Einfachere Entwicklung global einsetzbarer Geräte mit vielseitigen AC/DC-Netzteilen

Elektronische Geräte sind oft für den Einsatz in mehreren Ländern bestimmt, was die Entwickler von Systemen für Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT), medizinische Geräte, Industrieanlagen und Haushaltsgeräte vor globale Konfigurationsprobleme stellt. Aufgrund der sehr unterschiedlichen rechtlichen Rahmenbedingungen ist die Einhaltung globaler Vorschriften besonders komplex, kostspielig und zeitaufwändig, was zu Verzögerungen bei der Markteinführung führt und die Wettbewerbsfähigkeit beeinträchtigt.

In diesem Artikel wird kurz auf die Herausforderungen eingegangen, die sich den Entwicklern bei der Entwicklung globaler Produkte stellen. Anschließend werden robuste, vielseitige Tischnetzteile von GlobTek vorgestellt und es wird gezeigt, wie Entwickler mit ihnen internationale Konformitätsanforderungen erfüllen und Produktdesign, Zertifizierung und Bereitstellung vereinfachen können.

Die Unterschiede der Stromnetze rund um den Globus

Weltweit werden für Wechselstromnetze 15 verschiedene Steckdosentypen verwendet, die jeweils den örtlichen Normen und Sicherheitsvorschriften entsprechen. Die Vielfalt spiegelt die grundlegenden Unterschiede in der Versorgungsspannung und -frequenz wider, die sich grob in vier Hauptgruppen einteilen lassen: 220 V bis 240 V bei 50 Hz, 220 V bis 240 V bei 60 Hz, 100 V bis 127 V bei 60 Hz und 100 V bis 127 V bei 50 Hz (Abbildung 1).

Abbildung 1: Spannung und Frequenz des Stromnetzes variieren weltweit, wobei im Wesentlichen vier Systeme verwendet werden. (Bildquelle: DigiKey)

Der Grund für diese Unterschiede ist hauptsächlich historisch bedingt und das Ergebnis politischer und handelspolitischer Allianzen bei der Einführung der Netze sowie von Bedenken hinsichtlich der Sicherheit, der Effizienz der Fernübertragung und der Leistung von Beleuchtung und Motoren. Dennoch liegt es an den Entwicklern, den besten Weg zur Umwandlung von Netzstrom für die Stromversorgung ihrer Produkte zu finden und dabei die Herausforderungen der Konformität zu meistern, die zu einer verzögerten Einführung und kostspieligen Verzögerungen bei globalen Produktveröffentlichungen führen können.

Wie externe Netzteile das Produktdesign vereinfachen

Netzbetriebene Geräte verfügen in der Regel über ein internes Netzteil, das den Netzstrom über ein fest verdrahtetes Netzkabel oder ein trennbares IEC-Kabel direkt aus der Steckdose bezieht. Für Produkte, die in einem einzigen Bereich betrieben werden, bietet dies mehrere Vorteile, darunter eine optimierte Leistungsumwandlung und eine hohe Integration, was zu einem sauberen Design mit minimaler Unordnung führt.

Das Problem bei dieser Integration ist, dass sie ein Produkt an eine begrenzte Anzahl von Regionen bindet. Bei internen Stromversorgungen benötigen die Hersteller verschiedene SKUs, um dasselbe Kernprodukt weltweit zu verkaufen, was die Kosten erhöht und die Entwicklung und Bereitstellung erschwert.

Alternativ dazu entkoppeln externe Netzteile das interne Stromversorgungsdesign eines Produkts von der Netzversorgung, was die internen Stromversorgungsschaltungen vereinfacht und kompakte Produktformfaktoren ermöglicht. So können Hersteller eine einzige Produkt-SKU mit einem einheitlichen Design erstellen, das den internationalen Anforderungen entspricht. Durch die Vereinheitlichung des Stromversorgungsdesigns für verschiedene Produktreihen kann ein einziges Netzteil mehrere Geräte versorgen, was die regionale Lagerlogistik vereinfacht. Aus diesen Gründen entscheiden sich viele Konstrukteure bei der Entwicklung von Produkten für globale Märkte für externe Netzteile.

Robuste, anpassungsfähige Netzteile für die globale Produktverteilung

Die Netzteilserie GTM96600 von Globtek ist eine vielseitige externe Lösung, die viele Produkte in unterschiedlichen Anwendungsfällen und Regionen unterstützt. Diese Serie von AC/DC-Tischnetzteilen unterstützt einen breiten AC-Eingangsbereich von 100 V bis 240 V bei 50 Hz bis 60 Hz mit einem festen DC-Ausgang von 5 V bis 54 V in 0,1V-Schritten. Das robuste und zuverlässige GlobTek-Adapterdesign bietet die folgenden Leistungsvorteile:

• Bis zu 60 W Leistung für eine breite Palette von Anwendungen
• Hoher durchschnittlicher Wirkungsgrad und extrem niedriger Leerlaufverbrauch zur Senkung des Energieverbrauchs im Standby-Modus unter Einhaltung der Energieeffizienzstandards der Stufe VI
• Betrieb bei bis zu +74°C mit Leistungsreduzierung und Kaltstarts bis zu -40°C für den Einsatz unter rauen industriellen Bedingungen
• Klasse-I- und Klasse-II-Optionen, die eine verbesserte Sicherheit im medizinischen Bereich und für Verbraucher ermöglichen

Neben diesen elektrischen Spezifikationen bietet die Serie GTM96600 ein innovatives mechanisches Design mit austauschbaren Kontaktblöcken, die lokale AC-Wandsteckdosen für verschiedene Regionen unterstützen. Zwei Beispiele dafür sind die Option R-NA-2(R) (Abbildung 2, links) für den nordamerikanischen und japanischen Markt der Klasse II und die Option R-EU-3(R) (Abbildung 2, rechts) für Lieferungen der Klasse I in Europa und Südamerika.

Abbildung 2: Mit den austauschbaren Kontaktblöcken von GlobTek, wie z. B. dem R-NA-2(R) (links) und dem R-EU-3(R) (rechts), können GTM96600-Adapter direkt in mehreren Regionen eingesetzt werden. (Bildquelle: GlobTek, geändert vom Autor)

Für die Unterstützung von Wandsteckdosen in Australien, China, Großbritannien, Hongkong und Singapur sind zusätzliche Optionen erhältlich. Für andere Regionen oder längere Kabelstrecken, bei denen die Steckdosen weiter von den Geräten entfernt sind, bietet GlobTek eine große Auswahl an abnehmbaren Standard-Netzkabeln nach IEC 60320 an, die sich nahtlos in die integrierten Steckverbinder der GTM96600-Serie integrieren lassen.

Die austauschbaren Kontaktblöcke und Netzkabel von GlobTek werden separat geliefert, so dass die Gerätehersteller ihre Bestellungen an die jeweilige Region anpassen können, indem sie einfach das lokale Kontaktblock- oder Kabelzubehörpaket mitliefern, was die Lagerverwaltung erleichtert. Zusätzlich enthält die GTM96600-Serie ein Hohlsteckerkit für flexible Anschlüsse am DC-Ausgang. Der Standardsatz enthält drei gerade Hohlstecker mit den weit verbreiteten Innendurchmessern 1,3 mm, 2,1 mm und 2,5 mm. Die Polarität wird durch die Ausrichtung der Spitze in Bezug auf die Hauptstromversorgung bestimmt. Alternative Anschlüsse sind separat erhältlich.

Die GTM96600-Serie bietet umfassende Zertifizierungen und Sicherheitskonformität, um die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen, mit weltweiten Zulassungen in Korea, Taiwan, Indien und anderen Ländern. Diese Normen umfassen:

• IEC 60601-1 (Medizintechnik)
• IEC 62368-1 (ICT und audiovisuelle Medien (AV))
• IEC 61558-1 und UL 1310 (Stromversorgungseinheiten (PSUs))
• IEC 60335 (Haushaltsgeräte)

Die AC/DC-Tischnetzteile der Serie GTM96600 im Überblick

Die GTM96600-Serie umfasst viele DC-Ausgangsoptionen, die von Standard- bis zu relativen Nischenlösungen reichen. Ein hervorragendes Beispiel für einen Adapter, der sich für eine breite Verwendung eignet, ist der RR9LE5000T00CIMR6B (Abbildung 3), der ein Hohlsteckerkit enthält.

Abbildung 3: Das Netzteil RR9LE5000T00CIMR6B der Klasse I wird mit einem Hohlsteckerkit geliefert und bietet eine flexible Lösung für 12 V bei 60 W, wie sie für globale ICT-Produkte typisch ist. (Bildquelle: GlobTek)

Dieses Netzteil der Klasse I bietet alle Sicherheitsvorteile von drei Netzpins mit einer internen Verbindung zur Erde für fest installierte oder metallische Geräte. Der 12V-Ausgang für 60 W unterstützt viele Anwendungen wie Netzwerk-Router, externe Festplatten und Mini-PCs sowie Home-Audio-Geräte und LED-Beleuchtungssysteme, die wahrscheinlich die maximale Stromstärke von 5 A benötigen.

Wie die meisten Modelle der Serie GTM96600 misst auch das RR9LE5000T00CIMR6B nur 117,5 mm × 53,5 mm × 36,6 mm und ist damit besonders kompakt. Die Kabellänge beträgt 1,20 m, was repräsentativ für die Reichweite ist, aber je nach Gerät variiert.

Für einen etwas weniger gebräuchlichen 30V-Ausgang bietet das RR9KR2000T00CIMR6B (Abbildung 4) einen Adapter der Klasse II mit einem zweipoligen (ungeerdeten) Eingang für Geräte, bei denen die Erdung des Gebäudes möglicherweise nicht zuverlässig ist. Der Adapter nimmt entweder ein C8-IEC-Kabel oder einen auswechselbaren Kontaktblock auf.

Abbildung 4: Für 30V-Systeme, bei denen eine zuverlässige Netzerdung nicht gewährleistet werden kann, vereinfacht das RR9KR2000T00CIMR6B die sichere Stromversorgung. (Bildquelle: GlobTek)

Das RR9KR2000T00CIMR6B bietet die volle Ausgangsleistung von 60 W und eignet sich für weniger verbreitete Produkte wie z. B. motorisierte Dentalinstrumente und spezialisierte industrielle Steuersysteme, bei denen 2 A ausreichen. Es bietet auch eine Lösung für größere Li-Ionen-Akku-Ladeanwendungen, z. B. für Elektrowerkzeuge.

Das RR9LB6667T00CIMR6B (Abbildung 5) schließlich ist ein Beispiel für ein Netzteil mit einem speziellen 5,95V-Ausgang. Dieser 40W-Adapter der Klasse I lässt sich gut mit proprietären Ladesystemen kombinieren, die etwas über dem typischen 5V-Ausgang konfiguriert sind. Darüber hinaus unterstützt die relativ hohe Strombelastbarkeit tragbare medizinische Geräte wie Überwachungsgeräte für die häusliche Pflege und Ultraschallgeräte, die aus Sicherheitsgründen mit niedriger Spannung betrieben werden müssen.

Abbildung 5: Das RR9LB6667T00CIMR6B bietet eine Lösung für nicht standardisierte Niederspannungs-Netzteile, bei denen ein Masse-Pin für die Gerätesicherheit unerlässlich ist. (Bildquelle: GlobTek)

Fazit

Für die Entwickler globaler Produkte können die zahlreichen Netzspannungsnormen das Produktdesign, die Zertifizierung und den Einsatz erheblich erschweren. Die vielseitige Serie GTM96600 von GlobTek löst diese Probleme, indem sie die Verbindung zwischen der internen Stromversorgung eines Produkts und der geografischen Lage aufhebt und eine robuste, zertifizierte Stromversorgung für globale Anwendungen bietet, bei denen eine sichere, zuverlässige Stromversorgung unerlässlich ist.