具有集成MOSFET的離線反激式脈沖寬度調制(PWM)是電源系統設計中不可或缺的一部分。除非完成系統的所有其他部件也能完成其工作,否則半導體器件將無法滿足設計要求。變壓器是一個重要的組成部分,通常被視為別人的問題。對于能夠負擔得起專業磁性專家的公司來說,這可能是正確的,但這種情況通常不存在,而且工作只是另一位工程師的責任。設計正確的變壓器需要考慮以下六個方面:
安全標準
設計要求
IC選擇
如何制造可制造性
如何驗證他們是否具有良好的設計
確保良好的性能平衡成本
本文將總結有關電源和變壓器設計的六大安全標準和途徑。
在設計離線反激式電源時,將IC與其他組件集成可能會非常困難。正確地集成變壓器不僅僅是找到與應用輸入和輸出匹配的匝數比。許多客戶可能會想,“我認為反激式變壓器只是將能量傳遞到安全隔離屏障。我想還有更多需要了解的內容。“在與變壓器制造商合作時,不了解安全標準通常意味著需要的迭代次數超過必要時間。不了解安全標準會導致合格實驗室出現意外的不合格事故,并在批量生產之前將產品送回設計階段而非資格認證。
了解控制變壓器設計和制造的要求將縮短設計周期在Power Supply WebDesigner(PSW)中使用Fairchild部件的成品。了解產品定義或設計定義期間所需的安全標準將確保不必要的設計迭代和成本。下面討論的是業界用于定義離線變壓器安全要求的最常用標準。有一家公司非常熟悉這些標準,并且通常知道設計試圖滿足哪種標準,絕緣類型足以在第一時間獲得所需的部件。
使用哪種變壓器安全標準并不總是那么清楚為電子設計師。通常,產品要滿足的標準基于要設計的設備類型和設備所針對的市場。公司內的產品營銷和安全工程師最適合選擇適用的標準。為了使搜索更容易,電子制造商提到的適用于他們設備的一些更常見的標準是下面列出。該列表試圖從標準本身中獲取這些標準的范圍和簡要描述。雖然這些描述是直接從標準中提取的,但為了便于閱讀,它們已被刪節,并且不以任何方式替代實際標準。這里的好處是編譯用于一個文檔的最典型標準的范圍,以便輕松識別可能適用的標準。從那里,可以購買標準進行進一步審查。
標準
本標準規定了A,B,C類計量設備的一般要求。該歐洲標準的范圍適用于用于住宅,商業和輕工業用途的新制造的電能表,用于50 Hz電網。
該標準適用于室內和室外的機電或靜態電能表。戶外應用。該標準也適用于有功電能計量部分,而不適用于其他功能元件,如最大需求指示器,電子資費寄存器,時間開關,紋波控制接收器,數據通信接口等,它們都包含在儀表外殼中。
EN 60935用于抑制電磁干擾的固定電感器
本標準適用于電子或電氣設備和機器的電磁干擾抑制用電感器,僅限于適合進行安全測試的電感器。本標準范圍內的電感器也可用于防止來自電源或設備其他部件的電噪聲和電壓或電流瞬變。
EN 61347-2-13 LED模塊燈控制用于交流和直流應用的齒輪
本標準適用于設計用于在SEL提供恒定電壓或電流的LED控制模塊V或SELV等效或更高電壓。如所定義的,燈控制模塊是電源和燈之間的一個或多個部件,其可用于轉換電源電壓,將燈的電流限制到所需值,提供啟動電壓和預熱電流,防止冷啟動,正確功率因素或降低射頻。
根據標準的規定,燈控制模塊的設計和構造應使其在正常使用時能夠在不對用戶或周圍環境造成危險的情況下運行。如果不使用防止電擊的燈具外殼,必須充分保護它們,防止意外接觸帶電部件。
IEC 60335-1家用和類似用途電器的安全性
標準涉及家用和類似用途的電器的安全性,單相電器的額定電壓不超過250 V,其他電器的額定電壓不超過480 V.此標準也適用于電池供電的電器和其他直流電器。其他不適合普通家庭使用但可能對公眾造成危險的設備,例如商店,輕工業和農場的外行人使用的器具,都屬于本標準的范圍。這類器具的例子是餐飲設備,商業用清潔器具和理發器用器具。此外,本標準還涉及家庭內部和周圍遇到的器具所帶來的常見危害,但沒有考慮兒童和家用電器。有身體,感官或精神殘疾的人;或缺乏經驗和知識,無法在沒有監督或指導的情況下安全地使用本產品;例如兒童玩耍器具。
請注意,對于打算用于車輛或船上或飛機上的器具,可能需要額外的要求;在許多國家,國家衛生當局,負責勞動保護的國家主管部門,國家供水當局和類似機構都規定了額外的要求。
本標準不適用于:
家電
旨在用于特殊情況的場所的器具,例如存在腐蝕性或爆炸性氣體(灰塵,蒸氣或氣體)
醫療用途器具(IEC 60601)
手持式電動工具(IEC 60745)
個人電腦和類似設備(IEC 60950-1)
可移動電動工具(IEC 61029)
IEC/EN/UL 60601-1醫療電氣設備點擊本標準適用于必須具有兩種保護手段的醫療設備,為操作者和患者提供基本安全。這通常通過提供基本絕緣(一種保護措施)和將可觸及的導電部件/電路連接到地或通過提供雙重或加強絕緣(兩種保護措施)來實現。
IEC 61558-2-16安全用于開關電源單元和用于開關電源單元的變壓器
本標準特別適用于變壓器,電抗器,電源單元和類似產品的安全性,電源電壓高達1,100 V包括開關電源單元和開關電源單元變壓器的特殊要求和測試。
它規定變壓器應封閉并提供足夠的保護,防止接觸危險帶電部件。帶電部件不是危險的帶電部件,如果它們通過雙重或加強絕緣與電源分開,并且電壓不超過35 VAC峰值或60 V無紋波DC;或觸摸電流不超過0.7 mAAC或2.0 mADC。
I類變壓器必須至少通過基本絕緣與危險帶電部件的可接觸性分離。
II類變壓器必須與危險帶電部件的可接觸性分開或者加強絕緣。
IEC 60950-1信息技術設備安全
本標準適用于交流或電池供電的信息技術設備,包括電信,電子商務設備和相關設備,額定電壓不超過600 V.美國和歐洲的其他標準均指IEC60950-1,因為它是與Underwriters Laboratories的統一標準。
如標準中所定義,它也適用于此類信息技術設備:
設計用作電信終端設備和電信網絡基礎設施,無論其來源如何電源;
設計并打算直接連接到或用作電纜分配系統中的基礎設施設備,無論電源如何;
設計用于交流電網供電作為通信傳輸介質(見第6節注釋4和第7節注釋3)。
特別是,該標準規定了旨在降低火災,電擊或傷害風險的要求。操作員和外行人可能會接觸到設備,并在具體說明的情況下接觸服務人員。該標準還旨在降低已安裝設備的風險,無論是由互連單元系統還是獨立單元組成,還要按照制造商規定的方式安裝,操作和維護設備。本標準中列出的設備屬于以下范圍:
UL1310 Class 2 Power Units標準
本標準適用于室內和室外使用2個電源和電池充電器。這些電源使用隔離變壓器,并且可以包含組件以提供交流或直流輸出。每個輸出根據美國國家電氣規范ANSI/NFPA 70提供2類功率電平。交流電最大輸出電壓不得超過42.4 V,連續直流電壓不得超過60 V.這些產品主要用于為低壓電動設備提供電源。在任何可能的裝載條件下,這些產品的功率水平不得超過660 W。
本標準僅部分涵蓋或根本不涵蓋的產品包括但不一定限于下列產品。
用于啟動發動機的起動電機的電池充電器。這些類型包含在充電發動機 - 啟動電池的電池充電器標準UL1236中。
雖然這些要求涵蓋了本標準中定義的用于玩具的2類產品,但玩具產品也應如此符合玩具標準,UL697。
這些要求不包括用于為輪椅或類似移動輔助設備所用電池充電的電池充電器,這些電池符合2類以外的動力裝置標準UL1012 。
低壓變壓器標準 - 第1部分:通用要求,UL 5085-1和低壓變壓器標準 - 第3部分:第2類和第3類不包括整流器產品變壓器,UL5085-3。
僅由直流電源供電的產品,適用于陸地車輛和海洋工藝的電源轉換器/逆變器和電源轉換器/逆變器系統,UL 458或其他適用于預期應用的要求
低壓景觀照明系統標準UL 1838涵蓋了用于提供低壓景觀照明的產品。
絕緣類型點擊除了確定應用將使用哪種安全標準外,還需要確定應用的接地方法以及電源外殼的絕緣水平。標準中定義的典型絕緣類型包括但不限于下面列出的類型。
功能:確保僅操作設備且無保護級別
基本:提供單層
強化:離線最常見,滿足兩層保護需求
雖然并非所有標準都定義了絕緣等級,即UL1310沒有,所有標準都要求滿足一定的介電耐壓。雖然介電耐壓足以用于功能絕緣設計,但對于基本或增強是不夠的 - 必須考慮其他變壓器設計。
工作電壓用于定義變壓器如何構建以滿足標準。通常,這是離線電源的電源輸入電壓。其他電源(例如電池平衡應用)可以具有包括輸入的高(單元)電壓。出于安全考慮,這將影響工作電壓。
確定符合標準和絕緣類型是合規設計所需的一半。另一半涉及硬件設計,特別是標準的隔離變壓器。這就是Wurth Electronics Midcom在該行業中的經驗所具有的巨大價值。如果標準是本文中列出的標準,Wurth Electronics Midcom已經多年來一直在設計該標準,并且理解如何設計和構建符合要求的磁性元件。
如果最終確定不同的標準適用, Wurth Electronics Midcom仍然可以提供幫助。該公司知識淵博的設計和安全工程師將能夠確定該標準如何應用于隔離屏上的磁性,即使他們過去沒有使用過該特定標準。無論哪種方式,當需要隔離產品時,聯系Wurth Electronics Midcom以獲得任何磁性需求是一個很好的起點。
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