Eine Übersicht über LPS-Anforderungen

10. Juli 2018 verfasst von Bruce Rose

Eine Übersicht über LPS-Anforderungen

Regulierungsbehörden haben viele Funktionsbezeichnungen für Stromversorgungen geschaffen, die verschiedenen Spezifikationen entsprechen. Die LPS-Anforderungen (LPS: (Limited Power Source, Stromquelle mit begrenzter Leistung) sind in der Norm IEC 60950-1 spezifiziert und werden verwendet, um Netzteile mit relativ niedrigen maximalen Spannungs-, Strom- und Leistungsfähigkeiten zu definieren. Für die Kunden besteht der Vorteil der LPS-Netzteile darin, dass Systeminstallateure erleichterte Voraussetzungen hinsichtlich der Verdrahtung und der physischen Installation von Lasten erfüllen können, die von Modulen, die als LPS zertifiziert sind, betrieben werden. Das Verständnis der grundlegenden technischen Daten von LPS-Netzteilen klärt die Frage, warum bestimmte Netzteile als LPS eingestuft werden und andere nicht.

Es wird davon ausgegangen, dass Netzteile, die als LPS gelten, aufgrund der Begrenzungen des Ausgangsstroms und der Spannung, die sie einer Last zuführen können, wahrscheinlich keinen Stromschlag oder Brand verursachen. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der technischen Daten von Netzteilen, die als LPS zertifiziert sind und inhärente Leistungsgrenzen aufweisen:

VA = Volt * Ampere
Voc = Leerlauf-Ausgangsspannung (keine Last)

  • DC-Spannung kleiner oder gleich 30 VDC oder im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannung kleiner oder gleich 30 VACrms
    • Maximaler Kurzschlussstrom von 8 A
    • Maximale VA von 100
    • Maximale Ausgangsnennleistung von 5 A * Voc
    • Maximaler Ausgangsnennstrom von 5 A
  • DC-Spannung mit einer Welligkeit größer als 10 % der Spitze oder nicht sinusförmige Wechselspannung
    • Maximale Spitzenspannung von 42,4 V
    • Maximaler Kurzschlussstrom von 8 A
    • Maximale VA von 100
    • Maximale Ausgangsnennleistung von 5 A * Voc
    • Maximaler Ausgangsnennstrom von 5 A
  • DC-Spannung größer als 30 VDC und kleiner oder gleich 60 VDC
    • Maximaler Kurzschlussstrom von 150 VA/Voc
    • Maximale VA von 100
    • Maximale Ausgangsnennleistung von 100 VA
    • Maximaler Ausgangsnennstrom von 100 VA/Voc

Die Eigenschaften von LPS-Netzteilen mit inhärenten Leistungsgrenzen sind im folgenden Diagramm beschrieben.

Diagramm, das die Eigenschaften von LPS-Netzteilen mit inhärenten Leistungsgrenzen beschreibt.

A) Imax und Isc
B) Imax begrenzt auf 100 VA
C) Isc begrenzt auf 8 A
D) Isc begrenzt auf 150/Voc

Eine inhärent begrenzte Stromversorgung kann eine von drei Methoden anwenden, um sicherzustellen, dass die Versorgung den oben angegebenen Beschränkungen entspricht.

Inhärente Leistungsbegrenzung

Diese Klasse von Schaltungen erfordert keine zusätzlichen Konstruktionsüberlegungen, um die begrenzte Leistungslieferfähigkeit sicherzustellen, da interne Komponenten nicht in der Lage sind, Leistung über die Grenzen hinaus zu liefern. Das klassische Beispiel einer Komponente, die die Leistungslieferkapazität begrenzt, ist der Wicklungswiderstand eines Isolationstransformators. In einem gut entworfenen Netzteil werden die Komponenten, die die Stromlieferfähigkeit begrenzen, nicht beschädigt, wenn sie der begrenzende Faktor bei der Stromlieferung sind.

Lineare oder nichtlineare Impedanz zur Begrenzung der Leistungsaufnahme

Eine Impedanz in der Form eines herkömmlichen Widerstands oder PTC-Widerstands kann in Reihe mit den Stromleitern angeordnet sein, um die Leistungslieferfähigkeit der Stromversorgung zu begrenzen. Obwohl sie einfach zu implementieren sind, werden herkömmliche Widerstände selten für diesen Zweck verwendet. Denn die Verlustleistung der Widerstände bewirkt eine Verringerung der Umwandlungseffizienz der Stromversorgung. Durch die Verwendung von PTC-Widerständen bleibt die Implementierung einfach. Gleichzeitig werden die damit verbundenen Leistungsverluste beim normalen Betrieb reduziert.

Regulierendes Netzwerk zur Begrenzung der Stromversorgung

Dieses Verfahren ist in modernen Stromversorgungen aufgrund der geringen Kosten und der großen Verfügbarkeit der erforderlichen integrierten Schaltungen üblich. Bei der Konstruktion und Prüfung der Stromversorgung muss jedoch sorgfältig darauf geachtet werden, dass die erforderlichen Grenzwerte sowohl bei normalen als auch bei Einzelfehlerbedingungen eingehalten werden.

Geräte, die den an die Last gelieferten Strom begrenzen

Stromversorgungen mit externen Strombegrenzungen können als LPS klassifiziert werden, auch wenn sie keine der drei oben genannten Möglichkeiten zur Begrenzung der Stromabgabe enthalten. Eine Stromversorgung kann als mit LPS konform zertifiziert werden, wenn sie eine Überstromschutzvorrichtung (d. h. eine Sicherung oder einen Leistungsschalter) verwendet, um den verfügbaren Strom, der der Last zuzuführen ist, auf geeignete Weise zu begrenzen. Die Strombegrenzung muss entweder eine Sicherung oder eine nicht einstellbare, nicht automatisch rückstellende und elektromechanische Vorrichtung (d. h. ein Leistungsschalter) sein. Die Sicherungen oder Leistungsschalter müssen den Stromkreis innerhalb von 120 Sekunden mit einer Stromstärke von 210 % des in den Vorschriften angegebenen Stroms unterbrechen. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der technischen Daten von Netzteilen, die als LPS zertifiziert sind und nichtinhärente Leistungsgrenzen aufweisen:

  • DC-Spannungen ≤ 20 VDC und im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannungen ≤ 20 VACrms
    • Der Kurzschlussstrom muss kleiner als 1.000 VA/Voc sein
    • Der Nennstrom der Überstromschutzeinrichtung muss ≤ 5 A sein
    • Die maximale VA muss ≤ 250 sein
    • Maximale Ausgangsnennleistung von 5 A * Vmax
    • Maximaler Ausgangsnennstrom von 5 A
  • DC-Spannungen > 20 VDC und ≤ 60 VDC und im Wesentlichen sinusförmige Wechselspannungen > 20 VACrms und ≤ 30 VACrms
    • Dc voltages with ripple greater than 10% of the peak and non-sinusoidal ac voltages must have Vp ≤ 42,4 V
    • Der Kurzschlussstrom muss kleiner als 1.000 VA/Voc sein
    • Der Nennstrom des Überstromschutzgerätes muss ≤ 100 VA/Voc sein
    • Die maximale VA muss ≤ 250 sein
    • Maximale Ausgangsnennleistung von 100 VA
    • Maximaler Ausgangsnennstrom von 100 VA/Vmax

Die Eigenschaften von LPS-Netzteilen mit Strombegrenzungen sind im folgenden Diagramm beschrieben.

Diagramm, das die Eigenschaften von LPS-Netzteilen mit Strombegrenzungen beschreibt

A) Strombegrenzung begrenzt Ströme auf 5 A
B) Strombegrenzung begrenzt die Leistung auf 100 VA
C) Maximalstrom ohne Strombegrenzung auf 1000 VA/Voc begrenzt
D) Maximale Leistung ohne Strombegrenzung auf 250 VA begrenzt

LPS-Zertifizierung und -Kennzeichnung

Die Einhaltung der LPS-Normen ist in der Regel im Bericht der Zertifizierungsstelle (Certification Body, CB) über das Netzteil enthalten, wobei Testergebnisse von Sicherheitsagenturen wie UL, CSA oder TUV durchgeführt werden. Die Kennzeichnung „LPS“ auf dem Netzteilaufkleber ist optional, obwohl die meisten LPS-konformen Modelle von CUI die LPS-Kennzeichnung enthalten, wie unten gezeigt.

Netzteiletikett mit einem Beispiel für ein LPS-Kennzeichen (Hinweis: LPS-Kennzeichnung ist optional und das Aussehen kann variieren)
Netzteiletikett mit einem Beispiel für ein LPS-Kennzeichen (Hinweis: LPS-Kennzeichnung ist optional und das Aussehen kann variieren)

Fazit

Da die Präsentation von LPS-Netzteileigenschaften trocken und wenig aufregend sein kann (möglicherweise bei den meisten Lesematerialien nicht erwünscht), kann die Kenntnis der technischen Daten auch ein trockenes und wenig aufregendes Systemdesign ermöglichen (bei Systemdesigns häufig äußerst erwünscht).

Hilfreiche Ressourcen

Alle LPS-konformen Netzteile von CUI anzeigen
Erfahren Sie mehr über Netzteilsicherheitsnormen, Agenturen, Kennzeichen

Haben Sie irgendwelche Kommentare bezüglich dieses Beitrags oder Themen, die wir in der Zukunft besprechen sollten? Senden Sie eine E-Mail an techinsights@cui.com


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Bruce Rose

Bruce Rose

Hauptanwendungsingenieur

Während seiner langjährigen Arbeit in der Elektronikindustrie und den Bereichen Design, Vertrieb und Marketing hat sich Bruce Rose auf analoge Schaltungen und Stromversorgung konzentriert. Seine Arbeitserfahrung umfasst die Organisation und die Leitung internationaler Workshops, die Veröffentlichung und Präsentation bei mehr als 40 Fachkonferenzen und Zeitschriften sowie sieben Patente. Neben seiner Begeisterung für die Arbeit verbringt Bruce auch gerne Zeit mit seiner Familie beim Wandern, Radfahren und Kanufahren und widmet sich der Luftfahrt und Modellluftfahrt.

 
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