 방출의 요구 사항을 준수합니다. 작동 온도 범위는 -40°C ~ +85°C이며 다음을 포함하여 산업, 시청각 및 정보 기술 장비에 대한 국제 안전 인증을 획득했습니다(* = 매우 넓은 입력 모델은 보류 중).

• IEC/EN62368-1 인증
• UL62368-1 인증
• CAN/CSA-C22.2 No. 62368-1-14 인증
• IEC/EN60335 인증 *
• IEC/EN61558-1 인증 *
• IEC/EN61558-2-16 인증 *
• IEC/EN61204-3 준수 *
• EN55032/14 준수 *
• EN55024 준수 *

단일 출력에서 ​​2개의 출력

위에서 언급했듯이 3W RAC03E-K/277은 단일 출력 설계로만 제공됩니다. RAC10-05SK/277 10W AC/DC 및 20W RAC20-48SK 전원 공급 장치는 단일 및 이중 출력으로 제공됩니다. 그러나 이중 출력 구성은 ±12V 또는 ±15V DC로 제한됩니다. 일부 응용 제품에서는 다른 조합의출력 전압이 필요할 수 있습니다. 이러한 경우, 설계자는 단일 출력 AC/DC 전원 공급 장치를 저전력 DC/DC 컨버터 또는 스위칭 조정기와 결합하여 보조 출력 전압 또는 음성 출력 레일을 제공할 수 있습니다(그림 7).

그림 7: 스위칭 조정기(R-78xx, 상단) 또는 DC/DC 컨버터(하단)를 AC/DC 전원 공급 장치와 결합하여 보조 출력 전압(상단) 또는 네거티브 전압 레일(하단)을 생성할 수 있습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

추가 EMI 필터링

이 기사에서 설명하는 RECOM RAC 계열 AC/DC 전원 공급 장치에는 모두 EN 55022 B급 전도 방출 표준을 충족하는 통합 라인 필터가 있습니다. 더 까다로운 응용 제품에서는 추가 필터링이 필요할 수도 있습니다. 외부 필터를 추가할 때 중심성 접지 배선 토폴로지를 사용해야 하며, 외부 필터와 컨버터 사이의 배선은 가능한 짧아야 합니다(그림 8).

그림 8: RECOM RAC AC/DC 전원 공급 장치는 EN 55022 B급 전도 방출 표준을 준수합니다. 필요한 경우, 외부 필터를 추가할 수 있습니다. (이미지 출처: RECOM Power)

결론

저전력의 기판 실장형 AC/DC 전력에 대한 필요성은 계속 증가하고 있지만 이러한 시스템은 여전히 ​​복잡합니다. 설계자가 전원 공급 장치 설계, 테스트 및 규정 준수의 미묘한 차이에 익숙하지 않은 경우 처음부터 설계하는 것은 시간과 비용이 많이 들고, 설계 일정을 지연시키며 필요 이상의 기판 공간을 사용하게 될 수 있습니다.

대부분의 경우 더 나은 옵션은 다양한 소형 플러그 앤 플레이 기판 장착형 AC/DC 전원 공급 장치 중에서 선택하는 것입니다. 앞서 언급했듯이 이러한 제품은 다양한 입력 전압 범위를 제공하며 AC 또는 DC 입력을 수용할 수 있습니다. 또한 모든 관련 국제 성능 표준 및 규정 준수 규정을 준수하는 것으로 이미 인증되었을 가능성이 많습니다.

추천 자료

1. IoT 및 IIoT 전원 선택 및 사용 안내