Se eu tenho um produto que requer vários trilhos de tensão internamente, por que faz sentido que minha fonte de alimentação externa forneça apenas um único trilho.
Por exemplo, se eu tiver um produto que exija internamente os seguintes trilhos de suprimento de corrente contínua
- 5V @ 2A, 10W
- 3V3 @ 4A, 13W
- 1V8 @ 4A, 7W
e ter um adaptador CA / CC externo, quais são as razões para gerar uma única tensão mais alta (por exemplo, 24VDC a 1,25A, 30W) dentro do adaptador quando eu ainda precisaria diminuir essa tensão usando 3 conversores CC / CC no produto ?
Os benefícios que vejo para a regulação de dois estágios são: - Melhor regulação da linha devido a dois estágios do filtro - Menor custo para plugue / soquete e cabo de entrada de energia CC devido a menos condutores - Menor custo para plugue / soquete e cabo de entrada de energia DC devido à menor classificação atual - Melhor regulação da linha / carga devido à colocação de fornecimento e carga.
- Acoplamento cruzado de ruído reduzido devido à tensão única no cabo
Os benefícios que vejo para a regulação externa de estágio único são: - Menor custo de BoM devido à remoção de um estágio do regulador - Maior eficiência de energia da remoção de um estágio do regulador - Melhor desempenho térmico devido à remoção de um estágio do regulador - Todas as perdas do regulador ocorrem fora do estágio do regulador o produto - tamanho reduzido do produto devido à remoção de reguladores (dentro do produto)
Há mais alguma coisa que eu perdi?
Se as principais restrições de projeto de um produto são tamanho e dissipação de calor, por que essa não seria a escolha lógica?
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Respostas:
Há muitas razões para isso, e nem sempre é óbvio.
Anos atrás, era comum as fontes de alimentação produzirem vários trilhos. Geralmente +12, +5 e -12v, mas outras variações eram comuns. Normalmente, a maior parte da energia estava disponível no trilho + 5v. + 12v teve a segunda maior quantidade de energia. E -12v geralmente tinha o mínimo.
Mas quando a lógica digital começou a funcionar a partir de tensões mais baixas, várias coisas interessantes aconteceram.
O maior é que a corrente subiu. Nenhuma grande surpresa, realmente. 12 watts em 12v é apenas 1 amp. Mas 12 watts em 1v requer 12 amperes! Os modernos processadores da Intel podem exigir mais de 50 amperes a algo em torno de 1 volt. Mas à medida que a corrente aumenta, o mesmo ocorre com a queda de tensão nos fios e, portanto, a energia é desperdiçada. Se a fonte de alimentação estiver localizada na extremidade de um cabo de 1 a 2 pés, suas perdas de energia se tornarão grandes em comparação com a fonte de alimentação localizada ao lado da carga. Além disso, a regulação rigorosa da tensão se torna mais problemática devido aos efeitos indutivos do cabo. Portanto, a coisa apropriada a fazer seria obter uma tensão mais alta da fonte de alimentação CA / CC e depois regular a tensão para uma tensão mais baixa na carga. A indústria parece estar usando + 12v como uma tensão de distribuição de energia mais alta,
A outra coisa é que o número de barramentos necessários em uma PCB se tornou grande. Um sistema recente que eu projetei possui os seguintes trilhos: + 48v, +15, +12, +6, +3,3, +2,5, +1,8, +1,5, +1,2, +1,0 e -15v. São onze trilhos de força! Muitos deles eram para circuitos analógicos, mas seis deles eram apenas para lógica digital. E, à medida que novos chips são desenvolvidos, o número de trilhos de energia está aumentando e as tensões estão diminuindo.
O que isso fez com o setor de fontes de alimentação AC / DC é que eles estão padronizando os suprimentos com um único trilho de saída, e esse trilho geralmente é + 12v, + 24v ou + 48v-- sendo +12v o mais comum de longe . Como todo mundo começou a usar conversores DC / DC locais em sua PCB, e a maioria consumiu + 12v, isso faz mais sentido. Além disso, devido ao volume de suprimentos sendo produzido, um único suprimento de saída de + 12v é muito mais fácil de obter e mais barato do que qualquer outro suprimento.
Existem, é claro, outros fatores que não devem ser ignorados. No entanto, é difícil concordar em muito menos explicar seu impacto. Vou tocar brevemente neles abaixo ...
Quando uma empresa de PS precisa decidir sobre quais trilhos fabricar, elas acabam com tantas variações que podem também criar suprimentos personalizados. A menos que padronizem apenas algumas tensões comuns com uma única saída.
Quando um PS tem várias saídas, a corrente fornecida em cada saída geralmente está errada. Mesmo apenas os suprimentos +5, +12 e -12 costumavam ser que a maior parte da corrente estava no trilho + 5v. Hoje, porém, ele estaria no trilho + 12v por causa de todo o ponto a jusante do suprimento de carga. Adicione as variações de como a energia é distribuída aos diferentes trilhos às já enormes opções de tensão e, para uma simples fonte de 3 saídas, você pode facilmente ter centenas ou milhares de variações de como configurar a fonte.
Ao construir suprimentos, o volume é importante. Quanto mais você ganha, mais barato pode ser. Se você tem uma centena de variações de um suprimento, dividiu seu volume por uma variação por 100. Isso significa que seu custo aumentou significativamente. Mas se você criar 4 variações, o volume poderá permanecer alto e custar baixo.
Se você tiver uma necessidade específica do que será um produto de alto volume, é comum ter um suprimento totalmente personalizado. Nesse caso, um suprimento de várias saídas pode fazer sentido.
Múltiplas fontes de saída tendem a regular apenas um trilho e permitem que os outros trilhos rastreiem esse trilho e tenham especificações de regulamentação mais frouxas. Isso pode não ser importante para alguns, mas para os trilhos de baixa tensão usados pela lógica digital moderna, isso pode ser um arrasador.
Aí está: os suprimentos de trilho único estão se tornando cada vez mais populares por causa dos avanços tecnológicos, leis e economia.
Atualização: Eu estava falando sobre fontes de alimentação em geral. Os mesmos conceitos básicos se aplicam a suprimentos internos ou externos.
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Primeiro, a regulação de 24 V a 5 V requer praticamente regulagem de comutação; caso contrário, você estaria queimando P = 19 · I watts. Às vezes você precisa de regulação linear, o que exigiria uma queda de tensão muito menor.
Por que você não vê frequentemente fontes de alimentação com saídas de 5, 3,3 e 1,8 V, para escolher seu exemplo, há vários motivos:
Seus valores são comuns, mas não exatamente um padrão. O que acontece quando alguém deseja adicionar um trilho de 1,2 V ou 1,5 V ou ...?
Se você projetar uma linha de fonte de alimentação que cubra as 10 tensões de trilho mais comuns e ofereça todas as combinações possíveis, seria:
São 1.023 opções! (2 N -1, onde N = 10 aqui.)
Coloque-se no lugar do fabricante.
Seu desafio: crie mais de mil produtos volumosos diferentes que diferem de maneiras que não são facilmente automatizadas. Você poderia criar um software que usasse os parâmetros de entrada e cuspisse um layout de placa e BOM, mas provavelmente é mais barato pagar a um engenheiro ruim para analisar as opções.
Essas mais de mil fontes de alimentação precisam ser enviadas, armazenadas e reenviadas pela cadeia de suprimentos.
Alguns serão mais populares do que outros, muitos ficarão sem estoque às vezes e, quando em estoque, ocuparão muito espaço nas prateleiras, por isso serão duplamente caros, o que diminui ainda mais a demanda, aumenta os custos , qual...
Algumas combinações de tensões ferroviárias serão tão impopulares que nenhum dos distribuidores as armazenará, portanto você precisará oferecê-las somente sob demanda. Isso é efetivamente fabricação personalizada, o que significa que você terá que cobrar do cliente mais do que custaria para ele mesmo construir.
No final, você sai do negócio.
Você pode reduzir muito o número de itens para estocar, reduzindo N acima. Com N = 5 opções de trilhos, você só precisa projetar, construir, distribuir e reenviar 31 produtos diferentes. Mas agora você perde muitas opções desejadas, portanto, dificilmente está melhor do que a maioria dos seus concorrentes, que enviam apenas 1-3 combinações de trilhos, mas seus custos são mais altos e você sai do negócio novamente.
Você fala em economizar dinheiro se a fonte de alimentação externa tiver os trilhos necessários, mas na verdade não economiza dinheiro. Para fornecer os trilhos desejados, você ainda precisa ter os reguladores. Eles agora vivem dentro da fonte de alimentação.
Se você acha que isso não importa, compare os preços de fontes de alimentação regulamentadas e não regulamentadas. Uma verruga comum não regulamentada custa cerca de US $ 6, enquanto uma versão regulamentada pode ser o dobro disso, ou mais.
Se você colocar os reguladores dentro da fonte de alimentação, eles estarão longe do ponto de carga, para que você tenha quedas de infravermelho. Isso pode ser um grande problema quando as correntes ficam altas, como costuma acontecer quando as tensões ficam baixas. Muito melhor para regular perto do ponto de carga.
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Se eu estivesse projetando algo que precisasse de vários barramentos, minha intuição me levaria a ter todos os circuitos de alimentação alimentados por uma fonte externa.
A principal razão é que isso me salva o problema, durante o projeto de ter três ou quatro fontes de alimentação alimentando o protótipo. Há outros motivos também: -
Provavelmente também é mais fácil encontrar uma verruga de parede pronta para uso.
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