Rozwiązanie światowego dylematu zasilaczy ściennych za pomocą wymiennych bolców prądu zmiennego

Wiele norm technicznych jest obecnie zunifikowanych lub zharmonizowanych globalnie na znacznym obszarze świata. Na przykład normy IEC i związane z nimi normy UL określają wymagania bezpieczeństwa dla produktów konsumenckich. Podobne spójne standardy istnieją dla wyrobów medycznych. Nawet podstawowe zasilacze prądu zmiennego-stałego, które muszą spełniać wiele norm bezpieczeństwa i wydajności, są wystarczająco zunifikowane, aby jeden model zasilacza mógł być sprzedawany na całym świecie.

Jednak jest jeden obszar, w którym tak wysoki stopień ujednolicenia nie istnieje i nie będzie istnieć: fizyczna wtyczka i gniazdko zasilające prądu zmiennego, które służą do podłączania niewielkich produktów konsumenckich i urządzeń medycznych z montowanym na ścianie adapterem/zasilaczem prądu zmiennego-stałego. Ze względów historycznych wiele krajów (a czasem nawet regionów w obrębie danego kraju) ma swój własny układ wtyczek, zwany w branży „bolcami”.

W związku z tym sprzedawcy małych, zasilaczy ściennych niskiej mocy (<10W) muszą mieć w magazynie i dostarczać zasilacze, które są identyczne pod każdym względem z wyjątkiem bolców. Komplikuje to łańcuch dostaw, podnosi koszty i zwiększa ryzyko braku dostępności. Inną opcją jest użycie tak zwanych jednostek stacjonarnych z wymiennymi sznurami zasilającymi zamiast zasilaczy do mocowania ściennego, ale zwiększa to koszty i niewygodę.

W tym artykule przyjrzymy się innowacyjnemu rozwiązaniu tego pozornie błahego, ale frustrującego problemu. Firma GlobTek, Inc. oferuje zewnętrzne zasilacze ścienne prądu zmiennego-stałego z bolcami, które mogą być wymieniane przez użytkownika, jak również konfigurowalne jednostki biurkowe, co pozwala na dostosowanie wtyczki zasilacza przez producenta lub użytkownika końcowego do wymagań lokalnej konfiguracji. Ten innowacyjny projekt jest dostępny dla zasilaczy, w których sznur zasilający - stały lub odłączany - nie jest pożądaną ani praktyczną opcją.

Świat jest ujednolicony - a może jednak nie całkiem

Pomimo w dużej mierze zharmonizowanej globalnej technologii i gospodarki, na całym świecie dla podstawowej linii prądu zmiennego istnieją w użyciu dziesiątki standardowych układów bolców (nieformalnie często nazywanych wtyczkami i gniazdami) (ilustracja 1). Niektóre są powszechnie znormalizowane, na przykład wtyczki z dwoma i trzema bolcami w Ameryce Północnej, podczas gdy inne mają bardzo ograniczony zasięg.

Ilustracja 1: oto niektóre z wielu układów bolców wtyczek i gniazd używanych na całym świecie. (Źródło ilustracji: Gear Patrol)

Przyczyn takiego zróżnicowania konfiguracji bolców jest wiele. W niektórych przypadkach była to próba uzyskania przez lokalnego dostawcę energii lub producenta urządzeń pewnej kontroli nad złączami, czy to w celu zapewnienia spójności, czy zablokowania rynku. Ponadto wiele wczesnych systemów energetycznych (źródeł energii i powiązanych z nimi sieci) działało bardzo lokalnie i obsługiwało jedynie niewielki region, a więc nie miało potrzeby zapewnienia ujednolicenia.

Nie tylko układ bolców ma znaczenie, bo znaczenie mają również ich wymiary. W niektórych przypadkach różnica między konfiguracjami bolców jest niewielka i prawie niewidoczna gołym okiem. Na przykład północnoamerykańska wtyczka NEMA 5-15 i japońska wtyczka JIS C 8303 wyglądają tak samo, ale istnieją pewne istotne różnice między nimi. Chociaż szerokości bolców są podobne, to inne są ich długości (ilustracja 2).

Ilustracja 2: standardowe północnoamerykańskie wtyczki NEMA 5-15 i japońskie wtyczki JIS C 8303 są bardzo podobne, ale istnieją niewielkie różnice wymiarowe. (Źródło ilustracji: Interpower Corp.)

Ta różnorodność stanowi poważne wyzwanie dla sprzedawców systemów zasilanych prądem zmiennym oraz ich złączy i zasilaczy. W przypadku systemów powszechnym rozwiązaniem jest wysyłanie urządzeń z odłączanymi sznurami zasilającymi prądu zmiennego łączącymi się ze standardowym międzynarodowym gniazdem IEC 60320 C14 (ilustracja 3) - formalnie nazywanym modułem wejściowym zasilania lub PEM - na obudowie, a następnie wysyłanie odpowiedniego sznura z urządzeniem (lub użytkownik końcowy sam może dokupić sznur na miejscu).

Ilustracja 3: gniazdo IEC 60320 C14 jest powszechnie stosowane na obudowach. Podłącza się do niego sznur posiadający odpowiednią wtyczkę dla linii prądu zmiennego na jednym końcu i złącze pasujące do gniazda w obudowie na drugim końcu. (Źródło ilustracji: Interpower Corp.)

W przypadku urządzeń takich jak laptopy i komputery PC możliwe jest również zastosowanie sznura z wtyczką IEC 60320 C5 i odpowiedniego gniazda IEC 60320 C6 zamontowanego w obudowie zasilacza prądu zmiennego (ilustracja 4). (Warto zwrócić uwagę, że w wielu krajach jest ono nazywane złączem „Myszka Miki” ze względu na jego kształt - bez żadnego wyśmiewania!)

Ilustracja 4: innym typowym złączem dla międzynarodowych, odłączanych sznurów prądu zmiennego, takich jak zasilacze prądu zmiennego, jest wtyczka IEC 60320 C5 (po lewej) i pasujące do niej gniazdo IEC 60320 C6 (na środku). Ze względu na kształt przekroju złącze to jest często nazywane złączem „Myszka Miki” (po prawej). (Źródła ilustracji: po lewej i na środku - Digital Plug and Socket Museum; na środku - Wikipedia)

Użytkownicy końcowi mogą również stosować odłączane adaptery z często spotykanych „zestawów podróżnych”. Są one jednak najczęściej gorszej jakości, nieporęczne, za duże i ogólnie uciążliwe w przypadku poważnego użytkowania (ilustracja 5).

Ilustracja 5: uniwersalne zestawy adapterów mogą być przydatne w podróży, ale zwykle nie nadają się do większości sytuacji związanych z dopasowaniem bolców wtyczki zasilającej. (Źródło ilustracji: CNN)

Jednak żadne z tych rozwiązań nie jest praktyczną ani atrakcyjną opcją dla małych zasilaczy prądu zmiennego niskiej mocy, które podłącza się bezpośrednio do gniazda prądu zmiennego (często nazywanych zasilaczami ściennymi). Dlatego potrzebna jest tu pewna innowacja.

Lepsze podejście: wymienne bolce

Zamiast usiłować dostarczać różne zewnętrzne zasilacze ścienne prądu zmiennego-stałego dla każdej konfiguracji bolców lub uciekać się do bardziej kosztownych zasilaczy innych niż ścienne ze sznurami prądu zmiennego wymienianymi przez użytkownika, bardziej pomysłowym podejściem jest zachowanie zasilacza i oferowanie łatwych do wymiany bolców (ilustracja 6).

Ilustracja 6: dzięki zespołom bolców wymienianych przez użytkownika, jeden zasilacz ścienny można łatwo skonfigurować do pracy z wieloma różnymi gniazdami prądu zmiennego występującymi na całym świecie. (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

Dzięki temu dostawcy mogą mieć znacznie mniej odrębnych pozycji asortymentowych, ponieważ muszą jedynie dostarczyć odpowiednie bolce - mniejsze, lżejsze, pasywne przystawki - dla danego regionu. Zastosowanie wymiennych bolców nie wpływa na integralność mechaniczną i elektryczną. Wszystkie urządzenia z wymiennymi bolcami spełniają wszystkie stosowne światowe i regionalne normy prawne dotyczące parametrów działania, bezpieczeństwa, sprawności i możliwości.

Ponadto dostępne są urządzenia spełniające normy klasy I i klasy II. W zasilaczach klasy I użytkownik jest chroniony przed niebezpiecznymi poziomami napięcia wejściowego przez co najmniej jedną warstwę izolacji podstawowej i uziemioną, przewodzącą obudowę. Wszystkie zasilacze klasy I muszą mieć uziemienie doprowadzone do elektrycznie przewodzącej obudowy w zasilaczu.

Natomiast zasilacze klasy II chronią użytkownika przed niebezpiecznymi poziomami napięcia wejściowego za pomocą co najmniej jednej warstwy izolacji podstawowej oraz warstwy izolacji dodatkowej lub warstwy izolacji wzmocnionej. Dzięki podwójnej lub wzmocnionej izolacji, zasilacze IEC klasy II nie muszą mieć bezpiecznego połączenia z żyłą uziemiającą - trzecim bolcem na złączu.

Jednym z przykładów jest zewnętrzny zasilacz ścienny prądu zmiennego-stałego 9V/6W WR9QD666KRPNG2309(R) z wejściem wielobolcowym. Z urządzeniem dostarczany jest jeden zespół bolców. Omawiane urządzenie klasy I ma wymiary około 65 × 42 × 31mm i jest wyposażone w żeńskie złącze cylindryczne o wymiarach 3,5 × 1,3 × 12,0mm na końcu standardowego kabla wyjściowego prądu stałego o długości 183cm (inne złącza/długości są dostępne na opcjonalne zamówienie) (ilustracja 7).

Ilustracja 7: urządzenie WR9QD666KRPNG2309(R) to zasilacz klasy I do mocowania ściennego, który zapewnia napięcie 9V przy mocy do 6W w małej, efektywnej obudowie. (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

W przypadku zastosowań klasy II, zewnętrzny zasilacz ścienny prądu zmiennego-stałego WR9QE500CCPNAIMR6B zapewnia napięcie 12V przy mocy do 6W / 0,5A (ilustracja 8). Jako urządzenie klasy II, wymaga on tylko dwóch bolców na złączu prądu zmiennego. Standardowy kabel wyjściowy prądu stałego ma długość 1200mm z żeńskim złączem cylindrycznym 5,5 × 2,1 × 11mm (ilustracja 8).

Ilustracja 8: zewnętrzny ścienny zasilacz prądu zmiennego-stałego WR9QE500CCPNAIMR6B jest urządzeniem klasy II, dlatego nie wymaga trzeciego bolca uziemiającego. (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

Przeznaczony do zastosowań USB i niskiej mocy klasy II zasilacz WR9QA1200USBNMEDRVB dostarcza prąd 5V i moc maksymalnie 6W. W przeciwieństwie do adapterów ściennych z kablem wyjściowym i złączem prądu stałego ten model jest wyposażony w złącze USB Type „A” (ilustracja 9).

Ilustracja 9: zasilacz 5V/6W WR9QA1200USBNMEDRVB jest wyposażony w złącze USB Type A zamiast kabla wyjściowego prądu zmiennego ze złączem. (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

Wymienne bolce robią różnicę

Firma GlobTek oferuje szeroki wybór wymiennych bolców, aby sprostać wymogom różnorodnych konfiguracji wtyczek prądu zmiennego na całym świecie (ilustracja 10).

Ilustracja 10: spojrzenie na niektóre z bolców oferowanych przez GlobTek ilustruje wyzwanie, jakim jest zapewnienie „uniwersalnego” zasilacza o światowej kompatybilności. (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

Bliższe spojrzenie na dwa powszechnie używane bolce ilustruje prostotę zdejmowanego zespołu bolców. Zespoły R-NA-3 z wymiennymi bolcami T3-NA oraz R-NA-2(R) z wymiennymi wtykami T2-NA są przeznaczone dla Ameryki Północnej, odpowiednio do zastosowań klasy I i klasy II (ilustracja 11).

Ilustracja 11: zespoły bolców przeznaczone dla Ameryki Północnej obejmują wersje klasy I (po lewej) i klasy II (po prawej). (Źródło ilustracji: GlobTek, Inc.)

Montaż lub wymiana zespołu bolców jest całkiem łatwa, ponieważ nie są potrzebne żadne narzędzia. Aby zdemontować założony zespół bolców, należy za pomocą kciuka lub palca nacisnąć i przytrzymać sprężystą blokadę. Następnie, przytrzymując sworzeń blokujący, pociągnąć zespół bolców prądu zmiennego, aby go zdjąć. Żądany zespół bolców prądu zmiennego wystarczy po prostu wsunąć, aż do zatrzaśnięcia.

Podsumowanie

Obsługa wielu używanych na całym świecie konfiguracji bolców wtyczki prądu zmiennego może być frustrująca i stanowić wyzwanie dla sprzedawców oraz użytkowników końcowych. Dotyczy to zwłaszcza małych zasilaczy ściennych prądu zmiennego-stałego, które nie mają odłączanego sznura zasilającego. Dostarczanie zróżnicowanego zestawu bolców w celu zapewnienia zgodności z różnymi lokalizacjami jest ciągłym, skomplikowanym i kosztownym problemem. Aby przezwyciężyć ten dylemat, firma GlobTek oferuje szeroką gamę zasilaczy ściennych niskiej mocy z zespołami bolców wymienianymi przez użytkownika. Urządzenia te spełniają wszystkie obowiązujące i stosowne wymogi prawne dotyczące bezpieczeństwa, parametrów działania i ochrony środowiska.