Tại sao các bộ điều hợp AC / DC bên ngoài hầu như luôn luôn là đường ray cung cấp duy nhất?

Nếu tôi có một sản phẩm yêu cầu một số đường ray điện áp bên trong, tại sao nó lại có ý nghĩa đối với việc cung cấp năng lượng bên ngoài của tôi để chỉ cung cấp một đường ray duy nhất.

Chẳng hạn, nếu tôi có một sản phẩm yêu cầu đường ray cung cấp DC sau đây

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

và có bộ chuyển đổi AC / DC bên ngoài, những lý do để tạo ra một điện áp cao hơn (ví dụ: 24VDC @ 1.25A, 30W) trong bộ chuyển đổi khi tôi vẫn cần giảm điện áp bằng cách sử dụng 3 bộ chuyển đổi DC / DC trong sản phẩm ?

Những lợi ích tôi thấy cho quy định hai giai đoạn là, - Điều chỉnh dòng tốt hơn do hai giai đoạn lọc - Chi phí thấp hơn cho phích cắm / ổ cắm nguồn DC do ít dây dẫn hơn - Chi phí thấp hơn cho phích cắm / ổ cắm điện DC do chi phí thấp hơn xếp hạng hiện tại - Điều tiết dòng / tải tốt hơn do sự sắp xếp của nguồn cung và tải.
- Giảm nhiễu nối chéo do điện áp đơn trong cáp

Những lợi ích tôi thấy đối với quy định bên ngoài một giai đoạn là, - Chi phí BoM thấp hơn do loại bỏ một giai đoạn điều chỉnh - Tăng hiệu suất năng lượng từ việc loại bỏ một giai đoạn điều chỉnh - Tăng hiệu suất nhiệt do loại bỏ một giai đoạn điều chỉnh - Tất cả các tổn thất điều chỉnh xảy ra bên ngoài sản phẩm - Giảm kích thước sản phẩm do loại bỏ các bộ điều chỉnh (trong sản phẩm)

Có điều gì khác tôi đã bỏ lỡ?

Nếu một hạn chế thiết kế chính của sản phẩm là kích thước và tản nhiệt, tại sao đây không phải là lựa chọn hợp lý?

Có nhiều lý do cho việc này, và nó không phải lúc nào cũng rõ ràng.

Nhiều năm trước, thông thường các nguồn cung cấp năng lượng để tạo ra một số đường ray. Thông thường +12, +5 và -12v, nhưng các biến thể khác là phổ biến. Thông thường, hầu hết năng lượng đã có sẵn trên đường ray + 5v. + 12 v có lượng điện năng lớn thứ hai. Và -12v thường có ít nhất.

Nhưng khi logic kỹ thuật số bắt đầu chạy từ điện áp thấp hơn, một vài điều thú vị đã xảy ra.

Điều lớn nhất là hiện tại đã đi lên. Không có bất ngờ lớn, thực sự. 12 watt ở mức 12 v chỉ là 1 amp. Nhưng 12 watt ở 1v cần 12 amps! CPU Intel hiện đại có thể yêu cầu hơn 50 ampe ở đâu đó gần 1 volt. Nhưng khi dòng điện tăng lên, điện áp rơi trong dây dẫn cũng bị lãng phí. Nếu nguồn điện được đặt ở cuối cáp 1-2 feet thì tổn thất điện năng của bạn sẽ lớn hơn so với nếu nguồn điện được đặt ngay bên cạnh phụ tải. Ngoài ra, việc điều chỉnh điện áp chặt chẽ trở nên có vấn đề hơn do các hiệu ứng cảm ứng của cáp. Vì vậy, điều thích hợp cần làm là có một điện áp cao hơn ra khỏi nguồn điện AC / DC và sau đó điều chỉnh nó xuống mức điện áp thấp hơn khi tải. Ngành công nghiệp dường như đang sử dụng + 12 v vì điện áp phân phối điện cao hơn,

Một điều khác là số lượng đường ray điện yêu cầu trên PCB đã trở nên lớn. Một hệ thống gần đây mà tôi thiết kế có các đường ray sau: + 48v, +15, +12, +6, +3.3, +2,5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0 và -15v. Đó là mười một đường ray điện! Nhiều trong số đó là cho các mạch tương tự, nhưng sáu trong số chúng chỉ dành cho logic kỹ thuật số. Và khi các chip mới được phát triển, số lượng đường ray điện ngày càng tăng và điện áp đang giảm.

Điều này đã làm cho ngành cung cấp điện AC / DC là họ đang chuẩn hóa các nguồn cung cấp với một đường ray đầu ra duy nhất và đường ray đó thường là + 12 v, + 24v hoặc + 48v-- với + 12 v là phổ biến nhất cho đến nay . Vì tất cả mọi người bắt đầu thực hiện các bộ chuyển đổi DC / DC cục bộ trên PCB của họ và hầu hết sử dụng + 12 v trong, điều này có ý nghĩa nhất. Ngoài ra, do khối lượng vật tư được tạo ra, nguồn cung cấp đơn + 12 v trở nên dễ dàng hơn nhiều và rẻ hơn so với bất kỳ nguồn cung nào khác.

Tất nhiên, có những yếu tố khác không nên bỏ qua. Tuy nhiên, rất khó để đồng ý về việc giải thích ít hơn nhiều về tác động của chúng. Tôi sẽ chỉ chạm nhẹ vào chúng bên dưới ...

Khi một công ty PS phải quyết định sản xuất đường ray nào, họ sẽ kết thúc với rất nhiều biến thể để họ có thể xây dựng các nguồn cung cấp tùy chỉnh. Trừ khi họ tiêu chuẩn hóa chỉ một vài điện áp chung với một đầu ra duy nhất.

Khi một PS không có nhiều đầu ra, dòng điện được cung cấp trên mỗi đầu ra thường sai. Ngay cả các nguồn cung cấp +5, +12 và -12, phần lớn dòng điện nằm trên đường ray + 5v. Nhưng ngày nay, nó sẽ ở trên đường ray + 12 v vì tất cả các điểm hạ nguồn của nguồn cung cấp tải. Thêm các biến thể về cách phân phối điện cho các đường ray khác nhau vào các tùy chọn điện áp đã rất lớn và với nguồn cung cấp 3 đầu ra đơn giản, bạn có thể dễ dàng kết thúc với hàng trăm hoặc hàng ngàn biến thể về cách định cấu hình nguồn cung cấp.

Khi xây dựng vật tư, vấn đề khối lượng. Bạn càng làm, họ có thể rẻ hơn. Nếu bạn có một trăm biến thể của nguồn cung thì bạn đã chia khối lượng của mình cho bất kỳ một biến thể nào cho 100. Điều đó có nghĩa là chi phí của bạn đã tăng đáng kể. Nhưng nếu bạn xây dựng 4 biến thể thì âm lượng có thể vẫn cao và chi phí thấp.

Nếu bạn có một nhu cầu cụ thể về những gì sẽ là một sản phẩm có khối lượng lớn thì việc cung cấp hoàn toàn tùy chỉnh là điều phổ biến. Trong trường hợp này, một nguồn cung nhiều đầu ra có thể có ý nghĩa.

Nhiều nguồn cung cấp đầu ra có xu hướng chỉ điều chỉnh một đường ray và cho phép các đường ray khác theo dõi đường ray đó và có các thông số quy định lỏng lẻo hơn. Điều này có thể không quan trọng đối với một số người, nhưng đối với đường ray điện áp thấp được sử dụng bởi logic kỹ thuật số hiện đại thì đây có thể là một kẻ giết người.

Vì vậy, bạn đi: nguồn cung cấp đường sắt đơn ngày càng trở nên phổ biến vì những tiến bộ công nghệ, luật pháp và kinh tế.

Cập nhật: Tôi đã nói về nguồn cung cấp điện nói chung. Các khái niệm cơ bản giống nhau áp dụng cho cả nguồn cung cấp bên trong hoặc bên ngoài.

Trước hết, việc điều chỉnh 24 V xuống còn 5 V khá nhiều yêu cầu chuyển đổi quy định, nếu không bạn sẽ đốt P = 19 · Tôi watts. Đôi khi bạn cần điều chỉnh tuyến tính, sẽ yêu cầu giảm điện áp nhỏ hơn nhiều.

Về lý do tại sao bạn không thường thấy các bộ nguồn với đầu ra 5, 3,3 và 1,8 V, để chọn ví dụ của bạn, có rất nhiều lý do:

• Giá trị của bạn là phổ biến, nhưng không chính xác là một tiêu chuẩn. Điều gì xảy ra khi người khác muốn thêm đường ray 1,2 V hoặc 1,5 V hoặc ...?

  Nếu bạn thiết kế một đường cung cấp điện bao gồm 10 điện áp đường ray phổ biến nhất và cung cấp tất cả các kết hợp có thể, thì đó sẽ là:

  • đường sắt điện áp đơn : 10 sự lựa chọn
  • bất kỳ hai đường ray điện áp : 45 sự lựa chọn
  • bất kỳ ba : 120 lựa chọn
  • bất kỳ bốn : 210 lựa chọn
  • bất kỳ năm : 252 lựa chọn
  • bất kỳ sáu : 210 lựa chọn
  • bất kỳ bảy : 120 lựa chọn
  • bất kỳ tám : 45 lựa chọn
  • chín trong số 10 lựa chọn đường sắt : 10 lựa chọn
  • Tất cả 10 cùng nhau : 1 sự lựa chọn

  Đó là 1.023 sự lựa chọn! (2 ^N -1, trong đó N = 10 ở đây.)

  Đặt mình vào vị trí của nhà sản xuất.

  Thách thức của bạn: tạo ra hơn một nghìn sản phẩm cồng kềnh khác nhau theo những cách không dễ dàng tự động hóa. Bạn có thể thiết kế phần mềm lấy các tham số đầu vào và đưa ra bố cục bảng và BOM, nhưng có thể rẻ hơn khi trả cho một số kỹ sư nghèo để nghiền ngẫm các tùy chọn.

  Những nguồn cung cấp năng lượng hơn nghìn đó sau đó phải được vận chuyển, dự trữ và vận chuyển lại bởi chuỗi cung ứng.

  Một số sẽ phổ biến hơn những cái khác, vì vậy nhiều lúc sẽ hết hàng và khi còn hàng, sẽ chiếm rất nhiều không gian, vì vậy chúng sẽ đắt gấp đôi, làm giảm nhu cầu, làm tăng chi phí , mà ...

  Một số kết hợp điện áp đường sắt sẽ không phổ biến đến mức không ai trong số các nhà phân phối sẽ dự trữ chúng, vì vậy bạn phải cung cấp chúng theo yêu cầu. Đó là sản xuất tùy chỉnh hiệu quả, có nghĩa là bạn sẽ phải tính phí cho khách hàng nhiều hơn chi phí để họ tự xây dựng.

  Cuối cùng, bạn đi ra khỏi kinh doanh.

  Bạn có thể giảm số lượng vật phẩm để dự trữ rất nhiều bằng cách giảm N ở trên. Với N = 5 lựa chọn đường ray, bạn chỉ phải thiết kế, xây dựng, phân phối và vận chuyển lại 31 sản phẩm khác nhau. Nhưng bây giờ bạn đã bỏ lỡ nhiều lựa chọn mong muốn, vì vậy, bạn hiếm khi tốt hơn so với phần lớn các đối thủ cạnh tranh, chỉ vận chuyển 1-3 kết hợp đường sắt, nhưng chi phí của bạn cao hơn nên bạn lại phá sản.

• Bạn nói về việc tiết kiệm tiền nếu nguồn cung cấp ngoài bảng có các đường ray cần thiết, nhưng bạn không thực sự tiết kiệm tiền. Để cung cấp đường ray mong muốn, bạn vẫn phải có các cơ quan quản lý. Bây giờ họ chỉ sống bên trong nguồn điện.

  Nếu bạn nghĩ rằng điều này không quan trọng, hãy so sánh giá cho các nguồn cung cấp điện quy định và không được kiểm soát. Một mụn cóc tường không được kiểm soát phổ biến có giá khoảng 6 đô la, trong khi một phiên bản quy định có thể gấp đôi, hoặc nhiều hơn.

• Nếu bạn đặt các bộ điều chỉnh bên trong nguồn điện, chúng ở rất xa điểm tải, do đó bạn sẽ phải giảm IR. Đây có thể là một vấn đề lớn khi dòng điện tăng cao, như thường xảy ra khi điện áp xuống thấp. Tốt hơn nhiều để điều tiết gần điểm tải.

Nếu tôi đang thiết kế thứ gì đó cần nhiều đường ray công suất khác nhau, trực giác của tôi sẽ thúc đẩy tôi có tất cả các mạch điện được cung cấp từ một nguồn bên ngoài.

Lý do chính là nó giúp tôi tiết kiệm rắc rối, trong quá trình thiết kế có ba hoặc bốn nguồn cung cấp năng lượng cho nguyên mẫu. Có nhiều lý do khác nữa: -

1. Có thể có các vấn đề về thời gian điện cần được kiểm soát trong sản phẩm mục tiêu
2. EMC - có thể dễ dàng hơn rất nhiều để thiết kế để đáp ứng các quy định với một nguồn cung cấp đến
3. Cáp và đầu nối là một nguồn không đáng tin cậy và có một nguồn cung cấp duy nhất cải thiện độ tin cậy được thực hiện trong toàn bộ hệ thống.

Có lẽ dễ dàng hơn để tìm thấy một mụn cóc tường ngoài kệ quá.