如何使用可更换交流“插片”让全球走出壁插式电源的窘境

现在，许多技术标准已经在全球大部分地区实现了统一或者协调一致。例如，IEC 和相关的 UL 标准规定了消费产品所需的安全规定。医疗设备也有类似一致的标准。即使是基础的 AC/DC 电源，也必须满足许多安全和性能标准，这些电源已足够统一，因此单一的电源型号可在全球范围内销售。

然而，有一个领域没有也不会有如此高的通用性：连接小型消费类产品和医疗电源装置与壁插式 AC/DC 适配器/电源的 AC 线路电源插头和插座。由于历史原因，许多国家（有时甚至是同一国家内的不同地区）都有各自喜欢的插头布局方式，业内称为“插片”。

因此，小型低功率（<10 W）壁插式电源装置供应商必须库存并提供只有插片不同的电源。这使供应链变得复杂，既提高了成本，又增加了利用率风险。另一种选择是使用所谓的台式电源装置替代壁插式电源。这种台式电源采用可更换电源线，但会增加成本，带来不便。

本文将探讨一种创新解决方案，以解决这个看起来不大却令人沮丧的问题。GlobTek, Inc. 提供壁插式 AC/DC 电源和可改装台式电源装置，其中壁插式电源采用了方便用户更换的可互换插片，因此方便 OEM 或最终用户根据本地配置需求定制电源插头。这种创新设计适用于不需要永久或可拆卸式单独电源线的电源。

这是一个既统一又对立的矛盾世界

尽管全球在技术和经济领域已在很大程度上实现了统一，但在全球范围内，基本 AC 线路有几十种标准插片布局（俗称插头和插座）（图 1）。有些插座插头在大范围内实现了标准化，如北美的两插片和三插片插头，而其他插头插座的标准化范围则非常有限。

图 1：所示为一些全球适用的插头插座的插片布局。（图片来源：Gear Patrol）

插片配置多样性的形成原因各不相同。在某些情况下，这是当地电力供应商或电器制造商为了一致性或市场封锁而对连接进行控制的结果。另外，许多早期的电力系统（电源和相关的电网）高度本地化，只服务于某个小区域，因此没有必要实现通用性。

重要的不只是插片布局，因为插片尺寸也是限制因素。某些情况下，插片配置之间的差异相当小，肉眼几乎无法辨识。例如，北美的 NEMA 5-15 插头和日本的 JIS C 8303 插头看起来一模一样，却存在一些关键区别。虽然插片宽度接近，但长度不同（图 2）。

图 2：北美标准 NEMA 5-15 和日本 JIS C 8303 三插针插头非常相似，但两者的尺寸存在细微差别。（图片来源：Interpower Corp.）

这种多样性给 AC 供电型系统及其电源连接和适配器供应商带来了严重挑战。对于系统来说，常见的解决方案是将电源装置与可拆卸交流电源线配套，与外壳或机箱上的标准国际 IEC 60320 C14 插座一起发货（图 3）——正式名称为电源接入模块（或 PEM）。然后将适当的线缆与电源装置一起发货（或者最终用户在当地购买）。

图 3：IEC 60320 C14 插座广泛用于机箱，并与一端有适当 AC 线路插头，另一端有匹配接头的电缆配套使用。（图片来源：Interpower Corp.）

对于笔记本电脑和 PC 等设备，也可以使用带有 IEC 60320 C5 插头的电源线和相匹配的 AC 电源适配器上的机箱安装式 IEC 60320 C6 插座（图 4）。（请注意，甚至在国际上因其形状而经常被称为“米老鼠”接头——没有任何不敬的意思！)

图 4：另一种用于连接如 AC 电源适配器的全球通用型可拆卸 AC 电源线的常见接头是 IEC 60320 C5 插头（左）和 IEC 60320 C6 配接插座（中）；因其剖面形状，这种接头被称为“米老鼠”接头（右）。（图片来源：左边和中间，数字插头和插座博物馆；中间，维基百科）

另外，最终用户可以采用现在非常普遍的“国际旅行者”工具包中的可拆卸适配器。然而，这类适配器的质量一般不太高，外形笨重，而且使用频繁的话总体上就比较麻烦（图 5）。

图 5：这些通用适配器套件可能对旅行的人很有用，但一般不适合大多数电源插头插片适配器的情况。（图片来源：CNN）

然而，对于直接插入 AC 插座的小型低功耗 AC 电适配器来说（通常称为壁插式适配器），这些解决方案都不是可行的或者是有吸引力的选择。因此，这里需要一些创新。

一种更好的方法：可更换插片

与其试图为每种插片配置提供不同的壁插式 AC/DC 适配器，或采用成本更高的非壁插式适配器，并配备用户可更换 AC 电源线，更富有想象力的方法是保留适配器并采用易于更换的插片（图 6）。

图 6：通过采用用户可更换插片组件，就能很容易地配置壁插式电源装置，从而配套使用许多全球通用型 AC 插座。（图片来源：GlobTek, Inc.）

这样，供应商就为针对不同的产品线提供很少的产品，因为他们只需要向特定地区提供相应的插片即可——一种体积更小、重量更轻的无源配件。使用可拆卸插片不会损害机械或电气完整性。所有带可拆卸插片的电源装置在性能、安全、能效和能力方面均符合所有相关的全球和区域监管标准。

此外，还有符合 I 类或 II 类标准的电源装置。在 I 类电源中，至少有一层基本绝缘和一个接地导电机箱来保护用户免受危险输入电压的危害。所有 I 类电源必须将安全地线与电源中的导电机箱连接。

相比之下，II 类电源通过至少一层基本绝缘、一层辅助绝缘或一层增强绝缘来保护用户免受危险输入电压的危害。由于这种双重或强化绝缘，IEC II 类电源不需要采用安全接地导体连接，即接头上的第三根插针。

例如 WR9QD666KRPNG2309(R) 适配器，这是一个 9 V 6 W 的 AC/DC 壁插适配器，具有多插片输入功能，这款电源装置包含一个单插片。I 类电源装置的尺寸约为 65 × 42 × 31 mm，在 183 cm 标准 DC 输出电缆末端有一个 3.5 × 1.3 × 12.0 mm 管状母插头（可选其他连接/长度）（图 7）。

图 7：WR9QD666KRPNG2309(R) 是一款 I 类壁插适配器，在一个小型高效的封装中提供 9 V 电压，功率高达 6 W。（图片来源：GlobTek, Inc.）

对于 II 类应用，WR9QE500CCPNAIMR6B AC/DC 外置壁插适配器提供 12 V 电压，最大功率为 6 W/0.5 A（图 8）。作为 II 类电源装置，只需要在 AC 接头上配备两个插片。标准 DC 输出电缆长 1200 mm，带有一个 5.5 × 2.1 × 11 mm 管状母插头（图 8）。

图 8：WR9QE500CCPNAIMR6B AC/DC 外置壁插适配器是 II 类设备，因此不需要第三个接地插片。（图片来源：GlobTek, Inc.）

对于 USB 和低功率 II 类应用，WR9QA1200USBNMEDRVB 适配器可在高达 6 W 的功率下提供 5 V 电压。与带有 DC 输出电缆和接头的壁插式适配器不同，该型号具有 Type A USB 插孔（图 9）。

图 9：5 V/6 W 的 WR9QA1200USBNMEDRVB 适配器有一个 Type A USB 接口，而不是 DC 输出电缆和接头。（图片来源：GlobTek, Inc.）

与众不同的可更换插片

GlobTek 提供了多种可拆卸/可更换插片，以解决如何支持全球 AC 插头配置的复杂问题（图 10）。

图 10：看一下 GlobTek 提供的插片，就会发现提供“通用”电源以实现全球兼容会带来的挑战。（图片来源：GlobTek, Inc.）

仔细观察两个广泛使用的插片，就会发现可拆卸插片组件其实很简单。R-NA-3 可更换插片 T3-NA 和 R-NA-2(R) 可更换插片 T2-NA 组件分别用于北美的 I 类和 II 类应用（图 11）。

图 11：北美的插片组件包括 I 类（左）和 II 类（右）版本。（图片来源：GlobTek, Inc.）

安装或更换插片组件非常容易，不需要任何工具。拆卸时，假设已经有一个插片组件，用手指按压弹簧锁销并保持。然后，在按住锁销的同时，拉动 AC 插片，将其取出。此时，只需所需的 AC 插片组件滑入，听到咔哒声即可。

结束语

对于供应商或最终用户来说，要支持全球范围内正在使用的众多 AC 插头插片配置可能是令人沮丧并具有挑战性的。对于没有可拆卸电缆的小型壁插式 AC/DC 适配器来说，尤其如此。提供一套不同的插片以兼容不同的地方是一个持续、复杂、昂贵和令人头痛的问题。为了克服这个难题，GlobTek 提供了一系列配备可由用户更换插片组件的低功耗壁插适配器。这些电源装置符合所有适用的和相关的安全、性能和环境监管规定。