Stromquellen mit begrenzter Leistung (LPS: Limited Power Sources): IEC62368-1 vs. UL1310 Class 2 Stromkreise für AC/DC-Netzteile und -Adapter

Einleitung

IEC62368-1 und UL1310 (NEC-Class-2-Netzgeräte) sind Produktsicherheitsstandards, die darauf abzielen, Personensicherheit zu gewährleisten, indem das Risiko einer gefährlichen Situation verringert wird. Beide Normen stimmen darin überein, dass die Begrenzung der Ausgangsleistung von an das Stromnetz angeschlossenen Netzteilen zu einer verringerten Brandgefahr führt, insbesondere in einer Überlastsituation. Während das Konzept beider Normen ähnlich ist, unterscheiden sie sich in ihren Anforderungen und Definitionen geringfügig.

Übersicht

IEC62368-1 gibt einer Klasse von AC/DC- und DC/DC-Netzteilen, die eine Reihe von Kriterien erfüllen, die in Anhang Q der Norm definiert sind, den Namen „Limited Power Source“ (LPS). Es ist wichtig zu beachten, dass ein nach IEC62368-1 zertifiziertes Netzteil nicht automatisch auch LPS-konform ist. Die LPS-Konformität ist optional. GlobTek ist bestrebt, LPS-Kennzeichnungen und LPS-Zertifizierungen in möglichst viele Produktfamilien aufzunehmen.

(Hinweis: Die Definition von LPS in IEC62368-1 ist identisch mit der Definition in IEC60950-1, Stand Februar 2020.)

Bei NEC Class 2-Netzteilen oder UL1310-Netzteilen wird vorausgesetzt, dass alle AC/DC-Netzteile und AC/DC-Adapter mit UL1310-Zertifizierung nur eine begrenzte Ausgangsleistung haben. Demnach ist ein Begriff wie LPS hier nicht erforderlich - alle nach UL1310 zertifizierten Class-2-Netzgeräte müssen sowieso begrenzt sein. Die Grenzwerte sind in Abschnitt 28 der Norm definiert. AC-Adapter und Netzteile mit Zertifizierung nach UL 1310 werden auch als Class-2-Transformatoren bezeichnet.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf „inhärent begrenzte“ Stromquellen, d. h. Stromquellen, die aufgrund ihrer Bauweise bestimmte Leistungsgrenzen nicht überschreiten können. Schaltnetzteile und AC-Adapter, die IEC62368-1/LPS- oder UL1310/Class 2-konform sind, sind in der Regel durch ein elektronisches Regelungsnetzwerk oder aufgrund der intrinsischen Leistungsbegrenzung bestimmter Komponenten „inhärent begrenzt“.

Definitionen

IEC62368-1:

Eine inhärent begrenzte Stromquelle (LPS) ist ein isolierter Stromkreis, der…

1. … in keinem Lastfall mehr als 100 VA Dauerscheinleistung liefern kann.

2. … im Kurzschlusszustand keinen erheblichen Strom liefern kann.

3. … eine SELV-konforme Leerlaufspannung von 60 V DC oder 42,4 V AC max. Spitzenspannung hat.

UL1310 oder Class-2-Netzgerät:

Eine inhärent begrenzte Einheit ist ein isolierter Stromkreis, der…

1. … in keinem Lastfall mehr als 100 VA Dauerscheinleistung liefern kann.

2. … im Kurzschlusszustand keinen erheblichen Strom liefern kann.

3. … eine SELV-konforme Leerlaufspannung von 60 V DC oder 42,4 V AC max. Spitzenspannung hat.

4. … einen begrenzten Nennstrom hat

Wie aus der obigen Gegenüberstellung hervorgeht, besteht der Hauptunterschied zwischen den beiden Definitionen darin, dass nach UL1310 auf dem Typenschild explizit ein maximaler Nennstrom angegeben wird. Während IEC62368-1 die Nennwerte auf den Typenschildern nicht direkt behandelt, impliziert die Norm dennoch Maximalwerte für die Typenschilder, solange die Stromversorgung von Natur aus eine Dauerspannung (CV) hat. Das heißt, die Leerlaufausgangsspannung entspricht im Wesentlichen der Ausgangsspannung bei Volllast.

Erläuterungen

Die folgende Grafik zeigt die Strombegrenzung gemäß den beiden Standards. Beachten Sie, dass die Nennleistung auf dem Typenschild nach UL1310 Class 2 (gelb) auf 5 A begrenzt ist, wenn die Leerlaufspannung am Ausgang ≤ 20 V beträgt. Andererseits kann eine IEC62368-1-Stromversorgung (rot) bei Leerlaufausgangsspannungen ≤ 12,5 V für bis zu 8 A ausgelegt sein. Wie bereits erwähnt, gibt es keine expliziten Einschränkungen auf dem Typenschild gemäß IEC62368-1, es ist jedoch wichtig, den Ausgangsstrom unter der roten Kurve zu halten, um IEC62368-1/LPS für eine Stromversorgung mit einer Dauerspannung einzuhalten.

Die blaue Kurve kann auf den ersten Blick verwirrend sein. Um sie verstehen zu können, ist es wichtig zu bedenken, dass die x-Achse die Leerlaufspannung am Ausgang abbildet und dass beide Standards fordern, dass die Scheinleistung unter keinen Umständen mehr als 100 VA beträgt. Grundsätzlich gilt die blaue Kurve nur für Netzteile, die ihre Ausgangsspannungen unter hohen Lasten reduzieren.

Beispielsweise darf eine Stromversorgung mit einem 20-V-Typenschild nur dann einen Ausgangsstrom von 8 A liefern, wenn ihre Ausgangsspannung unter Last ausreichend abfällt, um sicherzustellen, dass 8 A * V_AUS-Last ≤ 100 VA beträgt. In diesem Fall muss V_AUS-Last auf ≤ 12,5 V sinken, damit die Anforderungen erfüllt werden.

Da jedoch für die meisten Anwendungen ein Betrieb mit einer Dauerspannung bevorzugt wird, ist diese Art der Leistungsbegrenzung im Allgemeinen unerwünscht. Für den Einsatz in Anwendungen, bei denen Stromquellen nahe der 100-VA-Grenze erforderlich sind, werden die Netzteile GTM96900P 90W LPS von GlobTek für den Betrieb im Dauerspannungsmodus ausgelegt und verwenden einen elektronischen Überstrombegrenzer, um zu verhindern, dass das Gerät bei Überlast mehr als 100 VA liefert. GlobTek bietet LPS-Netzteile als Steckernetzteile, PC-Netzteile und Open-Frame-Netzteile im Bereich von 3 bis 100 W an.