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AC-DC电源:制作或购买吗?

2012年8月28日
多年来,设计师们一直在纠结是自己制造直流电源还是买一个。可用的工具和组件、项目标准和对供应的需求最近发生了变化,这使人们对这种困境有了新的认识。

设计师已经摔跤,有什么问题并使自己的AC-DC电源或从外部供应商购买多年。虽然项目标准,可用的工具和组件以及供应对供应的要求可能发生了变化,但决定的重要性没有。

典型的AC-DC单元从AC线电源(标称120/240 V,50/60Hz)操作,并提供一个或多个直流轨,通常从几伏到约48 V,低于1000W。例如,基于模型图。1的)

1.在“使与买入”决定中,来自N2Power的375-W单位等市售供应可以提供难以实现和验证的性能,包装和价格组合。

但今天的供应不仅仅是提供电力。它们必须满足日益严格的安全法规、电磁/射频干扰(EMI/RFI)标准、效率要求和功率因数校正(PFC)目标。在一些特殊应用中,如医疗器械,他们还必须将泄漏保持在一定阈值以下,并确保组件故障不会导致危及生命的情况。

制作设计似乎很容易

今天的ICS使设计自己的电源更容易。许多IC用于PFC的控制和算法,提高效率,瞬态响应和负载/线性性能,同时最小化EMI。他们的高级拓扑和操作模式很难设计。

一些ic支持数字控制电源,系统可以监控电源的许多内部参数,并根据内部因素(如负载)和外部因素(如环境温度和交流电力成本)动态调整它们,以实现最佳运行。

此外,供应商提供的参考设计和开发工具乍一看可能使供应设计变得微不足道。这些材料分为两类。在第一种方法中,您将获得特定电源(如375w, 48v dc)的详细参考设计,包括原理图、印刷电路板(PCB)布局和材料清单(BOM)。在第二种情况下,您使用供应商工具来定义您的规范。然后工具返回适当的IC或IC、无源组件、原理图、布局和性能曲线。

最常见的是,设计人员制作自己的电源,因为产品的形状因素是不寻常的或独特的。Apple的笔记本电源是一个很好的例子图2的)。有时,标准用品无法满足包装限制。

2.有时候,由于产品的独特性,内部设计更受青睐,比如苹果的MagSafe交直流电源。

此外,这些消费产品的较高数量可能是定制设计的一个强有力的理由。如果你一个月要生产1000台左右或更多的产品,你就得摊销设计和确认过程,仔细的BOM分析可能会显示你可以获得更高的利润率。

此外,您的需求可能超出现有的范围,或者很少有供应商能够满足您的需求,从而促使您设计自己的供应。有些电源可能需要高直流电压,比如超过1000伏特,尽管有些供应商可能接近你的需要,或可以修改他们提供的。

电源设计是在标称性能、效率、热问题、最大/最小参数性能、成本、复杂性、可靠性、技术风险和BOM供应商不确定性之间的权衡和约束之间的平衡。尽管如此,在一些应用中,一个参数是如此重要,以至于只有定制的、自己做的供应将适合,因为没有商业上可用的单元优先考虑该参数。

如果你的需求比通常可用的供应宽松,你也可以设计自己的供应,这样你就可以少用一些。一个基本指示灯的电源可能有松散的输出精度规格,例如±5%,很少或没有瞬态负载问题,所以一个低成本的设计可能是所有需要的。在另一方面,你可能需要比现有的更好的规格,这有时是科学应用的情况。

自己设计的最后一个原因是内部专业知识。如果您已经从事供应设计多年,熟悉平衡、满足和测试技术和法规要求,那么您将领先于许多在数字设计方面有专长的设计oem。

那么为什么不设计自己的?

基本供应设计可能很简单,但满足所有性能和监管规范的完全合格的设计并非如此。这甚至没有考虑完整设计中许多组件的成本和采购。

从设计本身开始。集成电路可以实现复杂的拓扑结构,但每个交直流电源需要许多非集成电路元件。定义和寻找它们可能是一件令人头疼的事情,特别是当它们的次要特征发挥作用时。例如,电容和工作电压定义了一个电容器,但其等效串联电阻(ESR)影响其工作,特别是在较高的频率下。

即使有正确的部分,你也面临着供应商问题。您的采购组可以替代名义上相同的部分进行电感,例如节省成本。因此,可能会出现几个月的现场问题。

您还需要决定您的设计的最小和最大工作范围:它是一个限制范围的线路电压,如名义120v ac±10%,还是全范围(120/ 240v ac)?前者的设计更简单,成本更低,但它也意味着,如果你打算服务于全球市场,你需要为其他交流电源进行二次设计。

您需要设计测试计划。您将如何确保它在角落案件中工作,例如高/低线+最大的环境温度,+线/负载瞬变,全部发生一次?

接下来的冷却。你打算使用对流冷却吗?你是否有工具来建模你的供应和它的操作环境,以确定可用的气流将是足够的?不管怎样,在使用中,供应是用哪种方式安装的?这对冷却情况有很大的影响。如果你发现你需要一个风扇,你会怎么做?

如果您正在设计自己的供应,您很可能使用来自供应商的IC或芯片组也提供参考设计。参考设计是否已经建立,还是仅仅是一个由模拟支持的原理图?您可能会发现,实际的性能并不是在它应该在的地方,因为物理布局、路由和接地面的大小、功率和控制轨迹,以及连接器将使最好的模拟只是一个粗略的近似实际电路将做什么。

即使参考设计包括打印电路板(PCB)布局,如果您对布局或BOM进行任何更改,则必须非常小心。显然琐碎的变化会对性能产生不利影响。电源是一个闭环放大器,可以振荡,具有瞬态响应问题,以及源头并对EMI / RFI敏感。

监管和标准丛林

即使是精心设计和测试的供应,也面临规则和标准。这些授权在每年在每年逐步逐步逐步逐步逐步逐步挑战。他们涵盖:

  • 基本安全,影响绝缘、隔离技术、布局间距和拓扑设计
  • EMI排放,由供应的运行频率,内部波形,切换特性和布局决定
  • 效率,由使用的交流电源与直流输出功率之间的关系进行评估
  • 功率因数校正(PFC),它定义了如何电阻电源“看起来”作为一个负载交流市电;如果电源不是电阻型的(通常不是),设计必须采用技术使功率因数接近统一(IEC61000-3-2)

更大的挑战是全球范围内的监管,这意味着你将与许多监管机构以及他们独特的测试和经营方式打交道。

结论

今天的IC,参考设计和工具使其比以往任何时候都更容易设计自己的供应。然而,图1中的N2Power单元中规格的组合将非常努力地实现非专家实现,特别是当添加所有监管和制造问题时。

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