オープンフレームと密閉型電源: どちらのフォーマットが OEM ビルドに適合するか

オープンフレーム電源は、露出したコンポーネントとネジ端子を備えた裸の PCB アセンブリですが、密閉型電源は同じ変換回路を金属または穴あきカバーの内側に取​​り付けます。どちらを選択するかは、どちらのパフォーマンスが優れているかということではありません。どちらをエンクロージャ、配線方法、安全性レビューで受け入れることができるかによって決まります。適切な沿面距離とエアフローを備えた工具でアクセス可能な金属キャビネットが装置にすでに備わっている場合、オープン フレーム ユニットを使用すると、1 ドル当たりの電力が増加し、設計の自由度が高まります。サプライ品が顧客からアクセス可能である場合、埃っぽい作業場に設置されている場合、またはスタンドアロンのボックスとして出荷されている場合、密閉型ユニットの方がコストは高くなりますが、承認や現場での故障のリスクはすべて取り除かれます。このガイドでは、実際にビルドを決定する寸法に関して 2 つのフォーマットを比較します。

重要なポイント

• すでにお持ちのエンクロージャーによってフォーマットが決まります。 オープン フレーム ユニットはホスト キャビネットからの保護を借用します。密閉されたユニットはそれ自体をもたらします。

• 沿面距離とクリアランスは、コンポーネントの要件ではなく、アセンブリの要件です。 露出端子は、設置後に適用される安全規格の要求を満たす距離を満たさなければなりません。

• 密閉型ハウジングは、保護のために熱ヘッドルームを犠牲にします。 ほこりの侵入を防ぐカバーは熱の侵入も防ぐため、負荷軽減曲線がより重要になります。

• PFC は、効率の数値だけでなく、入力電流プロファイルも変更します。 高調波電流制限は最終機器に適用され、多くの場合、PFC フロントエンドによってコンプライアンスが簡素化されます。

• 形式を修正する前に、認定パスを計画してください。 適用規格、筐体、配線方法を合わせて決定します。

• 形式を保守モデルに合わせます。 現場交換可能なユニットは密閉型モジュールを好みます。工場で統合されたアセンブリはオープンフレームを好みます。

オープンフレーム電源として重要なもの

オープンフレーム電源は、充電部を覆うカバーのない、取り付けベースと端子ブロックを備えた実装基板として供給されます。公開されている オープン フレーム電源の範囲は、 シャーシに取り付けられたアセンブリが一般的なワット数のはしごの頂点に位置します。

そもそも、なぜオープン フレーム形式が依然として使用されているのでしょうか?

熱源と周囲の空気の間にあるものをすべて取り除くからです。対流を妨げるカバーはなく、穿孔パターンを設計する必要もなく、追加の金属を供給する必要もありません。シャーシ一体型製品の場合、ホスト キャビネットがすでにバリア、空気流路、取り付け構造を提供しているため、ユーザーが認識できる保護を追加することなく、2 番目のエンクロージャによってコスト、容積、および熱抵抗が追加されます。

オープン フレーム フォーマットはデザイナーにどのような義務を課しますか?

設計者は、空間距離、指の安全性の問題、および配線の規律を継承します。ネジ端子が露出しているため、通常の使用では工具や指が通電中の導体に届かないようにアセンブリを配置する必要があります。発熱コンポーネントは空気流の中に直接配置されますが、これが利点となるのは、その空気流が実際に指定されている場合のみです。

密閉型電源とは何か

密閉型電源では、変換ステージが金属ケースに包まれており、多くの場合、対流のために穴が開けられています。公開されている 密閉型電源に は、密閉パネル向けに設計された薄型薄型フォーマットと、内部ファンを備えた高出力シャーシ フォーマットが含まれます。

なぜ表紙によって安全性の議論がこれほど変わるのでしょうか?

これは、バリアがアセンブリではなくコンポーネントに属しているためです。ユーザーは閉じたケースを通して通電部分に触れることができないため、アセンブリレベルの沿面距離の問題は入力および出力の配線エントリに帰着します。これが、密閉型ユニットが、訓練を受けたパネルビルダーによってではなく、エンドユーザーによって現場に設置される製品の主流となる唯一の最大の理由です。

どのアプリケーションが同封フォーマットを推進しますか?

電源を浅い DIN レール キャビネットに取り付ける必要があるパネル製造業者、密閉された制御ボックスを出荷する機械製造業者、および電源がエンド ユーザーに見えるあらゆる製品。 などの薄型密閉型フォーマットは、 LRS シリーズ 35W ～ 600W 薄型密閉型 PSU ケースの保護と最新のコントロール パネルの奥行き制限を正確に調和させるために存在します。

表 1: オープンフレームと密閉型スイッチング電源の比較

機械的および安全上の制約

ユニットを設置した後、沿面距離と空間距離の規則はどのように適用されますか?

沿面距離は、2 つの導電性部品間の表面に沿った距離です。クリアランスとは空気中の距離です。どちらも、ベアボード上ではなく、取り付けられた状態のアセンブリで測定されます。ベンチ上では準拠しているように見えるオープンフレーム電源でも、配線が斜めに端子に入ると故障する可能性があるため、緩んだより線やスリップしたワイヤが一次側と二次側をブリッジできないように導体を配線します。

端子台をフィンガーセーフにするのはなぜですか?

フィンガーセーフ端末とは、設置位置で標準的なテストフィンガーが充電部に接触できない端末です。埋め込みネジ、ヒンジ付きカバー、シュラウド プレートがこれを実現します。露出したネジ頭はそうではありません。オープンフレーム形式の場合は、周囲のキャビネットまたは追加の端子カバーで要件を満たします。

対流ではなく強制空気流が必要になるのはどのような場合ですか?

キャビネット内の雰囲気が、必要な負荷で対流経路が阻止できる温度を超える場合、強制エアフローが必要になります。実際の内部周囲環境と取り付け方向でのディレーティング曲線を読み、ファンが大型電源よりも安いかどうかを判断します。ファンには可動部品、埃の通り道、メンテナンス用品も必要となるため、慎重に決定してください。

電源を金属シャーシ内に取り付けると何が変わりますか?

シャーシは熱経路の一部となり、ある程度は EMI 構造の一部になります。これは通常は好ましいことですが、シャーシの温度も上昇します。フレームをシャーシに接着するのが標準的な方法です。金属が熱を運ぶと仮定するのではなく、近くのコンポーネントへの影響を検証してください。

計画しなければならない認定パス

最終製品にはどの安全基準が適用されますか?

適用される規格は、電源ではなく最終製品に従います。 IEC/EN 62368-1 はオーディオ/ビデオ、情報および通信技術機器を対象としており、そのファミリーの古い 60950-1 および 60065 を大幅に置き換えるものです。 IEC/EN 60601-1 は医療用電気機器に適用され、電源の選択を制約する漏れ電流制限などの要件が追加されています。最終製品を管理する規格を読み、アセンブリがその規格を満たすフォーマットを選択します。また、データシートの概要から準拠していると仮定するのではなく、サプライヤー独自の宣言を入手します。

高調波電流制限はフォーマットの決定に影響しますか?

IEC 61000-3-2 は、公共の低電圧電源に接続された機器の高調波電流放射に対する制限を設定しており、適用範囲は機器のクラスと入力電流に応じて異なります。これらの制限はモジュール単体ではなくエンド機器に適用されるため、フロントエンドで力率補正を備えた電源を使用すると議論が大幅に簡素化されます。該当するエディションと範囲については、コンプライアンス パートナーに確認してください。

PFC は実際に部品表で何を購入しますか?

力率補正されたフロントエンドは、電源電圧波形に近い形状で電流を引き込み、力率を高め、高調波成分を低減します。公開されている図はその違いを示しています。RSP -320 320W PFC 電源は 、力率が 230 VAC で 0.95 を超え、115 VAC の全負荷で 0.98 を超え、入力電流が 115 VAC で 4A、230 VAC で 2A、サージ電流がそれぞれ 20A と 40A、入力効率が 88 ～ 90% (モデルに応じて)、漏れ電流で仕様化されています。 240 VAC で 1.5 mA 未満の電流。より単純なコンプライアンス パスに対して、より多くのコンポーネント数と単価が求められます。

表 2: シリーズ全体で利用可能な電力および出力範囲

上記のシリーズ範囲は、公開されている製品指定および仕様表から引用されています。ご注文前にデータシートで正確なモデル、入力範囲、調整範囲をご確認ください。

ディレーティングと熱ヘッドルームの計算

AC /DC スイッチング電源シリーズは、 フォーマットの選択と熱ヘッドルームが直接相互作用する十分に広いワット数範囲に及びます。 200W の連続出力が必要なパネルを考えてみましょう。

ステップ 1 — 内部環境を確立します。 室温ではなく、密閉キャビネット内の取り付け位置の気温を測定してください。この例では 50 °C と仮定します。

ステップ 2 — 負荷要件を取得します。 負荷は継続的に 200W を消費します。定格 200W のユニットでは、マージンなしの 100% 負荷になります。軽減曲線が 50 °C で許容する場合にのみ許容されます。

ステップ 3 — 実際の周囲環境でディレーティング曲線を読み取ります。 メーカーの曲線は通常、規定の温度までは最大定格電力を許容し、その温度を超えると電力を低下させます。曲線が 45 °C までのみフルパワーを許容し、それを超えると出力が低下する場合、200 W ユニットは 50 °C では 200 W を供給できません。より高い定格を選択するか、エアフローを改善してください。

ステップ 4 — エンクロージャの効果を確認します。 密閉型ユニットでは、コンポーネントとキャビネットの空気の間に熱抵抗が追加されます。開いたフレームの候補と囲まれた候補のディレーティング曲線を、それらが等しいと仮定するのではなく、同じ周囲環境で比較します。

ステップ 5 — ワット数を増やすか、エアフローを増やすかを決定します。 単価を安くするには、通常、ワット数を増やすことです。エンクロージャの容積を安くする方法は、通常、空気流路を改善することです。どちらもディレーティング曲線に照らして評価する必要があります。

例示的な方法のみ。 SMUN 製品仕様ではありません。

選択ワークフロー: 見積もりを依頼する前の 5 つの質問

1. サービス中の電源に誰が触れることができますか? 訓練を受けたパネルビルダー以外の場合は、囲まれた形式から始めてください。

2. 取り付け位置の内部雰囲気はどうですか? 室温ではなく、この数値がワット数を選択します。

3. 利用可能な最も深い空間はどこですか? 薄型密閉フレーム形式とオープンフレーム形式では、取り付け深さが大幅に異なります。

4. 最終製品を管理するのはどの規格ですか? この基準は好みではなく、漏れと間隔の要件を決定します。

5. ユニットはどのように交換されるのでしょうか？ フィールド交換では密閉型モジュールが優先されます。工場での統合はオープンフレームを優先します。

これら 5 つに答えると、最終候補リストは通常​​ 2 つまたは 3 つのシリーズに分類されます。

結論

オープンフレーム電源と密閉型電源は競合する製品ではありません。これらは、同じ変換回路に対する 2 つの実装哲学です。オープン フレームは、ホスト キャビネットがバリア、エアフロー、取り付け構造をすでに備えており、アセンブリが訓練を受けたインテグレータによって構築されている場合に勝ちます。エンドユーザーが手が届く場合、環境が汚染されている場合、またはユニットがモジュールとして出荷およびサービスされる場合など、電源がそれ自体を保護する必要がある場合は、密閉型が有利です。

したがって、決定は電気仕様ではなく機械設計で行われます。まず内部の雰囲気、利用可能な深さ、指の安全要件、および適用される規格を修正します。ワット数とシリーズが続きます。この順序を逆にすることは、プロジェクトの後半で供給選択を繰り返さなければならない最も一般的な理由です。

お見積りを依頼する前に、取り付け位置の内部雰囲気、その周囲環境でのディレーティング曲線、最終製品が満たさなければならない規格に関するサプライヤーの宣言の 3 点を書面でご確認ください。

よくある質問

Q: エンドユーザーに販売される機器にオープンフレーム電源を使用できますか?

A: アセンブリ全体が通電部品との接触を防止し、最終製品を管理する規格の間隔要件を満たしている場合に限ります。オープン フレーム フォーマットでは、これらの義務がエンクロージャ設計に移されます。

Q: 密閉型電源は、同じ電力でオープンフレームユニットよりも熱くなりますか?

A: カバーによりコンポーネントと周囲の空気の間に熱抵抗が追加されるため、通常、同じ出力電力でも内部温度の上昇が高くなります。実際の内部周囲環境で両方のフォーマットのディレーティング曲線を比較してください。

Q: 私の機器には力率補正が必要ですか?

A: それは、機器のクラス、入力電流、および高調波電流制限の該当するエディションによって異なります。 IEC 61000-3-2 は、公共の低電圧電源に接続された機器の高調波電流の放出を規制します。コンプライアンスパートナーに範囲を確認してください。 PFC フロントエンドは、制限を満たすための一般的なルートです。

Q: どれくらいの熱マージンを残すべきですか?

A: 測定された内部周囲環境での軽減曲線が、起動時の突入電流や予想される経年劣化などの負荷をカバーするのに十分です。公称定格ではなく、実際の周囲環境で曲線を読み取ることで、計算が決定につながります。

Q: DIN レール制御キャビネットに適した形式はどれですか?

A: 薄型密閉フォーマットは浅い DIN レール エンクロージャ用に設計されており、キャビネット ビルド用に専用の DIN レール シリーズが存在します。オープン フレーム ユニットには、バリアとエアフロー パスを提供するホスト エンクロージャが必要ですが、DIN レール キャビネットが常に提供するとは限りません。