Memilih catu daya eksternal

Memilih catu daya AC/DC bisa menjadi tugas yang menakutkan. Apakah harus internal atau eksternal? Apakah akan sesuai jika produk saya dikirim ke wilayah lain di dunia? Apakah produk medis saya memerlukan catu daya yang sesuai dengan standar keselamatan medis? Ini hanyalah beberapa pertanyaan yang mungkin diajukan para insinyur saat mereka memfokuskan upaya mereka pada aspek catu daya dari desain produk baru mereka.

Menentukan Jenis Catu Daya Yang Dibutuhkan

Keputusan untuk memilih catu daya eksternal AC/DC mungkin tergantung pada batasan ruang praktis di dalam produk. Tergantung pada kebutuhan daya, catu daya internal dapat menempati ruang yang berharga, membuat produk akhir tidak perlu lebih besar daripada yang dibutuhkan dibandingkan dengan desain lain di pasar. Jejak yang ditempati suatu produk merupakan pertimbangan penting bagi banyak konsumen, terutama ketika produk itu berada di atas meja atau di samping sistem media. Memilih catu daya eksternal, apakah catu daya desktop atau unit steker dinding (Gambar 1), dapat menjadi pilihan yang bijaksana karena beberapa alasan praktis karena produk akhir tetap sekecil mungkin.

Gambar 1:Rangkaian produk SWI CUI menawarkan solusi yang ringkas, efisien, dan ekonomis untuk adaptor dinding ac-dc (Sumber CUI)

Unit steker dinding cenderung sesuai dengan produk yang membutuhkan suplai DC dari hanya beberapa watt hingga sekitar 50 Watt. Lebih dari ini akan membutuhkan unit desktop (Gambar 2).

Gambar 2:SDI160G-U dan SDI160G-UD menawarkan daya berkelanjutan 160 Watt dan mematuhi persyaratan UL/EN/IEC 62368-1 (Sumber CUI)

Untuk kenyamanan, banyak desainer memilih untuk memberi daya pada produk mereka dari suplai 5 VDC standar, jadi memilih unit steker dinding yang memiliki soket USB-A standar membuat pilihan sederhana untuk produk yang menggambar hingga 2 Amps. Demikian juga, merancang produk Anda untuk bekerja dari tegangan nominal populer 12 VDC, 15 VDC, atau 24 VDC memudahkan pemilihan karena sebagian besar produsen menyediakan unit standar untuk tegangan ini. Juga, jenis soket input daya apa yang ingin Anda gunakan dalam produk Anda? Apakah tersedia sebagai standar atau dengan biaya tambahan dari produsen catu daya? Jangan lupa untuk memeriksa persyaratan daya puncak desain Anda, karena itu akan menentukan adaptor yang perlu Anda pilih. Memilih untuk menggunakan unit yang tidak menawarkan daya keluaran puncak yang cukup, terutama yang memiliki beban induktif seperti motor dapat mengakibatkan catu daya terlalu panas, menyebabkan tegangan komponen yang tidak perlu dan menurunkan keandalan produk. 

Bandingkan Persyaratan Anda Dengan Spesifikasi Lembar Data

Pastikan untuk mempelajari lembar data catu daya potensial dengan cermat, karena beberapa faktor mungkin tidak begitu terlihat seperti tegangan keluaran dan peringkat arus.

Banyak catu daya steker dinding memberikan output DC yang mengambang sehubungan dengan ground. Disebut Kelas II, suplai ini tidak menyediakan akses ke koneksi ground pelindung, Anda memerlukan suplai Kelas I untuk itu, dan ini cenderung berupa unit desktop.

Spesifikasi lain yang perlu diperiksa pada lembar data termasuk regulasi jalur, riak dan kebisingan, fitur perlindungan, dan persetujuan.

Regulasi memberikan ukuran seberapa dekat catu daya dapat mempertahankan tegangan outputnya terhadap output nominal yang dinyatakan. Regulasi yang memadai mungkin +/- 10%, tetapi jika aplikasi Anda sensitif terhadap perubahan input tegangan, fitur ini perlu dipertimbangkan lebih lanjut. Untuk output 12 VDC nominal, regulasi +/- 10% berarti tegangan output dapat berkisar dari 10,8 VDC hingga 13,2 VDC. Riak dan kebisingan biasanya akan ada pada output DC, dan sekali lagi, sirkuit tertanam yang sensitif mungkin rentan terhadap kebisingan yang berlebihan pada saluran listrik. Penggunaan komponen pemfilteran tambahan dapat membantu, tetapi perlu diingat bahwa komponen tersebut akan menambah tagihan biaya material Anda dan akan menempati ruang PCB yang berharga.

Sambil melihat spesifikasi kelistrikan, periksa untuk melihat jenis fitur perlindungan apa yang dimiliki catu daya sebagai standar. Output over voltage, output over current, dan over temperature adalah perlindungan yang populer, tetapi jika produk Anda dapat berfungsi tidak menentu jika tegangan input turun di bawah tegangan yang diberikan, persyaratan penguncian tegangan di bawah mungkin juga penting.

Standar Keselamatan dan Efisiensi Energi

Persetujuan catu daya menggabungkan aspek keselamatan, efisiensi energi, dan kompatibilitas elektromagnetik. Semua standar berikut berlaku tidak hanya untuk unit catu daya tetapi juga produk yang terhubung dengannya secara keseluruhan. Standar internal IEC-62368 menetapkan faktor keamanan seperti arus bocor maksimum yang diizinkan dan tegangan isolasi input ke output untuk peralatan komersial, IT, dan AV. Gambar 3 mengilustrasikan potensi bahaya keselamatan dan persyaratan pengujian isolasi. Isolasi mencegah tegangan saluran AC yang mematikan diteruskan ke output DC.

Gambar 3:Persyaratan uji isolasi untuk adaptor daya AC/DC (CUI sumber)

IEC-62368 akan menjadi undang-undang pada bulan Desember 2020, yang telah ditentukan sebelumnya oleh dua standar IEC-60950 (sistem TI) dan IEC-60065 (peralatan AV). Standar keselamatan ini juga menetapkan jarak minimum yang berkaitan dengan tegangan tegangan dalam catu daya yang ditentukan dalam hal rambat (jalur permukaan antara dua titik) dan jarak bebas (jarak celah udara langsung). Setiap catu daya yang digunakan untuk menyalakan peralatan medis yang berpotensi menghubungi pasien, seperti monitor tekanan darah, peralatan diagnostik, atau oksimeter harus sesuai dengan IEC 60601-1 edisi ke-4.

Efisiensi energi merupakan aspek penting dari setiap catu daya. Standar Ecodesign Eropa 2019/1782 dan Departemen Energi AS Level VI menetapkan persyaratan efisiensi aktif rata-rata minimum; rata-rata efisiensi diukur pada beban 25%, 50%, 75%, dan 100%. Ecodesign lebih lanjut memerlukan dokumentasi efisiensi pada 10% dari beban penuh. Lihat Gambar 4 untuk evolusi garis waktu standar efisiensi energi. Ini juga memiliki batasan khusus pada konsumsi energi saat tidak ada beban, atau produk akhir dalam keadaan siaga.

klik untuk gambar ukuran penuh

Gambar 4:Garis waktu standar efisiensi energi (Sumber CUI)

Efisiensi energi baru-baru ini diuntungkan dari kemajuan teknologi proses semikonduktor, dengan silikon karbida (SiC), dan Gallium Nitrida (GaN) terbukti sangat cocok untuk aplikasi konversi daya.

Aspek terakhir dari persetujuan mencakup seberapa rentan catu daya terhadap efek inferensi elektromagnetik eksternal dan juga jika catu daya itu sendiri menghasilkan EMI di atas tingkat yang dapat diterima. Standar FCC Bagian 15 Kelas B, CISPR 32, dan IEC 61204-3 berlaku.

Pemilihan adaptor catu daya eksternal tidak perlu menjadi tugas yang salah. Tinjauan menyeluruh tentang persyaratan catu daya dan perbandingan fitur lembar data yang cermat dapat menyederhanakan proyek secara signifikan.