利用板安裝 AC/DC 電源供應器以符合成本效益的方式符合國際標準

板式安裝 3 至 20 W AC/DC 電源供應器受到越來越多應用的採用，包括物聯網 (IoT)、工業物聯網 (IIoT)、工業 4.0、工業自動化、影音設備、資訊技術設備 (ITE)、智慧家庭／大樓、白色家電與消費性電器。即便試用並設計低功率 AC/DC 電源供應器令人心動，但實際流程其實比第一眼看起來複雜許多且耗時。設計必須符合嚴峻的效能要求，包括寬廣的輸入電壓範圍、峰值電力傳輸以及高功率密度。此外也必須通過多種國際標準的認證，以確保安全、效率、待機功率以及電磁相容性。

反之，設計人員可使用通過所有相關國際效能標準的小型板安裝 AC/DC 電源供應器，藉此加快上市時間。這些有效率的電源供應器具有寬廣的輸入電壓範圍，並可接受 AC 或 DC 輸入，可達到靈活性與全球相容性。

本文將簡單探討一般的 AC/DC 電源供應器應用考量。接著會以 RECOM Power 旗下 RACxx-K 系列的三款板式安裝 AC/DC 電源轉換產品舉例，說明特定產品的主要特點與優勢，及其應用方式。

AC/DC 轉換器組合

AC/DC 電源供應器能串聯或並聯連接，以提供更高的功率位準或達到備援熱抽換操作 (圖 1)。

圖 1：兩個 AC/DC 轉換器可串聯連接達到更高電壓 (頂端)，或並聯達到更高電流和或備援操作 (底部)。(圖片來源：RECOM Power)

串聯的電源供應器 (圖 1 底部的配置) 可用來提供更高的電流，或透過備援機制達到更高的可靠度。當兩個電源供應器都以其完整的或接近完整的額定輸出電流操作時，即可達到更高的電流。輸出電壓不會改變，但可用電流會增加，進而提高輸出功率。

備援電力配置採用多個電源供應器來提升系統可靠度，而不是提高可用的功率位準。備援配置有多種型式。在單一拓撲中，正常操作時，系統配置僅會從「主要」電源供應器汲取電力，當主要電源故障時，就會自動切換到「備援」電源供應器。

N+1 備援是另一種常見的拓撲，可用來提高電源供應器的可靠度。N+1 系統是由兩個或更多個電源供應器組成。在圖 1 中，底部的配置可當作備援架構，其中的 N = 1。在此例中，在正常操作下，每個電源供應器會以 50% 的能力運作，而當某個電源供應器故障時，另一個也可提供滿載功率。

除了並聯電源供應器來提高可用功率之外，也可將電源供應器串聯來提升 (圖 1 頂端的配置)。在此範例中，兩個電源供應器有相同的輸出電壓、V_O，串聯配置可提供 2V_O。由於傳遞到負載的電流並未改變，因此電壓會倍增，有效功率也會加倍。

圖 1 的兩種配置都含有 ORing 二極體，可隔離電源供應器的輸出。若其中一個電源供應器故障，ORing 二極體可保護系統，以免發生災難性故障。ORing 二極體的電流額定值應高於電源供應器的輸出電流額定值，崩潰電壓額定值應高於電源供應器的輸出電壓。

AC/DC 輸入考量

有幾個方法可將兩個以上的 AC/DC 電源供應器輸出連接起來，以提供額外功能，但連接兩個 AC/DC 轉換器的輸入以擴大輸入電壓範圍卻是不可行的。正因為如此，寬廣輸入 (亦稱為通用輸入) 範圍的 AC/DC 電源供應器逐漸受到歡迎。保險絲防護對於 AC/DC 電源供應器輸入來說也是重要考量 (圖 2)。

圖 2：一般來說，可使用單一輸入保險絲 (頂端)，但若輸入並未極化，則可在兩條輸入線路上都放置保險絲 (底部)。(圖片來源：RECOM Power)

一般建議使用時間延遲型 (亦稱為慢熔式) 保險絲。若 AC 輸入並未極化，可將保險絲連接到兩條輸入線路。單相 AC/DC 電源供應器的典型保險絲尺寸建議，針對低於 40 W 的輸出為 1.5 A，超過 40 W 但低於 60 W 的為 2 A，針對 60 W 以上的輸出則為 3 A。

若 AC/DC 電源供應器具有接地引腳 (FG)，則必須接地到安全的接地點。-V_OUT 輸出電壓可連接到 FG，將 +V_OUT 輸出參照到接地。設計人員應指定使用短且厚的互連元件，確保穩固連接，以進一步降低電磁干擾 (EMI) (圖 3)。

圖 3：輸出電壓可連接到接地，將輸出參照到接地。(圖片來源：RECOM Power)

3 W 適用於 IoT、IIoT 與家庭應用

針對需要 3 W 功率的 IoT、IIoT 與家庭應用設計人員，RECOM 有提供 RAC03E-K/277 AC/DC 電源供應器，可提供單通道嚴密穩壓的 12 VDC 輸出 (有提供 3.3 至 24 VDC 輸出的其他款式)。這些國際認證的電源供應器具有增強的寬廣輸入電壓範圍，介於 85 至 305 VAC 或 120 至 430 VDC，並且符合 ErP 待機功率要求。RAC03E-K/277 系列具有寬廣的工作溫度範圍，可在自然對流散熱以及 -30 至 +75°C 內提供完整輸出功率 (但 3.3 V 輸出款式除外，其完整功率條件最高達 +70°C) (圖 4)。

圖 4：RAC03E-K/277 系列具有寬廣的工作溫度範圍，可在 -30 至 +75°C 內提供完整輸出功率 (但 3.3 V 輸出款式除外，其完整功率條件最高達 +70°C)。(圖片來源：RECOM Power)

這些電源供應器的覆蓋區為 1.45 in x 0.95 in，並採用 15.4 mm 薄型設計。具有 4 kV 輸入對輸出隔離能力，因此非常適合全球應用，並且符合以下標準：

• UL/IEC/EN62368-1 認證
• CAN/CSA C22.2 No. 62368-1 認證
• EN60335-1 (審核中)
• EN62233 (審核中)
• IEC/EN61558-1/2-16 (審核中)
• EN55032/EN55035 合規

10 W 適用於製程自動化與智慧大樓

10 W 的 RAC10-05SK/277 5 VDC AC/DC 電源供應器具有 140% 峰值功率能力，可針對具有電感式高啟動電流或非線性負載的系統，支援其暫態功率需求，例如製程自動化與智慧大樓應用 (圖 5)。這些印刷電路板 (PCB) 安裝的 AC/DC 電源供應器通過國際安全認證，符合工業與家用標準。

圖 5：10 W RAC10-05SK/277 AC/DC 電源供應器通過國際安全認證，符合工業與家用標準。(圖片來源：RECOM Power)

10 W 款式提供 3.3 至 24 VDC 單輸出電壓，也有雙輸出款式，可提供 ±12 或 ±15 VDC。這些電源供應器符合 IEC62477-1 電源供應器過壓類別 III (OVC III) 規定，適合固定設備用的工業系統，也適合設備在可靠度與可用性上有特別要求的情況。這些設備中的電源供應器通常具有永久固線式連接，連接到 AC 配電盤。如上述 3 W RAC03E-K/277，這些 AC/DC 電源供應器具有寬廣的輸入電壓範圍，介於 85 至 305 VAC 或 120 至 430 VDC。

20 W 電源供應器具有超低空載功率

IoT 與智慧裝置的設計人員可享受 20 W RAC20-K 系列 AC/DC 模組帶來的優勢。舉例來說，RAC20-48SK 可輸出 48 VDC，且在全時啟動及待機模式應用中僅有 40 mW 的空載功耗。這些電源供應器符合 ErP Lot 6 待機模式要求。具有 85 至 264 VAC 的寬廣輸入範圍，並可選用超寬廣的輸入範圍，介於 85 至 305 VAC 或 120 至 370 VDC。這些電源供應器的改良款式符合 IEC62477-1 電源供應器 OVC III 規定。這些 PCB 安裝的電源供應器提供 5 至 48 VDC 單輸出電壓，也有雙輸出款式，可提供 ±12 或 ±15 VDC。這些電源供應器可在輕度負載至滿載下提供高效率，如 RAC20-05SK 5 V 款式的示意圖所示 (圖 6)。

圖 6：RAC20-05SK (5 V 輸出款式) 的效率與輸出負載關係圖指出從輕度負載到滿載都具有高效率。(圖片來源：RECOM Power)

RAC20-48SK AC/DC 電源供應器符合 EN 55022 Class B 傳導輻射要求，無需任何額外濾波。工作溫度範圍介於 -40°C 至 +85°C，並通過國際安全認證，適合工業、影音與資訊科技設備，包括以下標準 (針對超寬廣輸入款式，* 係指審核中)：

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

從單輸出變雙輸出

如上所述，3 W RAC03E-K/277 僅提供單輸出設計。10 W RAC10-05SK/277 與 20 W RAC20-48SK AC/DC 電源供應器 則有提供單輸出與雙輸出。但雙輸出配置僅限於 ±12 或 ±15 VDC。在某些應用中，可能會需要不同的輸出電壓組合。在這些情況下，設計人員可將單輸出 AC/DC 電源供應器配對較低功率的 DC/DC 轉換器或切換式變壓器，即可提供輔助輸出電壓或負輸出電軌 (圖 7)。

圖 7：切換式穩壓器 (頂端的 R-78xx) 或 DC/DC 轉換器 (底部) 可搭配 AC/DC 電源供應器，即可產生輔助輸出電壓 (頂端) 或負電壓電軌 (底部)。(圖片來源：RECOM Power)

更多 EMI 濾波器

本文探討的 RECOM RAC 系列 AC/DC 電源供應器都具有內建線路濾波器，符合 EN 55022 Class B 傳導輻射規定。在更高要求的應用中，可能需要額外的濾波。若添加外接濾波器，則應採用中央星狀接地接線拓撲，外接濾波器與轉換器之間的纜線則應盡可能縮短 (圖 8)。

圖 8：RECOM 的 RAC AC/DC 電源供應器符合 EN 55022 Class B 傳導輻射標準。若有需要，可添加外接濾波器。(圖片來源：RECOM Power)

結論

即便低功率的板式安裝 AC/DC 電源需求持續增長，但仍然屬於複雜的系統。若設計人員未充分理解電源供應器設計、測試與法規要求的細節，從頭開始設計會相當耗時，並且會增添成本、延遲設計排程，甚至耗用更多的板空間。

在許多情況下，更好的作法是從諸多現成、小巧的板式安裝 AC/DC 電源供應器中挑選。如本文所述，這些產品提供多種輸入電壓範圍，並可接受 AC 或 DC 輸入。除此之外，也有可能已經通過相關國際效能標準以及法規的認證。

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1. IoT 和 IIoT 電源的挑選與使用指南