Wenn ich ein Produkt habe, das intern mehrere Spannungsschienen benötigt, warum ist es dann sinnvoll, dass meine externe Stromversorgung nur eine einzige Schiene bezieht?
Zum Beispiel, wenn ich ein Produkt habe, das intern die folgenden DC-Versorgungsschienen benötigt
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) im Adapter, wenn ich diese Spannung immer noch mit 3 DC/DC-Wandlern im Produkt heruntersetzen müsste ?
Die Vorteile, die ich für die zweistufige Regelung sehe, sind: - Bessere Leitungsregelung aufgrund von zwei Filterstufen - Niedrigere Kosten für DC-Stromeingangsstecker/-buchse und -kabel aufgrund von weniger Leitern - Niedrigere Kosten für DC-Stromeingangsstecker/-buchse und -kabel aufgrund geringerer Kosten Nennstrom - Bessere Netz-/Lastregelung durch gemeinsame Anordnung von Versorgung und Last.
- Reduzierte Rauschüberkopplung durch Einzelspannung im Kabel
Die Vorteile, die ich für eine einstufige externe Regelung sehe, sind: - Niedrigere Materialkosten durch Entfernen einer Reglerstufe - Erhöhte Energieeffizienz durch Entfernen einer Reglerstufe - Erhöhte thermische Leistung durch Entfernen einer Reglerstufe - Alle Reglerverluste treten außerhalb auf das Produkt - Reduzierte Produktgröße durch Entfernen von Reglern (innerhalb des Produkts)
Gibt es noch etwas, das ich verpasst habe?
Wenn die Haupteinschränkungen beim Design eines Produkts Größe und Wärmeableitung sind, warum wäre dies dann nicht die logische Wahl?
Dafür gibt es viele Gründe, und es ist nicht immer offensichtlich.
Vor Jahren war es üblich, dass Netzteile mehrere Rails ausgaben. Normalerweise +12, +5 und -12 V, aber andere Variationen waren üblich. Typischerweise war der größte Teil der Leistung auf der +5-V-Schiene verfügbar. +12v hatte die zweitgrößte Leistung. Und -12v hatte normalerweise am wenigsten.
Aber als die digitale Logik begann, mit niedrigeren Spannungen zu laufen, geschahen einige interessante Dinge.
Das Größte ist, dass der Strom gestiegen ist. Keine große Überraschung, wirklich. 12 Watt bei 12 V sind nur 1 Ampere. Aber 12 Watt bei 1 V erfordern 12 Ampere! Moderne Intel-CPUs benötigen möglicherweise mehr als 50 Ampere bei etwa 1 Volt. Aber wenn der Strom ansteigt, sinkt auch die Spannung in den Drähten, und somit wird Energie verschwendet. Wenn sich das Netzteil am Ende eines 1-2-Fuß-Kabels befindet, werden Ihre Leistungsverluste im Vergleich zu einem direkt neben der Last befindlichen Netzteil groß. Außerdem wird eine enge Spannungsregelung aufgrund der induktiven Effekte des Kabels problematischer. Das Richtige wäre also, eine höhere Spannung aus der AC/DC-Stromversorgung kommen zu lassen und sie dann an der Last auf eine niedrigere Spannung herunterzuregeln. Die Industrie scheint +12 V als diese höhere Stromverteilungsspannung zu verwenden, obwohl andere Spannungen nicht unbekannt sind.
Die andere Sache ist, dass die Anzahl der Stromschienen, die auf einer Leiterplatte benötigt werden, groß geworden ist. Ein kürzlich von mir entworfenes System hat 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, aber sechs davon allein für digitale Logik. Und mit der Entwicklung neuer Chips nimmt die Anzahl der Stromschienen zu und die Spannungen ab.
Was dies für die AC/DC-Stromversorgungsindustrie bewirkt hat, ist, dass sie auf Versorgungen mit einer einzigen Ausgangsschiene standardisiert, und diese Schiene ist normalerweise +12 V, +24 V oder +48 V – wobei +12 V bei weitem am häufigsten ist . Da jeder damit begonnen hat, lokale DC/DC-Wandler auf seiner Leiterplatte herzustellen und die meisten +12 V aufnehmen, ist dies am sinnvollsten. Aufgrund der Menge der hergestellten Lieferungen ist eine einzelne +12-V-Ausgangsversorgung viel einfacher zu bekommen und billiger als so ziemlich jede andere Versorgung.
Natürlich gibt es noch weitere Faktoren, die nicht außer Acht gelassen werden sollten. Es ist jedoch schwierig, sich darauf zu einigen, geschweige denn, ihre Auswirkungen zu erklären. Ich werde sie im Folgenden nur kurz ansprechen...
Wenn ein PS-Unternehmen entscheiden muss, welche Schienen hergestellt werden sollen, würde es am Ende so viele Variationen haben, dass es genauso gut kundenspezifisches Zubehör herstellen könnte. 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. Selbst nur die +5-, +12- und -12-Versorgung war früher so, dass der größte Teil des Stroms auf der +5-V-Schiene lag. Aber heute wäre es wegen all der nachgeschalteten Lastversorgungspunkte auf der +12-V-Schiene. Fügen Sie die Variationen, wie die Leistung auf die verschiedenen Schienen verteilt wird, zu den bereits riesigen Spannungsoptionen hinzu, und für eine einfache Versorgung mit 3 Ausgängen könnten Sie am Ende leicht Hunderte oder Tausende von Variationen zur Konfiguration der Versorgung erhalten.
Beim Bau von Materialien kommt es auf Volumen an. Je mehr Sie verdienen, desto billiger können sie sein. Wenn Sie hundert Variationen eines Angebots haben, haben Sie Ihr Volumen für eine beliebige Variation durch 100 geteilt. Das bedeutet, dass Ihre Kosten erheblich gestiegen sind. Aber wenn Sie 4 Variationen bauen, kann das Volumen hoch und die Kosten niedrig bleiben.
Wenn Sie einen speziellen Bedarf an einem Produkt mit hoher Stückzahl haben, ist es üblich, eine vollständig kundenspezifische Lieferung zu haben. In diesem Fall kann eine Versorgung mit mehreren Ausgängen sinnvoll sein.
Mehrere Ausgangsversorgungen regulieren in der Regel nur eine Schiene und ermöglichen es den anderen Schienen, diese zu verfolgen und lockerere Regulierungsspezifikationen zu haben. Für manche mag das keine Rolle spielen, aber für die Niederspannungsschienen, die von moderner digitaler Logik verwendet werden, kann dies ein Killer sein.
Also los geht's: Single-Rail-Versorgungen werden aufgrund des technologischen Fortschritts, des Ohmschen Gesetzes und der Wirtschaftlichkeit immer beliebter.
Update: Ich sprach allgemein von Netzteilen. Die gleichen Grundkonzepte gelten sowohl für interne als auch für externe Versorgungen.
Zunächst einmal erfordert das Herunterregeln von 24 V auf 5 V ziemlich genau eine Schaltregelung, sonst würden Sie P = 19·I Watt verbrennen. Manchmal benötigen Sie eine lineare Regelung, die einen viel kleineren Spannungsabfall erfordern würde.
Warum man Netzteile mit 5, 3,3 und 1,8 V Ausgängen nicht oft sieht, um ein Beispiel zu nennen, dafür gibt es viele Gründe:
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 müssten, die die 10 gängigsten Schienenspannungen abdeckt und alle möglichen Kombinationen bietet, wäre das:
Das sind 1.023 Auswahlmöglichkeiten! (2 N -1, wobei N=10 hier.)
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 leicht zu automatisieren ist. Sie könnten eine Software entwerfen, die die Eingabeparameter nimmt und ein Platinenlayout und eine Stückliste ausspuckt, aber es ist wahrscheinlich billiger, einen armen Ingenieur zu bezahlen, der die Optionen durchgeht.
Diese über tausend Netzteile müssen dann von der Lieferkette versandt, gelagert und erneut versendet werden.
Einige werden beliebter sein als andere, so viele werden zeitweise nicht vorrätig sein, und wenn sie vorrätig sind, nehmen sie viel Platz im Regal ein, sodass sie doppelt so teuer sind, was die Nachfrage weiter senkt und die Kosten in die Höhe treibt , welcher...
Einige Kombinationen von Schienenspannungen werden so unbeliebt sein, dass keiner der Händler sie auf Lager hat, sodass Sie sie nur auf Anfrage anbieten müssen. 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 stark reduzieren, indem Sie N oben reduzieren. Mit N=5 Schienenoptionen müssen Sie nur 31 verschiedene Produkte entwerfen, bauen, vertreiben und erneut versenden. Aber jetzt verpassen Sie viele gewünschte Optionen, sind also kaum besser dran als die Masse Ihrer Konkurrenten, die nur 1-3-Schienen-Kombinationen liefern, aber Ihre Kosten sind höher, sodass Sie wieder aus dem Geschäft aussteigen.
Man redet davon Geld zu sparen, wenn das Bordnetz die nötigen Schienen hätte, aber eigentlich spart man nicht. 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 geregelte und ungeregelte Netzteile. Eine übliche unregulierte Wandwarze kostet etwa 6 US-Dollar, während eine regulierte Version das Doppelte oder mehr kosten kann.
Wenn Sie die Regler in das Netzteil einbauen, sind sie weit vom Lastpunkt entfernt, sodass Sie mit IR-Abfällen fertig werden müssen. Dies kann eine große Sache sein, wenn die Ströme hoch werden, was oft passiert, wenn die Spannungen niedrig werden. Weitaus besser in der Nähe des Lastpunktes zu regeln.
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, während des Entwurfs drei oder vier Netzteile zu haben, die den Prototyp speisen. Es gibt auch andere Gründe: -
Es ist wahrscheinlich auch einfacher, eine Wandwarze von der Stange zu finden.
David Tweed
Scott Seidmann
John u
Superkatze