Perché gli adattatori CA / CC esterni sono quasi sempre a binario singolo?

Se ho un prodotto che richiede più binari di tensione internamente, perché ha senso che il mio alimentatore esterno generi una sola guida.

Ad esempio, se ho un prodotto che richiede internamente le seguenti guide di alimentazione CC

• 5 V a 2 A, 10 W.
• 3V3 @ 4A, 13W
• 1V8 @ 4A, 7W

e avendo un adattatore CA / CC esterno, quali sono i motivi per generare una singola tensione più alta (ad es. 24 V CC a 1,25 A, 30 W) all'interno dell'adattatore quando avrei ancora bisogno di ridurre quella tensione usando 3 convertitori CC / CC all'interno del prodotto ?

I vantaggi che vedo per la regolazione a due stadi sono: - Migliore regolazione della linea grazie a due stadi del filtro - Costo inferiore per spina / presa e cavo di ingresso alimentazione CC a causa di un numero inferiore di conduttori - Costo inferiore per spina / presa e cavo di ingresso alimentazione CC a causa di minori valutazione corrente - Migliore regolazione di linea / carico grazie alla colocazione di alimentazione e carico.
- Ridotto accoppiamento incrociato del rumore dovuto alla singola tensione nel cavo

I vantaggi che vedo per la regolazione esterna a singolo stadio sono: - Riduzione dei costi BoM dovuti alla rimozione di uno stadio del regolatore - Maggiore efficienza energetica dalla rimozione di uno stadio del regolatore - Aumento delle prestazioni termiche grazie alla rimozione di uno stadio del regolatore - Tutte le perdite del regolatore si verificano al di fuori di il prodotto - Dimensioni del prodotto ridotte grazie alla rimozione dei regolatori (all'interno del prodotto)

C'è qualcos'altro che mi sono perso?

Se i vincoli di progettazione primari di un prodotto sono le dimensioni e la dissipazione del calore, perché questa non sarebbe la scelta logica?

Ci sono molte ragioni per questo, e non è sempre ovvio.

Anni fa era normale che gli alimentatori producessero più binari. Di solito +12, +5 e -12v, ma altre variazioni erano comuni. In genere, la maggior parte della potenza era disponibile sulla guida + 5v. +12v aveva la seconda maggiore quantità di potenza. E -12v di solito aveva il minimo.

Ma quando la logica digitale ha iniziato a funzionare da tensioni più basse, sono successe diverse cose interessanti.

La cosa più grande è che la corrente è aumentata. Nessuna grande sorpresa, davvero. 12 watt a 12v è solo 1 amp. Ma 12 watt a 1v richiedono 12 amp! Le moderne CPU Intel potrebbero richiedere oltre 50 ampere in un punto vicino a 1 volt. Ma quando la corrente aumenta, anche la tensione cala nei fili e quindi l'energia viene sprecata. Se l'alimentatore si trova all'estremità di un cavo da 1-2 piedi, le perdite di potenza aumentano rispetto a quando l'alimentatore si trova proprio accanto al carico. Inoltre, avere una stretta regolazione della tensione diventa più problematico a causa degli effetti induttivi del cavo. Quindi la cosa appropriata da fare sarebbe far uscire una tensione più alta dall'alimentatore CA / CC e quindi regolarla fino a una tensione inferiore al carico. L'industria sembra utilizzare + 12v come quella maggiore tensione di distribuzione dell'alimentazione,

L'altra cosa è che il numero di rail di potenza richiesti su un PCB è diventato grande. Un sistema recente che ho progettato ha i seguenti binari: + 48v, +15, +12, +6, +3.3, +2.5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0 e -15v. Sono undici power rail! Molti di questi erano per circuiti analogici, ma sei erano solo per la logica digitale. E man mano che vengono sviluppati nuovi chip, il numero di rail di potenza aumenta e le tensioni diminuiscono.

Ciò che ha fatto all'industria dell'alimentazione AC / DC è che stanno standardizzando gli alimentatori con una singola guida di uscita e che quella di solito è + 12v, + 24v o + 48v-- con + 12v di gran lunga il più comune . Dal momento che tutti hanno iniziato a fare convertitori DC / DC locali sul proprio PCB, e la maggior parte che ha ricevuto + 12v in, questo ha più senso. Inoltre, a causa dei volumi di forniture in corso, una singola fornitura +12v in uscita è molto più facile da ottenere ed economica rispetto a qualsiasi altra fornitura.

Ci sono, ovviamente, altri fattori che non dovrebbero essere ignorati. Tuttavia, è difficile concordare su molto meno spiegare il loro impatto. Li toccherò brevemente di seguito ...

Quando un'azienda di PS deve decidere su quali binari produrre, si finirebbero con così tante varianti che potrebbero anche costruire forniture personalizzate. A meno che non si standardizzino solo su un paio di tensioni comuni con una singola uscita.

Quando un PS ha più uscite, la corrente fornita su ciascuna uscita è generalmente errata. Anche solo i rifornimenti +5, +12 e -12 erano soliti dire che la maggior parte della corrente era sulla guida + 5v. Ma oggi sarebbe sulla rotaia + 12v a causa di tutte le forniture a valle del punto di carico. Aggiungi le variazioni su come viene distribuita la potenza ai diversi binari alle già enormi opzioni di tensione e per un semplice alimentatore a 3 uscite potresti facilmente finire con centinaia o migliaia di variazioni su come configurare l'alimentatore.

Quando si costruiscono forniture, il volume è importante. Più guadagni, più economici possono essere. Se hai un centinaio di varianti di una fornitura, allora hai diviso il tuo volume per ogni variazione per 100. Ciò significa che il tuo costo è aumentato in modo significativo. Ma se si creano 4 varianti, il volume può rimanere elevato e costare basso.

Se hai un'esigenza specifica per quello che sarà un prodotto ad alto volume, è comune avere una fornitura completamente personalizzata. In questo caso, una fornitura a più uscite potrebbe avere senso.

Le forniture multiple di uscita tendono a regolare solo una guida e consentono alle altre guide di tracciare quella guida e hanno specifiche di regolazione più allentate. Questo potrebbe non essere importante per alcuni, ma per le guide a bassa tensione utilizzate dalla moderna logica digitale questo può essere un killer.

Quindi ecco qua: le forniture a binario unico stanno diventando sempre più popolari a causa dei progressi tecnologici, della legge ohm e dell'economia.

Aggiornamento: stavo parlando di alimentatori in generale. Gli stessi concetti di base si applicano a forniture interne o esterne.

Prima di tutto, la regolazione da 24 V fino a 5 V richiede praticamente regolazione di commutazione, altrimenti si brucerebbe P = 19 · I watt. A volte è necessaria una regolazione lineare, che richiederebbe una caduta di tensione molto più piccola.

Per quanto riguarda il motivo per cui non vedi spesso alimentatori con uscite a 5, 3,3 e 1,8 V, per scegliere il tuo esempio, ci sono molte ragioni:

• I tuoi valori sono comuni, ma non esattamente uno standard. Cosa succede quando qualcun altro desidera aggiungere una guida da 1,2 V o 1,5 V o ...?

  Se dovessi progettare una linea di alimentazione che copra le 10 tensioni ferroviarie più comuni e offra tutte le possibili combinazioni, sarebbe:

  • binario a tensione singola : 10 scelte
  • due binari di tensione : 45 scelte
  • tre qualsiasi : 120 scelte
  • quattro qualsiasi : 210 scelte
  • cinque : 252 scelte
  • sei qualsiasi : 210 scelte
  • sette qualsiasi : 120 scelte
  • ogni otto : 45 scelte
  • nove su 10 opzioni ferroviarie : 10 scelte
  • tutti e 10 insieme : 1 scelta

  Sono 1.023 scelte! (2 ^N -1, dove N = 10 qui.)

  Mettiti nei panni del produttore.

  La tua sfida: realizzare oltre un migliaio di diversi prodotti voluminosi che differiscono per modalità che non sono facilmente automatizzabili. Si potrebbe progettare un software che avrebbe preso i parametri di input e sputare fuori un layout della scheda e distinta, ma probabilmente è più conveniente pagare qualche povero ingegnere per macinare attraverso le opzioni.

  Quei oltre mille alimentatori devono quindi essere spediti, immagazzinati e rispediti dalla catena di approvvigionamento.

  Alcuni saranno più popolari di altri, a volte molti saranno esauriti e quando saranno disponibili occuperanno molto spazio sugli scaffali, quindi saranno doppiamente costosi, il che ridurrà ulteriormente la domanda, aumentando i costi , quale...

  Alcune combinazioni di tensioni ferroviarie saranno così impopolari che nessuno dei distributori le immagazzinerà, quindi devi offrirle solo su richiesta. Questa è effettivamente una produzione personalizzata, il che significa che dovrai addebitare al cliente più di quanto costerebbe per costruirlo da soli.

  Alla fine, vai fuori dal mercato.

  Puoi ridurre notevolmente il numero di articoli da stoccare riducendo N sopra. Con le scelte ferroviarie N = 5 , devi solo progettare, costruire, distribuire e rispedire 31 prodotti diversi. Ma ora ti perdi molte scelte desiderate, quindi non stai quasi meglio della maggior parte dei tuoi concorrenti, che spediscono solo 1-3 combinazioni ferroviarie, ma i tuoi costi sono più alti e quindi esci di nuovo.

• Parli del risparmio di denaro se l'alimentatore off-board avesse i binari necessari, ma in realtà non risparmi. Per fornire i binari desiderati, è comunque necessario disporre dei regolatori. Vivono solo all'interno dell'alimentatore ora.

  Se ritieni che ciò non abbia importanza, confronta i prezzi degli alimentatori regolati e non regolati. Una verruca da muro non regolamentata comune costa circa $ 6, mentre una versione regolamentata potrebbe essere il doppio o più.

• Se metti i regolatori all'interno dell'alimentatore, sono lontani dal punto di carico, quindi hai a disposizione le gocce IR. Questo può essere un grosso problema quando le correnti si alzano, come spesso accade quando le tensioni si abbassano. Molto meglio regolare vicino al punto di carico.

Se stavo progettando qualcosa che necessitava di diverse barre di alimentazione diverse, il mio intuito mi avrebbe spinto ad avere tutti i circuiti di alimentazione alimentati da una fonte esterna.

Il motivo principale è che mi fa risparmiare il problema, durante la progettazione di avere tre o quattro alimentatori che alimentano il prototipo. Ci sono anche altri motivi: -

1. Potrebbero esserci problemi di temporizzazione dell'alimentazione che devono essere controllati all'interno del prodotto target
2. EMC: probabilmente molto più semplice da progettare per soddisfare le normative con un'unica fornitura in entrata
3. Cavi e connettori sono una fonte di inaffidabilità e la disponibilità di un singolo alimentatore migliora l'affidabilità considerata come un intero sistema.

Probabilmente è anche più facile trovare una verruca standard.