Правилен подход при избора и проектирането на захранването

Захранването е съществен елемент във всеки електронен проект. Често решението за проектиране или закупуване на източника на енергия, необходим за приложението, е изключително важно. Най-ефективният и удобен подход зависи от няколко критерия и няма универсален подход.

Има три основни опции, въпреки че по-сложни системи могат да се основават на комбинация от трите. Първият вариант е най-известен на опитни инженери в електронния дизайн, а именно персонализираната силова верига, въпреки че често включва комбинация от стандартни, готови контролери на мощност, заедно с дискретни силови транзистори и пасивни компоненти за филтриране и кондициониране. Вторият вариант е модул, който включва комбинацията от компоненти, намерени в персонализирано решение, налично в един „пакет“, с външни заземителни щифтове и входни и изходни връзки към електропроводи. Такива модули често са напълно капсулирани за опазване на околната среда и лесно свързване. Третият вариант включва съществуващите захранвания на рафта, като това са серийни продукти, които могат да бъдат закупени в зависимост от нуждите на проекта: напълно капсулирани или отворени (тип с отворена рамка). Изцяло капсулираната версия е предпочитана за системи, където се изисква достъп на потребителя, тъй като осигурява най-високо ниво на сигурност.

Решението да се използва персонализиран дизайн, конфигурирани модули или стандартни захранвания често може да е въпрос на традиция. „Това е начинът, по който винаги сме правили“ не е непременно грешен отговор, но може да бъде заключение, придобито от опит, и не бива да се отменя лесно, но заслужава преразглеждане за нов проект с променящи се обстоятелства и технологии. различен подход.

Законодателството, например, е движеща се цел по света и тези, които се занимават с него, постепенно укрепиха законите, покриващи сигурността на енергийните доставки и потреблението на енергия. Механизмите, базирани на традиционните правила за получаване на сертификат за безопасност на захранването на медицински изделия, например, са се фокусирали върху оценки, базирани на риска, които трябва да бъдат подкрепени с доказателства. По същия начин източниците на енергия, които бяха подходящи за захранване на потребителите преди пет години, сега консумират твърде много енергия в режим на готовност, за да бъдат приемливи. Сега законодателството изисква по-сложен контрол и техники в секцията за стабилизация, с които инженерите-дизайнери не са много запознати, дори ако имат дългогодишен опит в проектирането на архитектури на електронни платки.

Ако нов продукт се нуждае от съществени промени в захранването, може да има смисъл екип, който е свикнал да прави персонализирани проекти, да премине към внедряване, базирано на конфигурация, или PSU (блок за захранване), сериен. Производителите на външни или напълно интегрирани захранвания обикновено предоставят сертификат за съответните стандарти. Модулите ще бъдат проектирани да отговарят на стандартите, но крайните системи, в които ще работят, ще се нуждаят от сертифициране.

Въпросът за времето за пускане на пазара може да доведе до подобен извод. Готово проектиран източник на захранване обикновено води до най-бързото време за пускане на пазара - ако се побира в системния корпус. Персонализиран източник на захранване от доставчик на трета страна също ще изисква време за проектиране, настройка и интеграция, което ще увеличи времето за пускане на пазара. Ако персонализирането е важно, модулите предлагат по-голяма гъвкавост, но ще доведат до по-дълъг цикъл на проектиране и интеграция, особено там, където се изискват сертификати. За повечето дизайнерски екипи и двете опции ще бъдат по-бързи от създаването на напълно персонализирана схема.

По отношение на размера обаче, напълно персонализираната схема може лесно да осигури най-добрия вариант. Дизайнер, запознат със системните изисквания, може да изгради захранването около останалите платки. Това може да не е най-ефективният възможен проект по отношение на производителността ватове на кубичен сантиметър, но може да се съобрази с останалата част от системата по начин, който свежда до минимум обема, без да нарушава въздушния поток за охлаждане. Модулите често са проектирани да водят до намаляване на размера и разходите, като често се възползват от новите техники за капсулиране за намаляване на обема. Това се превръща в отличен избор, когато изискванията на целевата система съответстват на характеристиките на наличните модули.

Може да има ситуации, при които самите модули са индивидуално изключително компактни, но комбинацията, необходима за желаното приложение, води до неизползвани мощности и електропроводи, което в крайна сметка ще увеличи размера и общите разходи на решението. Въпреки това, сега има много опции за модули, предлагани от дистрибутори като Farnell, което ви помага да изберете комбинациите от модули, които най-добре отговарят на целевото приложение, по-лесно от всякога. Въпреки нарастващия брой опции за захранващи модули, ако целевият проект има специални изисквания, дизайнерският екип трябва да направи компромис с размера или комбинацията от модули с персонализиран дизайн за специални електропроводи.

Както при производителите на модули, доставчиците на серийни източници на напрежение на PSU могат да създадат изключително компактни продукти, базирани на оптимизирани производствени технологии. Следователно те често предлагат модели, които осигуряват висока плътност на мощността, изразена във ватове на кубичен сантиметър. Стандартните захранвания на рафта обаче трябва да бъдат често прекалено определени до известна степен, за да могат да се адаптират каталожни продукти към максималното използване на мощността на целевото приложение. Резултатът може да е по-голям форм-фактор от желания.

Гъвкавостта на дизайна може да бъде важен критерий за екипите, работещи върху семейства продукти. Това е ситуация, при която подходите, базирани на модули, могат да имат смисъл, тъй като е относително лесно да се сменят модули с минимален редизайн около околните вериги. Въпреки това, стандартните захранващи блокове (PSU) - въпреки че често се предлагат в по-големи или по-малки компилации - може да не отговарят на изисквания от приложението фактор на формата. Когато използвате персонализирано дизайнерско решение, екипът ще трябва да намери време за проектиране на всеки вариант, което може да забави графика на проекта.

По отношение на разходите има ясни разлики между разходите за разработка и тези, предлагани от стандартните решения.

Цената на стандартното захранване (PSU) обикновено ще бъде по-висока, отколкото в случай на модели, базирани на модули или по поръчка. Но стандартното готово за употреба решение има предимството от малки или никакви разходи за разработка, което може да бъде много важно за проекти с малък обем. Ако единичните цени ще повлияят твърде много на целевото приложение, опцията за персонализиран дизайн вероятно е тази, която предлага най-голямо предимство, въпреки че носи най-високите разходи за разработка.

Въпреки че потребителските схеми включват най-дългото време за разработка, производителите са разработили редица инструменти за поддръжка, които значително опростяват избора и дизайна на печатната платка на подходящи захранващи устройства. Пример е DC-DC EE-Sim Design Tool, разработен от Maxim Integrated. Чрез интуитивни блокове инженерът може да въведе специфични за приложението изисквания и да получи електрическа схема, резултати от симулацията на вериги и списък с материали в подкрепа на изпълнението.

Също така си струва да се отбележи, че няма ясни разлики между видовете енергийни решения. Доставчиците, като TDK-Lambda, използват техники на модулен дизайн, за да осигурят комфорта на серийните източници на захранване, с гъвкавостта и производителността на силно регулирани модули. В другия край на спектъра, доставчиците на компоненти се възползват от интеграцията на ниво капсула, за да доставят изключително сложни архитектури на захранването, открити преди това само в напълно капсулирани DC/DC преобразуватели.

Резултатът е широка гама от възможности, които дизайнерските екипи могат да вземат предвид при избора на най-добрата стратегия за захранване за техния проект. Всеки проект трябва да се оценява според собствените му възможности, като се използват критериите, описани по-горе. Внимателният анализ на изискванията ще разкрие коя точка по кривата - от серийното устройство до напълно персонализираното - най-добре отговаря на нуждите на приложението.

Автор:
Клиф Ортмайер, Глобален директор - Технически маркетинг, Фарнел