工程界有很多陈词滥调，其中之一就是电力永远是最不需要考虑的事情。正如大多数陈词滥调一样，这里面有一个真实的因素。
作者：Ron Stull，电力系统工程师，美国CUI公司
 
新产品特性往往会直接影响所需的总功率，这可能意味着增加dc-dc转换器的容量或增加整个设计中分布的稳压器数量。最终，功能蠕变（feature-creep）也将对主要电源提出更高的要求。
负责设计电源子系统的工程师需要确保主要电源（除非设备仅由原电池供电，否则可能从交流电源插座开始）能够满足需求。这反过来意味着需要一个ac-dc转换器，然后问题就变成了，该转换器是设计内部的，还是外部的？
每种选择都有优点。内部转换器将构成整体设计的一部分，这可能会降低安全要求，并可能（但不一定）降低总成本。另一方面，外部转换器在所需总功率方面提供了更大的自由度。如果指定了外部电源适配器，则该适配器输出的任何后续增加都不会对产品的其余部分产生任何设计影响。例如，将适配器的功率输出增加20%可能会对内部适配器的大小产生相应的影响，并触发对热管理数据的重新评估。但是，可以在不影响主要产品的其他设计参数的大小、形状的情况下更改外部适配器。
此外，如果主要产品使用二次电池，那么外部适配器几乎肯定是理想的选择，因为它允许产品包装的设计不考虑ac-dc转换所需组件的尺寸、重量和成本。对于现代电子设备，与所使用的高度集成组件相比，适配器所需的空间可能相当大；例如，我们不希望在平板电脑中看到ac-dc适配器。甚至大多数笔记本电脑现在都使用外部电源适配器，而不是支持ac电源。
ac-dc适配器对设计的要求永远不能忽视，但如果您选择使用外部适配器，它们也不必成为限制。假设外部适配器是下一个产品的正确选项，您仍然需要根据各种考虑因素做出许多设计决策，如下所述。
 
安全第一
在大多数情况下，外部适配器将向被供电设备提供单dc电压，从而使主电源电压进一步降低并分布在产品的子系统中。该主dc电压必须在单个接口中提供足够的电源，以供应整个产品，因此需要考虑使用的连接器类型。
外部适配器中广泛使用多种连接器类型。在低功耗便携式设备（如智能手机和平板电脑）中，USB接口已变得无处不在。带Type C连接器（现在简称为USB-C）的USB 3.x的出现将进一步扩大这一范围，因为如果实现了本规范的电源传输部分，现在可以在20V dc下提供高达100W的电源。除此之外，久负盛名的桶形插头仍然很受欢迎，D形多针连接器也经常出现在需要更高功率的电子设备的电源适配器上。


图1：为外部电源适配器选择合适的插头时有很多选择（来源：CUI）
 
布线的选择与所用插头的类型相称。同样，功率要求将在一定程度上决定这一点，在电线规格，但也有安全方面考虑，可能适用于电缆长度和其他功能。如果用户希望与连接器进行互操作，例如通过可选适配器更改其尺寸或样式，这也可能会影响安全认证。
由于ac电源具有潜在的危险性，适配器自然需要经过认证和标记，以表明符合要求，至少如果要在世界上大多数地区投入使用，适配器是这样做的。虽然有一些动机使这些要求具有普遍性，但许多地区仍然保留自己的要求。在这方面，区域之间有些特征是共同的，但也需要观察所有的差异。重要的是，有些应用有自己的附加要求，如医疗器械。在设计开始之前，制造商可能会知道适配器是否必须符合这些规范，这取决于应用类型和将放置适配器的国家/地区。如果有任何困惑，最好咨询这方面的专家，如CUI。
另一个相关的设计要求是电磁干扰和兼容性。满足EMI和EMC标准在很大程度上也是一项区域性要求，通常，测试是真正确定是否满足这些要求的唯一方法。在许多情况下，可能需要在某些频率下应用某种形式的滤波以降低排放；铁氧体磁珠可能是这里最常用的解决方案。同样，像CUI这样的专家可以帮助制造商满足这些必要的要求。
 
区域要求
电源的许多方面现在都受到立法的约束，包括适配器，无论是内部的还是外部的。当然，如果它是外部的，那么这些数字将只适用于适配器本身，而如果它是内部的，那么这些数字可能适用于整个产品。这可能看起来很迂腐，但实际上是相关的，因为提供高水平效率的适配器不应该受到产品其他部分可能存在的低效率的影响。
例如，许多产品的空载功耗必须符合许多国家和州目前普遍采用的效率标准。在美国，有必要遵守能源部的六级标准（历史上基于2004年发布的加州能源委员会第一个能源标准）。该标准现在适用于整个美国，规定了外部电源适配器的效率以及它可以消耗多少备用电源。例如，在功率水平超过250W的情况下提供单个直流电压的外部电源适配器必须至少有87%的效率，并且在空载条件下的功耗小于0.5W。CUI深入了解了许多世界能源标准，以及它们如何应用于外部电源适配器。可以这么说，如果电源适配器不符合要求，就不能投入使用。如果电源符合要求，但它位于不符合要求的产品中，则重新设计电源不太可能有帮助。另一方面，拥有符合要求的外部电源适配器设计将允许制造商将该适配器设计用于广泛的自有产品，甚至将其作为售后服务选项出售。
 

图2：效率标准及其随时间的演变（来源：CUI）
 
需要考虑的其他设计方面包括用于连接到AC插座的插头类型。显然，这里存在区域差异，但设计经认证可跨多个区域工作的外部适配器越来越常见。事实上，选择外部适配器的主要优点之一是，它还使主要产品实际上具有通用性。
在这方面，重要的是要考虑适配器是否直接插入插座或使用ac输入线。这一决定可能取决于两件事；产品美学和电源要求。需要提供比USB-C提供的100W更大功率的适配器可能会选择交流电源线版本，这再次为可拆卸导线提供了机会，以处理区域自适应。
适配器的总体尺寸也可能是一个考虑因素。如果是，考虑使用最新的半导体技术，如氮化镓（GaN），这可能是一个好主意，它提供更高的开关效率。这种开关效率导致更好的热性能，并允许增加开关频率，因此，支持增加功率密度。简单地说，更高的效率意味着更小的整体封装尺寸。这对于便携式设备所需的外部电源适配器非常重要，对于必须在桌子下、设备后面或融入周围环境中处理笨重大型适配器的最终用户来说，这可能是一种改进。
 
让它成为你自己的东西
如前所述，完全可以将外部电源适配器作为制造商自身内部电源的替代品供应到市场中。将自己的外部电源的设计和制造外包给CUI这样的专家也很有意义。他们有多种选项可供定制外部电源适配器，以匹配您产品的总体设计。在这种情况下，能够像在自己的工厂中生产一样给适配器打上品牌是一个明显的优势。这只是CUI提供的附加服务之一。
 

图3：外部适配器的品牌化使其成为您价值主张的一部分（来源：CUI）
 
我们不应该忘记，最终，适配器需要能够为其供电的设备提供正确的电压和电流水平，这让我们回到了电源始终是最后一件要设计的东西的前提。对于一个设计团队来说，不知道一个产品需要多少电力是很常见的。如果ac-dc适配器是内部的，这可能会带来设计挑战，但如果尽早决定将适配器外部化，工程师就可以将精力集中在产品本身的特性和功能上。CUI可以通过设计和制造外部电源适配器，提供所需的电压和电流水平，完全符合国际安全和效率要求，以客户自己的风格打上品牌，并配备他们选择的连接器，从而真正提供帮助。
 
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