Si tengo un producto que requiere varios rieles de voltaje internamente, ¿por qué tiene sentido que mi fuente de alimentación externa solo genere un solo riel?
Por ejemplo, si tengo un producto que requiere los siguientes rieles de suministro de CC internamente
y tener un adaptador de CA/CC externo, ¿cuáles son las razones para generar un solo voltaje más alto (por ejemplo, 24 VCC a 1,25 A, 30 W) dentro del adaptador cuando aún necesitaría reducir ese voltaje usando 3 convertidores de CC/CC dentro del producto? ?
Los beneficios que veo para la regulación de dos etapas son: - Mejor regulación de línea debido a dos etapas de filtro - Costo más bajo para el cable/enchufe de entrada de alimentación de CC y el cable debido a la menor cantidad de conductores - Costo más bajo para el enchufe/enchufe y el cable de entrada de alimentación de CC debido a la menor clasificación actual - Mejor regulación de línea/carga debido a la colocación de suministro y carga.
- Acoplamiento cruzado de ruido reducido debido a un solo voltaje en el cable
Los beneficios que veo para la regulación externa de una sola etapa son: - Menor costo de BoM debido a la eliminación de una etapa del regulador - Mayor eficiencia energética al eliminar una etapa del regulador - Mayor rendimiento térmico debido a la eliminación de una etapa del regulador - Todas las pérdidas del regulador ocurren fuera de el producto - Tamaño reducido del producto debido a la eliminación de los reguladores (dentro del producto)
¿Hay algo más que me haya perdido?
Si las principales restricciones de diseño de un producto son el tamaño y la disipación de calor, ¿por qué no sería esta la opción lógica?
Hay muchas razones para esto, y no siempre es obvio.
Hace años, era común que las fuentes de alimentación dieran salida a varios rieles. Por lo general, +12, +5 y -12v, pero otras variaciones eran comunes. Por lo general, la mayor parte de la energía estaba disponible en el riel de +5v. +12v tenía la segunda mayor cantidad de energía. Y -12v generalmente tenía menos.
Pero a medida que la lógica digital comenzó a funcionar con voltajes más bajos, sucedieron varias cosas interesantes.
Lo más importante es que subió la corriente. No es una gran sorpresa, de verdad. 12 vatios a 12v es solo 1 amperio. ¡Pero 12 vatios a 1v requieren 12 amperios! Las CPU Intel modernas pueden requerir más de 50 amperios en algún lugar cerca de 1 voltio. Pero a medida que aumenta la corriente, también cae el voltaje en los cables y, por lo tanto, se desperdicia energía. Si la fuente de alimentación está ubicada al final de un cable de 1 a 2 pies, las pérdidas de energía se vuelven grandes en comparación con si la fuente de alimentación está ubicada justo al lado de la carga. Además, tener una regulación de voltaje estricta se vuelve más problemático debido a los efectos inductivos del cable. Por lo tanto, lo apropiado sería hacer que salga un voltaje más alto de la fuente de alimentación de CA/CC y luego regularlo a un voltaje más bajo en la carga. La industria parece estar utilizando +12v como ese voltaje de distribución de energía más alto, aunque no son desconocidos otros voltajes.
La otra cosa es que la cantidad de rieles de alimentación requeridos en una PCB se ha vuelto grande. Un sistema reciente que diseñé tiene los siguientes rieles: +48v, +15, +12, +6, +3.3, +2.5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0 y -15v. ¡Son once rieles de potencia! Muchos de ellos eran para circuitos analógicos, pero seis de ellos eran solo para lógica digital. Y a medida que se desarrollan nuevos chips, la cantidad de rieles de alimentación aumenta y los voltajes disminuyen.
Lo que esto le ha hecho a la industria de fuentes de alimentación de CA/CC es que están estandarizando los suministros con un solo riel de salida, y ese riel suele ser +12v, +24v o +48v, siendo +12v el más común con diferencia. . Dado que todos comenzaron a hacer convertidores DC/DC locales en su PCB, y la mayoría tomaba +12v, esto tiene más sentido. Además, debido a los volúmenes de suministros que se fabrican, un solo suministro de salida de +12v es mucho más fácil de obtener y más económico que cualquier otro suministro.
Por supuesto, hay otros factores que no deben ser ignorados. Sin embargo, es difícil ponerse de acuerdo y mucho menos explicar su impacto. Los mencionaré brevemente a continuación...
Cuando una empresa de PS tiene que decidir qué rieles fabricar, terminaría con tantas variaciones que también podría construir suministros personalizados. A menos que estandaricen solo un par de voltajes comunes con una sola salida.
Cuando un PS tiene varias salidas, la corriente suministrada en cada salida suele ser incorrecta. Incluso solo los suministros de +5, +12 y -12 solían ser que la mayor parte de la corriente estaba en el riel de +5v. Pero hoy estaría en el riel de +12v debido a todos los puntos de suministro de carga aguas abajo. Agregue las variaciones sobre cómo se distribuye la energía a los diferentes rieles a las ya enormes opciones de voltaje y, para un suministro simple de 3 salidas, podría terminar fácilmente con cientos o miles de variaciones sobre cómo configurar el suministro.
Al construir suministros, el volumen importa. Cuanto más hagas, más baratos pueden ser. Si tiene cien variaciones de un suministro, entonces ha dividido el volumen de cualquier variación por 100. Eso significa que su costo ha aumentado significativamente. Pero si crea 4 variaciones, el volumen puede permanecer alto y el costo bajo.
Si tiene una necesidad específica de lo que será un producto de gran volumen, es común tener un suministro completamente personalizado. En este caso, un suministro de salida múltiple podría tener sentido.
Los suministros de salida múltiple tienden a regular solo un riel y permiten que los otros rieles sigan ese y tengan especificaciones de regulación más flexibles. Esto puede no importar para algunos, pero para los rieles de bajo voltaje utilizados por la lógica digital moderna, esto puede ser mortal.
Así que ahí lo tiene: los suministros de un solo riel se están volviendo cada vez más populares debido a los avances tecnológicos, la ley de ohmios y la economía.
Actualización: estaba hablando de fuentes de alimentación en general. Los mismos conceptos básicos se aplican tanto a suministros internos como externos.
En primer lugar, la regulación de 24 V a 5 V prácticamente requiere una regulación de conmutación, de lo contrario, estaría quemando P = 19·I vatios. A veces, necesita una regulación lineal, lo que exigiría una caída de voltaje mucho menor.
En cuanto a por qué no suele ver fuentes de alimentación con salidas de 5, 3,3 y 1,8 V, para elegir su ejemplo, hay muchas razones:
Sus valores son comunes, pero no exactamente un estándar. ¿Qué sucede cuando alguien más quiere agregar un riel de 1,2 V, o 1,5 V, o...?
Si tuviera que diseñar una línea de alimentación que cubriera los 10 voltajes de riel más comunes y ofreciera todas las combinaciones posibles, sería:
¡Son 1.023 opciones! (2 N -1, donde N=10 aquí.)
Ponte en los zapatos del fabricante.
Su desafío: hacer más de mil productos voluminosos diferentes que difieren en formas que no se pueden automatizar fácilmente. Podría diseñar un software que tomaría los parámetros de entrada y arrojaría un diseño de placa y una lista de materiales, pero probablemente sea más barato pagarle a un ingeniero pobre para que analice las opciones.
Esas más de mil fuentes de alimentación tienen que ser enviadas, almacenadas y reenviadas por la cadena de suministro.
Algunos serán más populares que otros, por lo que a veces muchos estarán agotados y, cuando estén disponibles, ocuparán mucho espacio en los estantes, por lo que serán el doble de caros, lo que reducirá aún más la demanda, lo que aumentará los costos. , cual...
Algunas combinaciones de voltajes de riel serán tan impopulares que ninguno de los distribuidores las almacenará, por lo que debe ofrecerlas solo a pedido. Eso es efectivamente fabricación personalizada, lo que significa que tendrá que cobrarle al cliente más de lo que le costaría construirlo ellos mismos.
Al final, sales del negocio.
Puede reducir en gran medida la cantidad de artículos para almacenar al reducir N arriba. Con N=5 opciones de rieles, solo tiene que diseñar, construir, distribuir y reenviar 31 productos diferentes. Pero ahora se pierde muchas de las opciones deseadas, por lo que apenas está mejor que la mayoría de sus competidores, que solo envían de 1 a 3 combinaciones de rieles, pero sus costos son más altos, por lo que vuelve a cerrar.
Hablas de ahorrar dinero si la fuente de alimentación externa tuviera los rieles necesarios, pero en realidad no ahorras dinero. Para proporcionar los rieles deseados, aún debe tener los reguladores. Ahora solo viven dentro de la fuente de alimentación.
Si cree que esto no importa, compare los precios de las fuentes de alimentación reguladas frente a las no reguladas. Una verruga de pared común no regulada cuesta alrededor de $6, mientras que una versión regulada puede costar el doble o más.
Si coloca los reguladores dentro de la fuente de alimentación, estarán lejos del punto de carga, por lo que tendrá que lidiar con caídas de infrarrojos. Esto puede ser un gran problema cuando las corrientes son altas, como sucede a menudo cuando los voltajes son bajos. Es mucho mejor regular cerca del punto de carga.
Si estuviera diseñando algo que necesitara varios rieles de alimentación diferentes, mi intuición me llevaría a tener todos los circuitos de alimentación alimentados desde una fuente externa.
La razón principal es que me ahorra el problema durante el diseño de tener tres o cuatro fuentes de alimentación alimentando el prototipo. Hay otras razones también: -
Probablemente también sea más fácil encontrar una verruga de pared lista para usar.
david tweed
scott seidman
Juan U.
Super gato