Wenn ich ein Produkt habe, für das intern mehrere Spannungsschienen erforderlich sind, warum ist es für mein externes Netzteil sinnvoll, nur eine einzige Schiene zu beziehen?
Zum Beispiel, wenn ich ein Produkt habe, das intern die folgenden DC-Versorgungsschienen benötigt
- 5 V bei 2 A, 10 W.
- 3V3 @ 4A, 13W
- 1V8 @ 4A, 7W
und mit einem externen AC / DC-Adapter, was sind die Gründe für die Erzeugung einer einzelnen höheren Spannung (z. B. 24 VDC bei 1,25 A, 30 W) innerhalb des Adapters, wenn ich diese Spannung noch mit 3 DC / DC-Wandlern im Produkt senken müsste ?
Die Vorteile, die ich für eine zweistufige Regelung sehe, sind: - Bessere Leitungsregelung aufgrund von zwei Filterstufen - Geringere Kosten für Gleichstromstecker / -buchse und -kabel aufgrund weniger Leiter - Niedrigere Kosten für Gleichstrom-Eingangsstecker / -buchse und -Kabel aufgrund geringerer Nennstrom - Bessere Leitungs- / Lastregelung durch Colocation von Versorgung und Last.
- Reduzierte Rauschquerkopplung durch einzelne Spannung im Kabel
Die Vorteile, die ich für eine einstufige externe Regelung sehe, sind: - Geringere BoM-Kosten durch Entfernen einer Reglerstufe - Erhöhte Leistungseffizienz durch Entfernen einer Reglerstufe - Erhöhte Wärmeleistung durch Entfernen einer Reglerstufe - Alle Reglerverluste treten außerhalb von auf das Produkt - Reduzierte Produktgröße durch Entfernen der Regler (innerhalb des Produkts)
Gibt es noch etwas, das ich vermisst habe?
Wenn die primären Designbeschränkungen eines Produkts Größe und Wärmeableitung sind, warum wäre dies nicht die logische Wahl?
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Antworten:
Dafür gibt es viele Gründe, und das ist nicht immer offensichtlich.
Vor Jahren war es üblich, dass Netzteile mehrere Schienen ausgaben. Normalerweise +12, +5 und -12 V, aber andere Variationen waren häufig. Normalerweise war der größte Teil der Leistung auf der + 5V-Schiene verfügbar. +12 V hatten die zweitgrößte Leistung. Und -12v hatte normalerweise am wenigsten.
Aber als die digitale Logik anfing, mit niedrigeren Spannungen zu arbeiten, passierten einige interessante Dinge.
Das Größte ist, dass der Strom gestiegen ist. Eigentlich keine große Überraschung. 12 Watt bei 12 V sind nur 1 Ampere. Aber 12 Watt bei 1V erfordern 12 Ampere! Moderne Intel-CPUs benötigen möglicherweise mehr als 50 Ampere bei etwa 1 Volt. Aber wenn der Strom steigt, fällt auch die Spannung in den Drähten ab und somit wird Energie verschwendet. Befindet sich das Netzteil am Ende eines 1 bis 2 Fuß langen Kabels, werden Ihre Stromverluste größer als wenn sich das Netzteil direkt neben der Last befindet. Außerdem wird eine enge Spannungsregelung aufgrund der induktiven Effekte des Kabels problematischer. Am besten wäre es also, wenn eine höhere Spannung aus dem AC / DC-Netzteil austritt und diese dann an der Last auf eine niedrigere Spannung herunterreguliert. Die Industrie scheint +12 V als höhere Stromverteilungsspannung zu verwenden.
Die andere Sache ist, dass die Anzahl der auf einer Leiterplatte erforderlichen Stromschienen groß geworden ist. Ein kürzlich von mir entworfenes System verfügt über die folgenden Schienen: + 48 V, + 15, + 12, + 6, + 3,3, + 2,5, + 1,8, + 1,5, + 1,2, + 1,0 und -15 V. Das sind elf Stromschienen! Viele davon waren für analoge Schaltungen bestimmt, sechs jedoch nur für digitale Logik. Und mit der Entwicklung neuer Chips steigt die Anzahl der Stromschienen und die Spannungen nehmen ab.
Dies hat der AC / DC-Stromversorgungsindustrie bewirkt, dass sie die Versorgung mit einer einzigen Ausgangsschiene standardisiert und diese Schiene normalerweise +12 V, +24 V oder +48 V beträgt, wobei +12 V bei weitem die häufigste ist . Da jeder anfing, lokale DC / DC-Wandler auf seiner Leiterplatte zu betreiben und die meisten +12 V aufnehmen, ist dies am sinnvollsten. Aufgrund des Umfangs der Lieferungen ist eine einzelne + 12-V-Ausgangsversorgung viel einfacher und billiger als jede andere Lieferung.
Es gibt natürlich noch andere Faktoren, die nicht ignoriert werden sollten. Es ist jedoch schwierig, sich darauf zu einigen, ihre Auswirkungen zu erklären. Ich werde sie unten nur kurz ansprechen ...
Wenn ein PS-Unternehmen entscheiden muss, welche Schienen hergestellt werden sollen, gibt es so viele Variationen, dass es genauso gut kundenspezifische Lieferungen herstellen kann. Es sei denn, sie standardisieren nur ein paar gemeinsame Spannungen mit einem einzigen Ausgang.
Wenn ein PS mehrere Ausgänge hat, ist der an jedem Ausgang gelieferte Strom normalerweise falsch. Sogar nur die +5, +12 und -12 Versorgungen waren früher der größte Teil des Stroms auf der + 5V-Schiene. Aber heute wäre es auf der + 12V-Schiene wegen der gesamten nachgelagerten Lastversorgung. Fügen Sie die Variationen über die Verteilung der Energie auf die verschiedenen Schienen zu den bereits riesigen Spannungsoptionen hinzu, und für eine einfache 3-Ausgangs-Versorgung könnten Sie leicht Hunderte oder Tausende von Variationen über die Konfiguration der Versorgung erhalten.
Bei Baumaterialien kommt es auf das Volumen an. Je mehr Sie verdienen, desto billiger können sie sein. Wenn Sie hundert Variationen eines Angebots haben, haben Sie Ihr Volumen für eine Variation durch 100 geteilt. Das bedeutet, dass Ihre Kosten erheblich gestiegen sind. Wenn Sie jedoch 4 Varianten erstellen, kann das Volumen hoch bleiben und niedrige Kosten verursachen.
Wenn Sie einen speziellen Bedarf an einem Produkt mit hohem Volumen haben, ist es üblich, eine vollständig kundenspezifische Lieferung zu haben. In diesem Fall kann eine Versorgung mit mehreren Ausgängen sinnvoll sein.
Mehrfachausgangsversorgungen regeln in der Regel nur eine Schiene und ermöglichen es den anderen Schienen, diese zu verfolgen, und haben lockerere Regelungsspezifikationen. Dies mag für einige nicht von Bedeutung sein, aber für die von der modernen digitalen Logik verwendeten Niederspannungsschienen kann dies ein Killer sein.
Also los geht's: Single-Rail-Lieferungen werden aufgrund des technologischen Fortschritts, des Ohmschen Gesetzes und der Wirtschaftlichkeit immer beliebter.
Update: Ich habe allgemein über Netzteile gesprochen. Die gleichen Grundkonzepte gelten sowohl für interne als auch für externe Lieferungen.
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Zunächst einmal erfordert das Regulieren von 24 V auf 5 V so ziemlich das Umschalten der Regulierung, sonst würden Sie P = 19 · I Watt brennen. Manchmal benötigen Sie eine lineare Regelung, die einen viel geringeren Spannungsabfall erfordert.
Es gibt viele Gründe, warum Sie nicht oft Netzteile mit 5, 3,3 und 1,8 V Ausgängen sehen, um Ihr Beispiel zu nennen:
Ihre Werte sind üblich, aber nicht gerade ein Standard. Was passiert, wenn jemand anderes eine 1,2-V-Schiene oder 1,5-V oder ... hinzufügen möchte?
Wenn Sie eine Stromversorgungsleitung entwerfen würden, die die 10 häufigsten Schienenspannungen abdeckt und alle möglichen Kombinationen bietet, wäre dies:
Das sind 1.023 Möglichkeiten! (2 N -1, wobei hier N = 10.)
Versetzen Sie sich in die Lage des Herstellers.
Ihre Herausforderung: Stellen Sie über tausend verschiedene sperrige Produkte her, die sich in einer Weise unterscheiden, die nicht einfach zu automatisieren ist. Sie könnten eine Software entwerfen, die die Eingabeparameter übernimmt und ein Kartenlayout und eine Stückliste ausspuckt, aber es ist wahrscheinlich billiger, einen armen Techniker zu bezahlen, um die Optionen durchzuarbeiten.
Diese mehr als tausend Netzteile müssen dann von der Lieferkette versendet, gelagert und erneut versandt werden.
Einige werden populärer sein als andere, so dass viele manchmal nicht vorrätig sind und wenn sie auf Lager sind, viel Regalfläche beanspruchen, so dass sie doppelt teuer sind, was die Nachfrage weiter senkt, was die Kosten erhöht , welche...
Einige Kombinationen von Schienenspannungen sind so unbeliebt, dass keiner der Händler sie auf Lager hat. Sie müssen sie daher nur auf Anfrage anbieten. Das ist effektiv kundenspezifische Fertigung, was bedeutet, dass Sie dem Kunden mehr in Rechnung stellen müssen, als es für ihn kosten würde, es selbst zu bauen.
Am Ende gehen Sie aus dem Geschäft.
Sie können die Anzahl der zu lagernden Artikel erheblich reduzieren, indem Sie N oben reduzieren . Mit N = 5 Schienenoptionen müssen Sie nur 31 verschiedene Produkte entwerfen, bauen, vertreiben und neu versenden. Aber jetzt verpassen Sie viele gewünschte Entscheidungen, sodass Sie kaum besser dran sind als der Großteil Ihrer Konkurrenten, die nur 1-3 Schienenkombinationen versenden, aber Ihre Kosten sind höher, sodass Sie wieder aus dem Geschäft gehen.
Sie sprechen davon, Geld zu sparen, wenn das Off-Board-Netzteil über die erforderlichen Schienen verfügt, aber Sie sparen tatsächlich kein Geld. Um die gewünschten Schienen bereitzustellen, müssen Sie noch die Regler haben. Sie leben jetzt nur noch in der Stromversorgung.
Wenn Sie der Meinung sind, dass dies keine Rolle spielt, vergleichen Sie die Preise für regulierte und nicht regulierte Netzteile. Eine gewöhnliche unregulierte Wandwarze kostet ungefähr 6 US-Dollar, während eine regulierte Version doppelt so hoch sein kann oder mehr.
Wenn Sie die Regler in das Netzteil einbauen, sind sie weit vom Lastpunkt entfernt, sodass Sie mit IR-Abfällen zu kämpfen haben. Dies kann eine große Sache sein, wenn die Ströme hoch werden, wie dies häufig der Fall ist, wenn die Spannungen niedrig werden. Weitaus besser in der Nähe des Lastpunktes zu regulieren.
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Wenn ich etwas entwerfen würde, das mehrere verschiedene Stromschienen benötigt, würde mich meine Intuition dazu bringen, alle Stromkreise von einer externen Quelle zu speisen.
Der Hauptgrund ist, dass es mir die Mühe erspart, drei oder vier Netzteile für den Prototyp zu verwenden. Es gibt auch andere Gründe:
Es ist wahrscheinlich auch einfacher, eine handelsübliche Wandwarze zu finden.
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