Estándares de eficiencia para fuentes de alimentación externas

El entorno reglamentario mundial que rodea la legislación de la eficiencia de fuentes de alimentación externas y el consumo sin carga ha evolucionado rápidamente en los últimos diez años desde que la Comisión de Energía de California (California Energy Commission, CEC) implementó la primera norma obligatoria en 2004. Con la publicación de una nueva serie de requisitos por parte del Departamento de Energía (DOE) de los Estados Unidos establecidos para entrar en vigor en febrero del 2016, el panorama va a cambiar de nuevo ya que los reguladores tratan de reducir aun más la cantidad de energía consumida por los adaptadores de alimentación externos.

La exigencia de una mayor eficiencia promedio en las fuentes de alimentación externas, sin duda, ha tenido un impacto real en el consumo de energía mundial. Sin embargo, con el beneficio de un consumo reducido en la red eléctrica se presentan desafíos e incertidumbres para la industria electrónica en la medida que esta intenta mantenerse al día con este marco normativo dinámico.

Los fabricantes de equipamientos originales (OEM) que diseñan fuentes de alimentación externas en sus productos deben vigilar de forma continua las últimas regulaciones para garantizar su cumplimiento en cada región donde se vende su producto. El objetivo de este artículo es proporcionar un resumen actualizado de las regulaciones más actuales en todo el mundo.

Una breve historia

A principios de los 90, se calculaba que había más de mil millones de fuentes de alimentación externas activas solo en los Estados Unidos. La eficiencia de estas fuentes de alimentación, que utilizan principalmente tecnología lineal, podría limitarse al 50 % y aun así consumir energía cuando la aplicación se apaga o cuando ni siquiera está conectada a la fuente de alimentación (en adelante, condición "sin carga"). Los expertos calculan que, sin los esfuerzos por aumentar la eficiencia y reducir el consumo de energía "sin carga", las fuentes de alimentación externas representarían alrededor del 30 % del consumo total de energía en menos de 20 años. Ya en 1992, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos inició un programa voluntario para promover la eficiencia energética y reducir la contaminación que eventualmente se convirtió en el programa Energy Star. Sin embargo, no fue hasta 2004 que se puso en marcha el primer reglamento que dicta la eficiencia obligatorios y sin carga mínimos consumo de energía. El siguiente gráfico informativo traza el camino de la regulación de la CEC 2004 hasta las nuevas normas de Nivel VI que entrarán en vigencia en febrero del 2016.

Figura 1: Evolución de la norma de regulación CEC.

El marco normativo actual

La línea de tiempo en la Figura 1 demuestra cuán dinámico ha sido el marco normativo en la última década. Mientras que los diferentes países y regiones promulgan requisitos más estrictos y se trasladan de programas voluntarios a programas obligatorios, cada vez es de mayor importancia que los OEM rastreen continuamente los desarrollos más recientes para asegurar el cumplimiento y evitar retrasos o multas costosas. Si bien muchos países están estableciendo programas voluntarios armonizados con el primer sistema de protocolo de marca de eficiencia internacional establecido por Energy Star, los siguientes países y regiones ahora tienen reglamentos vigentes que exigen que todas las fuentes de alimentación externas enviadas a través de sus fronteras cumplan con el nivel de eficiencia especifico:

Aunque el Departamento de Energía de los Estados Unidos ha establecido el estándar de Nivel VI más estricto, no se ha establecido su entrada en vigencia hasta el 2016. Actualmente, el Nivel V cumplirá o excederá los requisitos de cualquier órgano de gobierno de todo el mundo. Lo fabricantes de fuentes de alimentación indican el cumplimiento mediante la colocación de un número romano V en la etiqueta de la fuente de alimentación según lo especificado por el Protocolo de Marca de Eficiencia Internacional para las Fuentes de Alimentación Externas Versión 3.0, actualizado en septiembre de 2013. Esta última versión del Protocolo ofrece flexibilidad adicional acerca de los lugares donde el marcado puede ser colocado.

Figura 2: Ejemplo de una etiqueta de marca CUI.

La Unión Europea es actualmente el único órgano de gobierno que garantiza el cumplimiento de la norma de Nivel V, aunque la mayoría de fabricantes de fuentes de alimentación externa han ajustado sus carteras de productos para cumplir con estos requisitos. Los ajustes son una respuesta directa a las necesidades de los fabricantes de equipos originales de tener una plataforma de fuente de alimentación universal para sus productos que se distribuyen en todo el mundo.

Umbrales de rendimiento

La siguiente tabla resume los umbrales anteriores y actuales de rendimiento del modo en que se establecieron con el tiempo.

El método de prueba aprobado internacionalmente para determinar la eficiencia ha sido publicado por la IEC como AS/NZS 4665 Parte 1 y Parte 2. El enfoque adoptado para establecer un nivel de eficiencia es medir la entrada y la potencia de salida en 4 puntos definidos: 25%, 50%, 75% y 100% de la potencia nominal. Los datos para los 4 puntos se informan por separado, así como una eficiencia media en activo aritmética en los 4 puntos.

Exenciones actuales

No todas las fuentes de alimentación externas son tratadas de la misma forma, y existen excepciones tanto en los Estados Unidos como en la Unión Europea. En los Estados Unidos, el Congreso ha incluido disposiciones en la sección 301 de EISA 2007 que excluye algunos tipos de fuentes de alimentación externas. Estos dispositivos:

• Requieren la aprobación y estar incluidos en la lista de la Administración Federal de Alimentos y Medicamentos como dispositivo médico conforme a la sección 513 de la Ley federal Food, Drug, and Cosmetic Act (21 U.S.C. 360c).
• Deben alimentar al cargado de un paquete de baterías extraíble o cargar la batería de un producto que está total o principalmente operado por el motor.
• Están disponibles como una parte del servicio o repuesto del fabricante de un producto final que se produjo antes del 1 de julio de 2008 para el que la fuente de alimentación externa fue la carga principal. Las fuentes de alimentación utilizadas para este fin se pueden fabricar después del 1 de julio de 2008.

La Unión Europea ha establecido excepciones similares a los Estados Unidos. Las fuentes de alimentación externas de los dispositivos médicos, cargadores de batería y productos de servicio están excentas. Además, rige una excepción para los dispositivos EPS de bajo voltaje. La fuente de alimentación externa de bajo voltaje es una unidad con un voltaje de salida en placa inferior a los 6 voltios y una corriente de salida en placa superior o igual a los 550 mA.

Pasar al nivel VI

Los fabricantes de fuentes de alimentación, entre ellos CUI, ya se están preparando para la transición para cumplir con los estándares de nivel VI más exigentes. Junto con las regulaciones estrictas para los adaptadores existentes, el nuevo estándar amplía el rango de productos que se regirán bajo este estándar. Los productos regulados ahora incluyen:

• Fuentes de alimentación externas de voltaje múltiple
• Productos con niveles de voltaje > 250 vatios

Los nuevos umbrales de rendimiento se resumen en la siguiente tabla:

Definiciones

La fuente de alimentación de CA-CC externa de voltaje único es una fuente de alimentación externa que está diseñada para convertir el voltaje CA de la línea en una salida de CC de voltaje inferior y puede convertir a un solo voltaje de salida de CC por vez.

La fuente de alimentación de CA-CA externa de voltaje único es una fuente de alimentación externa que está diseñada para convertir el voltaje CA de la línea en una salida de CA de voltaje inferior y puede convertir a un solo voltaje de salida de CA por vez.

La fuente de alimentación externa de voltaje múltiple es una fuente de alimentación externa que está diseñada para convertir la entrada de voltaje CA de la línea en más de una salida de voltaje inferior simultánea.

La fuente de alimentación externa de bajo voltaje es una fuente de alimentación externa con un voltaje de salida en placa inferior a los 6 voltios y una corriente de salida en placa superior o igual a los 550 mA. La fuente de alimentación externa de voltaje básico es una fuente de alimentación externa que no es una fuente de alimentación de bajo voltaje.

EPSS de funcionamiento directo vs. indirecto

El nuevo estándar también define a las fuentes de alimentación como la operación directa y operación indirecta. Un producto de operación directa es un EPS que funciona en el producto final sin la asistencia de una batería. Un EPS de operación indirecta no es un cargador de batería, pero no puede operar el producto final sin la ayuda de una batería. El nuevo estándar solo aplica las fuentes de alimentación externas de operación directa. Los modelos de operación indirecta aún se rigen por los límites tal como lo establece EISA2007. DOE ha proporcionado las siguientes instrucciones (Figura 3) para ayudar a distinguir entre las fuentes de alimentación de operación directa e indirecta:

Figura 3: Pasos para determinar las fuentes de alimentación de operación directa o indirecta

Excepciones de nivel VI

El nuevo Nivel VI también establece excepciones para los productos EPS. Los estándares EPS de operación directa no se aplican si:

• Es un dispositivo que requiere la aprobación y estar incluidos en la lista de la Administración Federal de Alimentos y Medicamentos como dispositivo médico conforme a la sección 360c, título 21 o
• La fuente de alimentación externa de CA-CC y de operación directa con un voltaje de salida en placa inferior a los 3 voltios y una corriente de salida en placa superior o igual a los 1,000 mA que carga la batería de un producto que está total o principalmente operado por el motor.

Mirada hacia al futuro

La fecha de cumplimiento para los nuevos requisitos se ha establecido el 10 de febrero de 2016, dos años después de la publicación de la regla en el Registro federal. Es importante tener en cuenta que el cumplimiento con el nuevo estándar se regulará a partir de la fecha de fabricación o importación a los Estados Unidos, por lo que los productos anteriores todavía se pueden enviar siempre y cuando la fecha en EE. UU. o la fecha de importación a EE. UU. sea anterior al 10 de febrero de 2016. Los requisitos de etiquetado solicitarán que se cumpla el mismo Protocolo de marcado de eficiencia internacional para las fuentes de alimentación externas, versión 3.0, tal como el estándar de nivel V actual.

A nivel internacional, se espera que otros países adopten este estándar. En la UE, la Directiva europea de ecodiseño obligatoria para las fuentes de alimentación externas está actualmente bajo revisión y se espera que se armonicen con la mayoría, o todos, de los estándares de EE. UU. Se debería esperar que los países con regulaciones de eficiencia existentes estén alineados con los EE. UU., incluso Canadá y Australia se comenzarán a armonizar con el nuevo estándar.

Resumen

EPA estima que las regulaciones de eficiencia de la fuente de alimentación externa que se implementaron en la última década han reducido el consumo de energía en 32 mil millones de kilovatios, por lo que se ha ahorrado $2.5 mil millones anualmente y se ha reducido las emisiones de CO₂ por más de 24 millones de toneladas por año. Más allá de las regulaciones gubernamentales obligatorias, muchos OEM han comenzado a solicitar fuentes de alimentación "más ecológicas"para diferenciar sus productos finales del resto y, de esta manera, se impulsa constantemente para lograr eficiencias más altas e incluso se fomenta la implementación de las tecnologías de control que en algunos casos elimina el consumo de energía sin carga. A fines de 2014, CUI Inc comenzó a introducir adaptadores compatibles con el Nivel VI para mantener a sus clientes un paso adelante de la legislación venidera. En el futuro, CUI continuará buscando formas de implementar las últimas tecnologías de ahorro de energía en sus fuentes de alimentación externas con el fin de hacer frente a las demandas del mercado y cumplir con las regulaciones actuales y futuras. DigiKey tiene una variedad de fuentes de alimentación compatibles con el Nivel V y el Nivel VI, y cuenta con varios de los dispositivos compatibles con el Nivel VI en su sitio web.