Eine praktische Grenze der Miniaturisierung sind die Mindest-Sicherheitsabstände gemäß Standards wie EN 62368-1 für IT/Medien und EN 60335-1 für Haushaltsgeräte, die mindestens 9mm Abstand zwischen Eingang und Ausgang sowie 4mm Kriechstrecke bei Systemen mit 250VAC erfordern. Das gilt für den schlimmsten Verschmutzungsgrad und die schlechteste Materialgruppe und kann gelockert werden durch gekapselte Geräte, beschichtete Platinen und durch Werkstoffe mit einem hohen Comparative Tracking Index (CTI). Dies veranschaulicht, dass ‘sichere’ Standard-Kriechstrecken in einem Wandler, der möglicherweise nur etwa 25mm breit ist, praktisch nicht umzusetzen sind. Das bedeutet, dass ein sorgfältiges Design erforderlich ist, um die Spielräume innerhalb der Spezifikation optimal auszuschöpfen und die regulatorisch vorgeschriebenen Mindestabstände durch Einschnitte in der Leiterplatte oder durch das Hinzufügen von Trennelementen bzw. Abdeckkappen über kritischen Bauteilen einzuhalten.
Die Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken sind auch für den Transformator problematisch. Große Transformatoren für hohe Leistungsübertragung können aus üblichem Lackdraht innerhalb isolierender Band-‘Ränder’ gewickelt werden und damit eine typische Kriechstrecke von 6mm zwischen primären und sekundären Wicklungen garantieren. Bei geringer Leistung, wo die Wicklungsbreite einer Spule nur wenige Millimeter betragen kann, funktioniert dieser Ansatz eindeutig nicht. Eine Lösung ist die Verwendung von sicherheitszertifiziertem ‘dreifach isoliertem Draht’ (TIW), der eine überlappende spiralförmige Isolationshülle hat und an jedem Punkt mindestens drei Schichten garantiert. Die Bildung einer EMI-Abschirmung ist jedoch noch ein Problem, wobei einige Konstruktionen eine halbe Wicklung des TIW-Drahts verwenden, bei dem ein Ende nicht abgeschlossen, aber sorgfältig isoliert ist.
Auch der Bulk-Speicherkondensator am Eingang ist ein Bauelement, das sich einer Miniaturisierung widersetzt. Er sorgt für die Glättung der DC-Busspannung und liefert die Energie zur ‘Überbrückung’ während Netzzyklus-Ausfällen oder Unterbrechungen. Eine typische professionelle Anforderung ist es, den Betrieb über 20ms (ein Netzzyklus bei 50Hz) von der Nenneingangsspannung von 115V oder 230VAC aufrechtzuerhalten. Die am Kondensator anliegende Spannung bei beispielsweise gleichgerichteten 115VAC beträgt im Mittel etwa 150V mit um die 20V Welligkeit durch die Netzfrequenz. Wenn die Versorgung unterbrochen wird, entlädt sich der Kondensator und der Wandler muss mit der sinkenden Spannung noch 20ms arbeiten. Praktisch kann der Wandler bis auf etwa 70V herunter arbeiten. Für einen Wandler mit 75% Wirkungsgrad mit 5W Ausgang können wir den Energieverlust im Kondensator mit der in 20ms benötigten Energie gleichsetzen:
Gleichung 1
Das würde einen Kondensator mit 18µF erfordern, der für die höchste AC-Eingangsspannung auf 400V ausgelegt sein müsste. Die kleinste Ausführung ist ein Aluminium-Elektrolytkondensator, und selbst der hat ein Volumen von etwa 3cm³ oder größer, wenn eine Hochtemperatur-Version gewählt wird. Eine für viele Sperrwandler anwendbare Daumenregel zur 20ms-Überbrückung ist die Anforderung von mindestens 2µF/Watt für einen weiten Eingangsbereich und 1µF/Watt bei reinem Betrieb mit 230V Nennspannung. Kleinere Kapazitätswerte würden das Problem verschlimmern, da die Rippelspannung ohnehin größer wäre, was den Spannungs-Headroom verringert und bei Ausfällen einzelner Netzzyklen zu Einbrüchen der Ausgangsspannung führt.
PCB-bestückte AC/DC-Wandler können leitungsgeführte EMI-Werte erzeugen, die denen von Hochleistungsprodukten nahekommen, weil sich Gleichtaktstörungen nicht direkt mit der Leistung skalieren – sie entstehen hauptsächlich durch hohe interne dV/dt-Werte gekoppelt mit Streukapazitäten, die in jeder Schaltung auftreten. Einfache Konstruktionen für geringe Leistung können deshalb EMV-Filter zur Einhaltung der Emissionsnormen erfordern, die größer als der Wandler selbst sind. Entwickler von Steuer-ICs gehen das Problem durch eine Steuerung von dV/dt mit resonanten oder semi-resonanten Topologien und Techniken wie ‘Frequenz-Dithering’ an, welche die durchschnittlich auftretenden elektromagnetischen Störungen in der Bandbreite der Standard-Messempfänger verringern.
PCB-bestückte AC/DC-Wandler sind häufig als ‘Class II’ Geräte ohne eine primäre Erdungsverbindung ausgeführt, wobei ihre Ausgänge in realen Anwendungen oft geerdet werden und somit einen Pfad für leitungsgeführte Gleichtaktstörungen bieten. ‘Y’-Kondensatoren von Primär- zur Sekundärseite können Hochfrequenz-Störungen verringern, aber können nicht groß dimensioniert werden, wenn der Ausgang nicht geerdet wird da sonst gefährliche AC ‘Berührungsströme’ durch den Benutzer fließen könnten. Einige Haushaltsnormen erfordern sehr geringe Kapazitätswerte und zwei in Reihe geschaltete Y-Kondensatoren, falls ein Bauelement ausfällt (z.B. EN 60335). Der Einbau von zwei Serienkondensatoren mit jeweils den vollen Sicherheits-Kriechstrecken zwischen den Pins in einem Miniaturgehäuse ist äußerst schwierig und es wird oft dem Anwender überlassen, diese extern anzuschließen, um die EMV-Konformität zu erreichen.