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如何使用可插拔交流“刀片”解决全球壁挂式电源困境

来源:
2023-03-27
类别:电源管理
eye 41
文章创建人 拍明芯城

  比尔·施韦伯报道

  许多技术标准现在已在全球范围内统一或协调,遍及全球大片地区。例如,IEC 和相关 UL 标准定义了消费品所需的安全要求。医疗器械也存在类似的一致标准。即使是必须满足许多安全和性能标准的基本 AC/DC 电源也足够统一,因此单一电源型号可以在全球范围内销售。

  然而,有一个领域不存在如此高度的通用性,也不存在:将小型消费产品和医疗单元连接到壁挂式 AC/DC 适配器/电源的物理交流线路电源插头插座。由于历史原因,许多国家(有时甚至是一个国家内的地区)都有自己喜欢的插头排列,在行业中称为“刀片”。

  因此,小型低瓦数(<10 瓦)壁挂式电源装置的供应商必须库存和供应除刀片外的相同动力装置。这使供应链复杂化,增加了成本,并增加了不可用的风险。另一种选择是使用带有可更换电源线的所谓桌面设备而不是壁挂式电源,但这会增加成本和不便。

  本文将探讨针对这个看似温和但令人沮丧的问题的创新解决方案。 环球科技股份有限公司 提供带有可互换、用户可更换刀片的壁挂式 AC/DC 电源,以及可改装的台式设备,允许 OEM 或最终用户定制电源插头以满足本地配置要求。这种创新设计适用于分立电源线(永久或可拆卸)不是理想或不实用选择的电源。

  这是一个统一的世界——或者可能不是

  尽管全球技术和经济在很大程度上是统一的,但全球范围内有数十种标准刀片布置(非正式地通常称为插头及其插座)用于基本交流线路(图 1)。有些是广泛标准化的,例如北美的两叶和三叶插头,而另一些则范围非常有限。

  

许多插头和插座刀片排列中的一些图像


  图 1:显示的是全球使用的众多即插即插式刀片配置中的一些。(图片来源:装备巡逻队)

  这种刀片配置多样性的原因各不相同。在某些情况下,这是当地电力供应商或电器制造商试图对连接进行某种控制的结果,无论是为了一致性还是市场锁定。此外,许多早期的电力系统(电源和相关电网)是高度本地化的,只服务于一个小区域,因此不需要通用性。

  重要的不仅仅是叶片的布置,刀片尺寸也是因素。在某些情况下,刀片配置之间的差异非常小,肉眼几乎看不见。例如,北美NEMA 5-15插头和日本JIS C 8303插头看起来相同,但存在一些关键差异。虽然刀片的宽度相似,但刀片长度不同(图2)。

  

标准北美NEMA 5-15和日本JIS C 8303三脚插头的图像


  图 2:标准的北美 NEMA 5-15 和日本 JIS C 8303 三脚插头非常相似,但尺寸略有不同。(图片来源: 英特博公司)

  这种多样性给交流供电系统及其电源连接和适配器的供应商带来了严峻的挑战。对于系统,常见的解决方案是将带有可拆卸交流电源线的设备与机箱或机箱上的标准国际 IEC 60320 C14 插座(图 3)(正式称为电源接入模块或 PEM)配接,然后将相应的电源线与设备一起运送(或者最终用户可以在当地购买)。

  

IEC 60320 C14 插座的图像


  图 3:IEC 60320 C14 插座广泛用于机箱,并与一端具有合适交流线路插头的电源线配接,机箱端具有匹配的连接器。(图片来源:英特动力公司)

  对于笔记本电脑和 PC 等设备,还可以使用带有 IEC 60320 C5 插头的电源线和交流电源适配器上匹配的机箱安装式 IEC 60320 C6 插座(图 4)。(请注意,即使在国际上,由于其形状,这通常也被称为“米老鼠”连接器 - 没有不尊重的意思!

  

IEC 60320 C5 插头和匹配的 IEC 60320 C6 插座的图像


  图 4:用于国际可拆卸交流电源线(例如交流电源适配器)的另一个常见连接器是 IEC 60320 C5 插头(左)和匹配的 IEC 60320 C6 插座(中);由于其横截面形状,这种连接器通常被称为“米老鼠”连接器(右)。(图片来源:左边和中间,数字插头和插座博物馆;中间,维基百科)

  或者,最终用户可以使用那些无处不在的“国际旅行者”套件中的可拆卸适配器。然而,这些通常质量较低,笨拙,笨重,并且对于严重使用来说总体上令人讨厌(图5)。

  

通用适配器套件的图像


  图 5:这些通用适配器套件可能对旅行有用,但通常不适用于大多数电源插头刀片适配器情况。(图片来源:CNN)

  但是,对于直接插入交流插座的小型低功耗交流适配器(通常称为壁挂式适配器),这些解决方案都不是可行或有吸引力的选择。因此,这里需要一些创新。

  更好的方法:可更换刀片

  与其尝试为每个刀片式服务器配置提供不同的壁挂式 AC/DC 适配器,或者求助于具有用户可更换交流电源线的更昂贵的非壁挂式适配器,不如保留适配器,而是提供易于更换的刀片式适配器(图 6)。

  

用户可更换刀片组件的图像


  图 6:通过提供用户可更换的刀片组件,可以轻松配置单个壁挂式电源单元,以与全球许多交流电源插座配合使用。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  这使得供应商可以携带更少的不同产品,因为他们只需要向给定区域提供适当的刀片 - 更小,更轻,被动的附件。使用可拆卸刀片不会影响机械或电气完整性。所有带有可拆卸刀片的装置均符合所有相关的全球和区域性能、安全性、效率和功能法规标准。

  此外,还提供符合 I 类或 II 类标准的装置。在 I 类电源中,用户通过至少一层基本绝缘层和接地导电机箱免受危险输入电压水平的影响。所有 I 类电源都必须将安全接地连接到电源中的导电机箱。

  相比之下,II 类电源通过至少一层基本绝缘层以及一层补充绝缘层或一层增强绝缘层来保护用户免受危险输入电压水平的影响。由于这种双重或加强绝缘,IEC II 类电源不需要具有安全接地导体连接 - 连接器上的第三个插脚。

  一个例子是 WR9QD666KRPNG2309(R)、带多刀片输入的 9 伏、6 瓦交流/直流外壁挂式适配器;该装置随附一个刀片。该 I 类单元的尺寸约为 65 × 42 × 31 毫米 (mm),在 183 厘米 (cm) 标准直流输出电缆的末端配备了 3.5 × 1.3 × 12.0 mm 母套管连接器(其他连接器/长度可作为可选订单提供)(图 7)。

  

GlobTek WR9QD666KRPNG2309(R) I 类壁挂式适配器示意图


  图 7:WR9QD666KRPNG2309(R) 是一款 I 类壁挂式适配器,采用小巧高效的封装,可提供 9 伏电压、高达 6 瓦的功率。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  对于 II 类应用, WR9QE500CCPNAIMR6B AC/DC 外部壁挂式适配器提供 12 伏电压,功率高达 6 瓦/0.5 安培 (A)(图 8)。作为 II 类设备,它只需要交流连接器上的两个刀片。标准 DC 输出电缆是一根 1200 mm 长的电缆,带有 5.5 × 2.1 × 11 mm 母套管连接器(图 8)。

  

图片 GlobTek WR9QE500CCPNAIMR6B 交流/直流外墙挂式适配器


  图 8:WR9QE500CCPNAIMR6B 交流/直流外置式适配器的等级为 II 类,因此不需要第三个接地刀片。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  对于 USB 和低功耗 II 类应用, WR9QA1200USBNMEDRVB 适配器可提供高达 6 瓦的 5 伏电压。与带有直流输出电缆和连接器的墙上适配器不同,此型号具有“A”型 USB 插孔(图 9)。

  

GlobTek WR9QA1200USBNMEDRVB 适配器的图像


  图 9:5 伏/6 瓦 WR9QA1200USBNMEDRVB 适配器具有 A 型 USB 连接器,而不是直流输出电缆和连接器。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  可更换刀片与众不同

  GlobTek 提供多种可拆卸/可更换刀片,以解决支持全球交流插头配置的复杂性(图 10)。

  

GlobTek提供的刀片图像


  图 10:GlobTek 提供的一些刀片式服务器显示了提供“通用”供应以实现全球兼容性的挑战。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  仔细观察两个广泛使用的刀片,可以发现可拆卸刀片组件的简单性。这 R-NA-3 可更换刀片 T3-NA 和 R-NA-2(R) 可更换刀片 T2-NA 组件分别在北美用于 I 类和 II 类应用(图 11)。

  

I 类(左)和 II 类(右)刀片组件的图像


  图 11:北美的刀片组件包括 I 类(左)和 II 类(右)版本。(图片来源:GlobTek, Inc.)

  安装或更换刀片组件非常简单,无需工具。对于拆卸,假设已经有一个刀片组件,则使用拇指或手指向下推动并按住弹簧加载的锁定钥匙。然后,在按住锁定销的同时,用户拉动交流刀片将其卸下。所需的交流刀片组件只需滑入,直到发出咔嗒声。

  结论

  对于供应商或最终用户来说,支持全球范围内使用的许多交流插头刀片配置可能会令人沮丧和具有挑战性。对于没有可拆卸电源线的小型壁挂式 AC/DC 适配器尤其如此。提供一组多样化的刀片以与各种区域设置兼容是一个持续、复杂且代价高昂的难题。为了克服这一困境,GlobTek 提供了广泛的低功耗壁挂式适配器,带有用户可更换的刀片组件。这些装置符合所有适用和相关的安全、性能和环境监管要求。


责任编辑:David

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