Änderungen in den Branchenvorschriften und verfügbaren CIs haben diese alte Frage neu gestaltet.
Entwickler stehen seit Jahren vor dem Dilemma, ihre eigene AC/DC-Stromversorgung zu entwerfen und herzustellen oder sie von einem externen Anbieter zu kaufen. Die Kriterien, auf denen diese Entscheidung basiert, die verfügbaren Tools und Komponenten sowie die Quellanforderungen haben sich in den letzten Jahren weiterentwickelt, aber die Entscheidung bleibt ebenso wichtig.
Eine solche Einheit wird typischerweise über eine Netzsteckdose (120 V/240 V nominal, 50/60 Hz) mit Strom versorgt und versorgt eine oder mehrere DC-Schienen, typischerweise zwischen einigen Volt und etwa 48 V, unter 1000 W. Beispielsweise liefert das in Abbildung 2 gezeigte N1Power AC/DC-Netzteil 375 W Ausgangsleistung zwischen 12 V und 56 V (je nach Modell) und belegt 3,3 x 5,0 Zoll (8,4 x 12,7 cm) mit einer Leistungsdichte von 15 W/Kubikzoll ( 1 W/cm3) bei forcierter Luftkühlung und 260 W bei Konvektionskühlung.
Doch heute müssen die Quellen mehr leisten, als nur Energie zu liefern. Sie müssen immer strengere Sicherheitsvorschriften, EMI/RFI-Standards, Effizienzanforderungen und Zielvorgaben für die Leistungsfaktorkorrektur (PFC) erfüllen. In manchen Spezialanwendungen, wie z. B. medizinischen Instrumenten, müssen sie außerdem so konstruiert sein, dass die Leckage unter einem bestimmten Schwellenwert gehalten wird und dass der Ausfall von Komponenten nicht lebensbedrohlich ist.
Erweiterte CIs erleichtern das Design
Die heutigen CIs machen es Ihnen leicht, Ihr eigenes Design umzusetzen. Viele von ihnen verfügen über integrierte Steuerung und Algorithmen für PFC und verbessern die Effizienz, das Einschwingverhalten, die Last-/Leitungsleistung und die EMI-Minimierung. Sie beinhalten fortschrittliche Topologien und Betriebsmodi, die schwer selbst zu entwerfen wären.
Einige ICs unterstützen digital gesteuerte Quellen, bei denen das System zahlreiche interne Quellenparameter überwachen und dynamisch für eine optimale Leistung anpassen kann, abhängig von internen Faktoren (z. B. Last) sowie externen Aspekten (z. B. Temperatur, Umgebung und Wechselstromversorgungskosten). .
Anbieter bieten auch Referenzdesigns und Entwicklungstools an, die das Schriftdesign auf den ersten Blick sehr einfach erscheinen lassen. Es gibt zwei Arten von Lösungen. Die erste bietet ein detailliertes Referenzdesign für eine bestimmte Quelle (z. B. eine 375-W-48-VDC-Quelle) einschließlich Schaltplänen, PCB-Layout und Stückliste. In der zweiten Gruppe werden die Tools des Lieferanten verwendet, um die notwendigen Spezifikationen zu definieren und die entsprechenden CIs, passiven Komponenten, schematische Diagramme, Layouts und Leistungskurven zu erhalten.
Der häufigste Grund für das Schriftdesign im eigenen Haus ist, dass das Produktformat ungewöhnlich oder einzigartig ist. Das Laptop-Netzteil von Apple, Bild 2, ist ein gutes Beispiel. Die Platzbeschränkungen unterscheiden sich stark von dem, was eine Standardschrift erreichen kann.
Darüber hinaus können die hohen Produktionsmengen dieser Verbraucherprodukte eine kundenspezifische Gestaltung rechtfertigen. Der Kauf von 1.000 Einheiten/Monat oder mehr zahlt sich im Design-/Genehmigungsprozess aus und eine sorgfältige Stücklistenanalyse kann zu höheren Gewinnmargen führen.
Ein weiterer Grund für das Design ist, dass die Anforderungen die auf dem Markt verfügbaren Produkte übersteigen oder dass es nur wenige Anbieter gibt, die einige der Anforderungen erfüllen. Dies tritt zB bei Quellen mit hoher Gleichspannung (>1000V) auf. Auch in diesem Fall kann es Lieferanten geben, die Ihren Anforderungen entsprechen oder deren Angebot ändern.
Das Design der Stromversorgung ist ein Gleichgewicht zwischen verschiedenen Aspekten und Einschränkungen in Bezug auf Nennleistung, Effizienz, thermische Probleme, maximale / minimale Werte der Parameter, Kosten, Komplexität, Zuverlässigkeit, technische Risiken und Unsicherheiten im Zusammenhang mit dem Stromversorgungsanbieter Liste der Materialien. Es gibt auch einige Anwendungen, bei denen ein Parameter so wichtig ist, dass nur eine kundenspezifische Quelle die Funktion erfüllen kann, da es kein Gerät auf dem Markt gibt, das diesen Parameter priorisiert.
Ein weiterer Grund, Ihre eigenen zu entwerfen, ist, dass die Anforderungen flexibler sind als bei allgemein verfügbaren Schriftarten und dass Sie mit weniger "auskommen". Eine Quelle für einfache Signallichter kann anspruchslose Nennspezifikationen für die Ausgangsgenauigkeit haben, sagen wir in der Größenordnung von ±5 %, und wenige oder keine transienten Anforderungen, so dass ein kostengünstiges Design ausreichen kann. Andererseits können Spezifikationen erforderlich sein, die weit über das hinausgehen, was auf dem Markt verfügbar ist, was manchmal bei wissenschaftlichen Anwendungen der Fall ist.
Ein letzter Grund für ein eigenes Design ist der Spezialisierungsgrad Ihres Unternehmens. Wenn Sie seit Jahren Schriftarten entwerfen und ein gutes Verständnis für die Abstimmung, Einhaltung und Prüfung technischer und regulatorischer Anforderungen haben, sind Sie vielen designorientierten OEM-Herstellern voraus, die sich auf digitales Design spezialisiert haben.
Na dann, warum machen Sie nicht Ihr eigenes Design?
Während das Design eines Springbrunnens vom Grundtyp einfach sein mag, ist ein vollständig zertifiziertes Design, das alle Leistungs- und Regulierungsspezifikationen erfüllt, nicht vollständig, und das ohne Berücksichtigung der Kosten und Lieferung der vielen Komponenten des Designs. Beginnen wir mit dem Design selbst. CIs können eine komplexe Topologie implementieren, aber jede AC/DC-Quelle benötigt zusätzlich zu den CIs viele Komponenten. Seine Definition und Bereitstellung kann Kopfschmerzen verursachen, insbesondere wenn seine sekundären Merkmale relevant sind. Beispielsweise wird ein Kondensator hauptsächlich durch seine Kapazität und Betriebsspannung definiert, aber sein äquivalenter Serienwiderstand (ESR) beeinflusst seinen Betrieb, insbesondere bei höheren Frequenzen. Auch mit dem richtigen Gerät muss man sich mit dem Anbieter in Schwierigkeiten bringen. Die Einkaufsabteilung kann beispielsweise einen Induktor durch ein identisch bewertetes Gerät ersetzen, um die Kosten zu senken. Infolgedessen können Monate später Funktionsprobleme auftreten.
Es ist auch notwendig, für das Design seinen Betriebsbereich zwischen Mindest- und Höchstwerten festzulegen: Wird es für eine Netzspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs sein, wie z. Das ältere Layout ist einfacher zu implementieren und kostengünstiger, erfordert jedoch auch das Hinzufügen eines zweiten Layouts für die andere Wechselstromsteckdose, wenn Sie planen, mehrere Märkte weltweit anzusprechen. Sie müssen einen Testplan für das Design erstellen: Wie stellen Sie sicher, dass es unter „Grenzbedingungen“ wie hoher/niedriger Netzspannung plus maximaler Umgebungstemperatur plus Netz-/Lasttransienten gleichzeitig funktioniert? Dann ist da noch die Kühlung: Planen Sie eine Konvektionskühlung? Verfügen Sie über die Tools, um Ihre Quelle und Betriebsumgebung zu modellieren, um sicherzustellen, dass der verfügbare Luftstrom ausreichend ist? Wie wird der Brunnen montiert? Es kann einen großen Unterschied geben, wann die Kühlung funktioniert. Wenn Sie entscheiden, dass Sie einen Ventilator brauchen, wie groß wird er sein?
Wenn Sie Ihr eigenes Netzteil entwerfen, verwenden Sie wahrscheinlich einen IC oder ein Schaltungskit von einem Lieferanten, der auch ein Referenzdesign bereitstellt. Wurde das Referenzdesign erstellt oder handelt es sich nur um einen durch Simulation unterstützten Schaltplan? Die tatsächliche Leistung ist möglicherweise nicht so wie erwartet, da das physische Layout, das Routing und die Größe der Masseebene, der Strom- und Steuerleiterbahnen und der Anschlüsse dazu führen, dass selbst die bestmögliche Simulation nur annähernd das Verhalten darstellt, was weit vom Verhalten der realen Schaltung entfernt ist Auch wenn das Referenzdesign ein Layout der Platine enthält, müssen Sie sehr vorsichtig sein, wenn Sie Änderungen am Layout oder an der Stückliste vornehmen. Eine scheinbar geringfügige Änderung kann sich negativ auf die Leistung auswirken. Es muss daran erinnert werden, dass ein Netzteil ein Verstärker mit geschlossenem Regelkreis ist, der oszillieren kann, Probleme mit dem Einschwingverhalten aufweisen kann, zusammen mit seiner Empfindlichkeit gegenüber EMI/RFI.
Der Dschungel der Vorschriften und Normen
Selbst eine gut gestaltete und bewährte Schriftart unterliegt Vorschriften und Standards, die immer anspruchsvoller werden, da die Standards jährlich aktualisiert werden.
Diese Standards decken folgende Aspekte ab:
• Grundlegende Sicherheit, die sich auf Isolation, Isolationstechnik, Pistenabstand und Designtopologie auswirkt.
• EMI-Emissionen, die durch die Betriebsfrequenz der Quelle, ihre internen Wellenformen, Schalteigenschaften und Kurven bestimmt werden.
• Wirkungsgrad, der als Verhältnis von Wechselstromleitung zu Gleichstromleistung berechnet wird.
• Leistungsfaktorkorrektur (PFC), die definiert, wie ohmsch die Quelle aus der „Sicht“ der Wechselstromsteckdose als Last ist.
Wenn die Quelle nicht als resistiv angesehen wird (was sie im Allgemeinen nicht sind), sollte das Design Techniken anwenden, die den Leistungsfaktor näher an Eins bringen. (IEC61000-3-2)
Eine weitere regulatorische Herausforderung ist ihr globaler Charakter, was bedeutet, mit zahlreichen Regulierungsbehörden zusammenzuarbeiten, von denen jede ihre eigene Art zu testen und Geschäfte zu machen hat.
Fazit
Während aktuelle ICs, Referenzdesigns und Tools das Entwerfen Ihrer Stromversorgung vereinfachen, wäre es für einen Laien sehr schwierig, die in Abbildung 2 gezeigten Spezifikationen für die N1Power-Einheit zu erreichen, insbesondere wenn Sie die damit verbundenen Probleme hinzufügen die Vorschriften und ihre Herstellung.
