Wie kann ich eine robuste und professionelle Stromversorgungsschaltung entwerfen?

Klingt wie eine Hausaufgabenfrage :-).

Wenn Sie so detailliert fragen müssen, wie Sie fragen, benötigen Sie mehr Input und Lernen, als Sie hier in einer einzigen Antwort erhalten.

Wenn dies ein echtes Projekt ist, das Geld wert ist, dann ist das die Art von Aufgabe, für die es sich lohnt, Geld für das Design oder den professionellen Input auszugeben.

Aber:

Angenommen, die Lebensdauer beträgt 100.000 Stunden = 11,4 Jahre x 8765 Stunden pro Jahr.

• Kondensatoren können Aluminium-Elektrolytkondensatoren sein, wenn Sie richtig entwerfen. Ein 2000-Stunden-Kondensator muss bei 60 °C unter Nenntemperatur betrieben werden. 105C-Kappen benötigen also 105C - 60 = 45C Umgebungstemperatur oder weniger und vorzugsweise viel weniger. Das klingt einfach, muss aber die lokale Temperatur + den Anstieg des Gehäuses + die Eigenerwärmung + die Strahlung anderer Komponenten + alle lokalen Hotspots durch andere Luftströme berücksichtigen. Pflege wird benötigt. 3000- oder 4000-Stunden-Obergrenzen helfen. Beachten Sie, dass Aluminium-Nasselektrolytkappen bei einer bestimmten Temperatur SCHNELLER sterben, wenn sie nicht mit Strom versorgt werden, als wenn sie mit Strom versorgt werden (aufgrund von Austrocknung).

• Solide Aluminiumkappen sind einfacher zu verwenden, wenn Größe und Preis dies zulassen.

• Tantalkappen sind verlockend und funktionieren gut, wenn das Design makellos ist und die Realität der Theorie folgt. Wenn dies in einem Spiel ist, ist es das Risiko vielleicht wert. Wenn es sich in einem U-Boot oder Raumschiff befindet, senden Sie jetzt eine Tantalverpackung.

• Verstehen Sie Temperatur-Derating, Ripple-Strom-Derating.

• Kaufen Sie Komponenten bekannter, vertrauenswürdiger Marken UND stellen Sie sicher, dass das, was Sie kaufen, das ist, was es zu sein behauptet. Eingehende Inspektionen so oft wie nötig, um Gewissheit zu wahren.

• Behandeln Sie ESD-Probleme (elektrostatische Entladung) richtig, wenn es heißt, sich nicht näher an xxx von der Dichtung biegen, dann tun Sie es nicht, wenn es heißt, Klemme, um Beschädigungen durch Stöße beim Schneiden oder Biegen zu vermeiden, dann tun Sie es. Beachten Sie auch die Herstellerhinweise zur maximalen Lagerzeit bei xx % relativer Luftfeuchtigkeit, Nachbehandlung bei zu lange geöffneten Verpackungen, Reflow-Löttemperaturprofile, Hinweise, dass ein Teil nicht mit xxx gelötet werden darf, Warnungen zur Ultraschallreinigung, Warnungen zur Lösungsmittelreinigung, do xxx nicht stapeln, keine Gewalt auf xxx anwenden, ... Herstellerhinweise.

• Richtig gestalten. Verwenden Sie Worst-Case-Parameter, Porendatenblatt für Ausnahmen und besondere Anforderungen. auf konservativer Seite irren.

• Für Folgendes, vor dem Sie geschützt werden möchten, sollten Sie Folgendes beachten: Nehmen Sie an, im schlimmsten Fall Netztransienten, Einbrüche, Spannungsabfälle, Blitzeinschläge, höhere Gewalt, Handlungen von Kindern, Handlungen von Betrunkenen und Menschen mit niedrigem IQ, Handlungen von Mäusen Ratten, Ameisen und Kakerlaken (nagen, urinieren, koten, nisten, sterben, ...), 100% kondensierende Atmosphären, niedrige Luftfeuchtigkeit, Klimaanlagenausfall, verschütteter Kaffee, verschüttete Cola ... .

• Wenn es Ihnen wichtig ist, gehen Sie davon aus, dass 110-V-Wechselstrom-Geräte an ein 230-V-Wechselstrom-Netz angeschlossen werden. Nehmen Sie an, dass 60-Hz-Geräte an 50-Hz-Geräte angeschlossen werden (Eisenkerntransformatoren kümmern sich um andere Dinge) und umgekehrt.

• Längs- und Quernetzfilter verstehen. Verstehen Sie die Nennwerte der X- und Y-Filterkondensatoren. Beachten Sie, dass Netz-zu-Ausgangs-Y-Kappen zerstörerische Ausgangsspannungen erzeugen können (normalerweise eine halbe Mannspannung).

• Ermöglichen Sie Verschlechterungen von Komponenten und Änderungen der Eigenschaften im Laufe der Zeit - Kondensatoraustrocknung, LED-Verschlechterung (insbesondere einschließlich Optokoppler), thermische Verschlechterung von Spulenbindern mit Eisenkern, ... .

• Machen Sie sich bewusst, warum Komponenten Nennwerte haben – Spannungsnennwerte für Widerstände, Überspannungsnennwerte (ohne Sicherung) für Sicherungen, Temperaturanstieg für Gleise, Widerstandsstrom im Gegensatz zu Leistungsnennwerten, Leistungshalbleiterspitze vs. maximale Betriebsnennwerte, dV/dT Opto-Nennwerte. .. .

Das ist ein Mal leicht aus meinem Vorsprung heraus. Es kann noch viel mehr geben. Knausern oder ignorieren Sie fast alle davon und Ihre 10-jährige Lebensdauer ist verdächtig. 100.000 Stunden sind eine lange Zeit. Überleben ist normalerweise durch groben, dummen Overkill oder geschicktes Design, aber selten durch Glück. Wenn Sie sich glücklich fühlen, werden Sie es wahrscheinlich nicht sein.

Erstellen Sie ein Gesamtbild dessen, was Sie tun möchten, kennen Sie Gefahren, kennen Sie Abschwächungen und vernünftige Lösungen. Sorge es zu Tode, wenn du nicht willst, dass es stirbt.

Mehr ...

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Diese hervorragende Referenz, bereitgestellt von @davidcarey, ist eine unverzichtbare Lektüre.

Unterschätzung der Komplexität des Stromversorgungsdesigns – Die Unterschätzung der Komplexität des Stromversorgungsdesigns kann zu Terminverschiebungen, Kostenüberschreitungen und übermäßigen Feldausfällen führen.

Nützlich:

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Price vs Value - A Technical Guide
NAVSO P-3641A (Ersetzt NAVMAT P-4855-1A) Oktober 1999

Stromversorgungsstandards

Die anfälligsten Bauteile in Bezug auf die Lebensdauer sind Elektrolytkondensatoren . Die Standardlebensdauer beträgt 2000 Stunden, langlebige Teile sind in der Regel 5000 Stunden. Das ist nicht viel, aber es gibt eine Faustregel, die besagt, dass Sie für jede 10 °C, die Sie unter der angegebenen Temperatur bleiben, die Lebensdauer verdoppeln können. Eine 105°C-Kappe, die bei 55°C arbeitet, hat also eine Lebensdauer von 2000 * 32 = 64000 Stunden. Das sind 7,4 Jahre Dauerbetrieb . Langlebige Typen erhalten Sie über 20 Jahre.
Hier berührten wir einen wichtigen Faktor: Temperatur . Hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer der Komponenten. Wenn Sie in einem Linearregler von 24 V auf 3,3 V bei 1 A wechseln möchten, müssen Sie 20 W verbrauchen. Das ist eine Menge. Ein Schaltreglerkann eine bessere Lösung sein.

In Bezug auf spezielle Schutzkomponenten würde ich eine Sicherung verwenden , um das Produkt als Ganzes zu schützen, und einen Varistor am Stromversorgungseingang, um speziell vor Spannungsspitzen zu schützen.

Das Entwerfen für solche Anforderungen geht weit über die Kompetenz eines Bastlers/Hackers hinaus.

Zunächst müssen Sie viel Wissen über Macht haben. Sie müssen die Topologie, die Sie implementieren möchten, vollständig verstehen, um ein genaues mathematisches Modell davon erstellen zu können, bevor Sie mit dem Erstellen beginnen (um sicherzustellen, dass das, was Sie erstellen werden, funktioniert). Sie müssen wissen, wo die Belastungen liegen, wie Sie sie messen und gegebenenfalls verbessern können.

Die Wäscheliste der Komponenten, die Sie in Ihrer Frage erwähnt haben, lässt mich glauben, dass Sie kein Experte für Netzteildesign sind. Wenn dies der Fall ist, empfehle ich dringend, entweder einen Experten zu finden, der das Design übernimmt, oder das Design an ein auf Stromumwandlung spezialisiertes Unternehmen zu vergeben.

Über das Wissen hinaus - wenn Sie nicht über ein gut ausgestattetes Labor verfügen (das heißt, das für die Leistungsentwicklung gut geeignet ist), haben Sie nicht einmal die Möglichkeit, die kritischsten Parameter richtig zu messen. Ohne diese Daten gibt es keine Möglichkeit zu wissen, ob das, was Sie tun, eine Chance auf langfristige Zuverlässigkeit (oder kurzfristige Explosionsfähigkeit, um einen Begriff zu prägen) hat.

Haben Sie ein Oszilloskop mit guter Eingangsbandbreite? Sonden mit hoher Bandbreite? Genaue Stromshunts? Präzise Stromzangen mit hoher Bandbreite? Ein Gain-Phase-Analysator? Ein Spektrumanalysator? Ein EMI-Analysator? Ein Leistungsanalysator? Eine Datenerfassungseinheit? Thermoelemente? Eine IR-Kamera? Dies ist nur ein Beispiel dessen, was Sie benötigen, um ein Netzteil richtig zu bewerten.

Ja, ich sagte bewerten. Selbst wenn Sie das Design nicht selbst vornehmen, können Sie ohne die meisten dieser Geräte ein Netzteil nicht zuverlässig testen . Sie sind dem Anbieter ausgeliefert.