Si tengo un producto que requiere varios rieles de voltaje internamente, ¿por qué tiene sentido que mi fuente de alimentación externa solo suministre un solo riel?
Por ejemplo, si tengo un producto que requiere los siguientes rieles de suministro de CC internamente
- 5V @ 2A, 10W
- 3V3 @ 4A, 13W
- 1V8 @ 4A, 7W
y tener un adaptador externo de CA / CC, ¿cuáles son las razones para generar un solo voltaje más alto (por ejemplo, 24 V CC a 1,25 A, 30 W) dentro del adaptador cuando aún necesitaría reducir ese voltaje usando 3 convertidores de CC / CC dentro del producto ?
Los beneficios que veo para la regulación de dos etapas son: - Mejor regulación de línea debido a dos etapas de filtro - Menor costo para el enchufe / enchufe y cable de entrada de alimentación de CC debido a menos conductores - Menor costo para el enchufe / enchufe y cable de entrada de energía de CC debido a menor clasificación actual: mejor regulación de línea / carga debido a la colocación del suministro y la carga.
- Acoplamiento cruzado de ruido reducido debido a un solo voltaje en el cable
Los beneficios que veo para la regulación externa de una sola etapa son: - Menor costo de BoM debido a la eliminación de una etapa del regulador - Mayor eficiencia energética por la eliminación de una etapa del regulador - Mayor rendimiento térmico debido a la eliminación de una etapa del regulador - Todas las pérdidas del regulador ocurren fuera de El producto: tamaño reducido del producto debido a la eliminación de los reguladores (dentro del producto)
¿Hay algo más que me haya perdido?
Si las restricciones de diseño principales de un producto son el tamaño y la disipación de calor, ¿por qué no sería esta la opción lógica?
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Respuestas:
Hay muchas razones para esto, y no siempre es obvio.
Hace años era común que las fuentes de alimentación produjeran varios rieles. Por lo general, +12, +5 y -12v, pero otras variaciones eran comunes. Por lo general, la mayor parte de la energía estaba disponible en el riel de + 5v. + 12v tenía la segunda mayor cantidad de energía. Y -12v usualmente tenía menos.
Pero a medida que la lógica digital comenzó a funcionar desde voltajes más bajos, sucedieron varias cosas interesantes.
Lo más importante es que la corriente subió. No es una gran sorpresa, de verdad. 12 vatios a 12v son solo 1 amperio. ¡Pero 12 vatios a 1v requieren 12 amperios! Las CPU Intel modernas pueden requerir más de 50 amperios en algún lugar cerca de 1 voltio. Pero a medida que aumenta la corriente, también lo hace la caída de voltaje en los cables y, por lo tanto, se desperdicia energía. Si la fuente de alimentación se encuentra al final de un cable de 1 a 2 pies, las pérdidas de energía aumentan en comparación con si la fuente de alimentación se encuentra justo al lado de la carga. Además, tener una regulación de voltaje estricta se vuelve más problemático debido a los efectos inductivos del cable. Por lo tanto, lo más apropiado sería que saliera un voltaje más alto de la fuente de alimentación de CA / CC y luego regularlo a un voltaje más bajo en la carga. La industria parece estar usando + 12v como ese voltaje de distribución de energía más alto,
La otra cosa es que la cantidad de rieles de potencia requeridos en una PCB se ha vuelto grande. Un sistema reciente que diseñé tiene los siguientes rieles: + 48v, +15, +12, +6, +3.3, +2.5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0 y -15v. ¡Son once rieles de energía! Muchos de ellos fueron para circuitos analógicos, pero seis de ellos fueron solo para lógica digital. Y a medida que se desarrollan nuevos chips, el número de rieles de alimentación aumenta y los voltajes disminuyen.
Lo que esto le ha hecho a la industria de suministro de energía de CA / CC es que están estandarizando los suministros con un solo riel de salida, y ese riel generalmente es + 12v, + 24v o + 48v-- con + 12v siendo el más común con mucho . Desde que todos comenzaron a hacer convertidores DC / DC locales en su PCB, y la mayoría tomaba +12v, esto tiene más sentido. Además, debido a los volúmenes de suministros que se fabrican, un solo suministro de salida de +12v es mucho más fácil de conseguir y más barato que casi cualquier otro suministro.
Por supuesto, hay otros factores que no deben ignorarse. Sin embargo, es difícil acordar mucho menos explicar su impacto. Los tocaré brevemente a continuación ...
Cuando una compañía de PS tiene que decidir qué rieles fabricar, terminarán con tantas variaciones que también podrían construir suministros personalizados. A menos que se estandaricen en solo un par de voltajes comunes con una sola salida.
Cuando un PS tiene múltiples salidas, la corriente suministrada en cada salida generalmente es incorrecta. Incluso solo los suministros +5, +12 y -12 solían ser que la mayor parte de la corriente estaba en el carril + 5v. Pero hoy estaría en el riel de + 12v debido a todos los suministros de carga en el punto aguas abajo. Agregue las variaciones sobre cómo se distribuye la energía a los diferentes rieles a las opciones de voltaje ya enormes y para un suministro simple de 3 salidas, podría terminar fácilmente con cientos o miles de variaciones sobre cómo configurar el suministro.
Al construir suministros, el volumen importa. Cuanto más ganes, más baratos pueden ser. Si tiene cientos de variaciones de un suministro, entonces ha dividido su volumen para cualquier variación entre 100. Eso significa que su costo ha aumentado significativamente. Pero si construye 4 variaciones, entonces el volumen puede permanecer alto y el costo bajo.
Si tiene una necesidad específica de lo que será un producto de alto volumen, es común tener un suministro completamente personalizado. En este caso, un suministro de múltiples salidas podría tener sentido.
Múltiples suministros de salida tienden a regular solo un riel, y permiten que los otros rieles sigan a ese y tengan especificaciones de regulación más flexibles. Esto puede no importar para algunos, pero para los rieles de bajo voltaje utilizados por la lógica digital moderna, esto puede ser mortal.
Así que ahí lo tienes: los suministros de un solo carril se están volviendo cada vez más populares debido a los avances tecnológicos, la ley de ohmios y la economía.
Actualización: estaba hablando de fuentes de alimentación en general. Los mismos conceptos básicos se aplican tanto a los suministros internos como a los externos.
fuente
En primer lugar, la regulación de 24 V a 5 V requiere una regulación de conmutación, de lo contrario estaría quemando P = 19 · I vatios. A veces se necesita una regulación lineal, que exigiría una caída de voltaje mucho menor.
En cuanto a por qué no suele ver fuentes de alimentación con salidas de 5, 3.3 y 1.8 V, para elegir su ejemplo, hay muchas razones:
Sus valores son comunes, pero no exactamente un estándar. ¿Qué sucede cuando alguien más quiere agregar un riel de 1.2 V, o 1.5 V, o ...?
Si diseñara una línea de suministro de energía que cubra los 10 voltajes de riel más comunes y ofrezca todas las combinaciones posibles, sería:
¡Eso es 1,023 opciones! (2 N -1, donde N = 10 aquí.)
Ponte en el lugar del fabricante.
Su desafío: hacer más de mil productos voluminosos diferentes que difieren en formas que no se automatizan fácilmente. Usted podría diseñar software que llevaría los parámetros de entrada y escupir un diseño de la placa y la lista de materiales, pero es probablemente más barato que pagar un pobre ingeniero para moler a través de las opciones.
Esas más de mil fuentes de alimentación deben ser enviadas, almacenadas y reenviadas por la cadena de suministro.
Algunos serán más populares que otros, por lo que muchos estarán agotados a veces, y cuando estén en stock, ocuparán mucho espacio en los estantes, por lo que serán doblemente caros, lo que reduce aún más la demanda, lo que aumenta el costo , cuales...
Algunas combinaciones de voltajes ferroviarios serán tan impopulares que ninguno de los distribuidores las almacenará, por lo que debe ofrecerlas solo bajo demanda. Eso es efectivamente fabricación personalizada, lo que significa que tendrá que cobrarle al cliente más de lo que le costaría construirlo ellos mismos.
Al final, te quedas sin trabajo.
Puede reducir en gran medida la cantidad de artículos para almacenar reduciendo N arriba. Con N = 5 opciones de riel, solo tiene que diseñar, construir, distribuir y reenviar 31 productos diferentes. Pero ahora se pierde muchas de las opciones deseadas, por lo que apenas está mejor que la mayoría de sus competidores, que solo envían combinaciones de 1-3 ferrocarriles, pero sus costos son más altos, por lo que vuelve a cerrar.
Habla de ahorrar dinero si la fuente de alimentación externa tiene los rieles necesarios, pero en realidad no ahorra dinero. Para proporcionar los rieles deseados, aún debe tener los reguladores. Simplemente viven dentro de la fuente de alimentación ahora.
Si cree que esto no importa, compare los precios de las fuentes de alimentación reguladas frente a las no reguladas. Una verruga de pared común no regulada cuesta alrededor de $ 6, mientras que una versión regulada podría duplicar eso o más.
Si coloca los reguladores dentro de la fuente de alimentación, están lejos del punto de carga, por lo que tiene que lidiar con las caídas de IR. Esto puede ser un gran problema cuando las corrientes se elevan, como sucede a menudo cuando los voltajes disminuyen. Mucho mejor para regular cerca del punto de carga.
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Si estuviera diseñando algo que necesitara varios rieles de alimentación diferentes, mi intuición me llevaría a tener todos los circuitos de alimentación alimentados desde una fuente externa.
La razón principal es que me ahorra el problema, durante el diseño de tener tres o cuatro fuentes de alimentación alimentando el prototipo. Hay otras razones también: -
Probablemente también sea más fácil encontrar una verruga de pared lista para usar.
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