Pourquoi les adaptateurs CA / CC externes sont-ils presque toujours à rail d'alimentation unique?

Si j'ai un produit qui nécessite plusieurs rails de tension en interne, pourquoi est-il logique que mon alimentation externe ne source qu'un seul rail.

Par exemple, si j'ai un produit nécessitant en interne les rails d'alimentation CC suivants

• 5V @ 2A, 10W
• 3V3 @ 4A, 13W
• 1V8 @ 4A, 7W

et ayant un adaptateur AC / DC externe, quelles sont les raisons pour générer une seule tension plus élevée (par exemple 24VDC @ 1.25A, 30W) dans l'adaptateur alors que je devrais encore abaisser cette tension en utilisant 3 convertisseurs DC / DC dans le produit ?

Les avantages que je constate pour la régulation à deux étages sont les suivants: - Meilleure régulation de la ligne grâce à deux étages de filtre - Coût inférieur pour la prise / prise et le câble d'entrée d'alimentation CC en raison de moins de conducteurs - Coût inférieur pour la prise / prise et le câble d'entrée d'alimentation CC en raison de la baisse courant nominal - Meilleure régulation ligne / charge grâce à la colocation de l'alimentation et de la charge.
- Réduction du bruit de couplage croisé en raison de la tension unique dans le câble

Les avantages que je constate pour la régulation externe à un étage sont les suivants: - Coût BoM inférieur en raison de la suppression d'un étage de régulateur - Augmentation de l'efficacité énergétique de la suppression d'un étage de régulateur - Performances thermiques accrues en raison de la suppression d'un étage de régulateur - Toutes les pertes de régulateur se produisent en dehors de le produit - Taille du produit réduite en raison de la suppression des régulateurs (dans le produit)

Y a-t-il autre chose que j'ai manqué?

Si les contraintes de conception principales d'un produit sont la taille et la dissipation thermique, pourquoi ne serait-ce pas le choix logique?

Il y a plusieurs raisons à cela, et ce n'est pas toujours évident.

Il y a des années, il était courant que les alimentations produisent plusieurs rails. Habituellement +12, +5 et -12v, mais d'autres variations étaient courantes. En règle générale, la plupart de la puissance était disponible sur le rail + 5v. + 12v avait la deuxième plus grande puissance. Et -12v avait généralement le moins.

Mais alors que la logique numérique commençait à fonctionner à partir de tensions plus basses, plusieurs choses intéressantes se sont produites.

Le plus gros, c'est que le courant a augmenté. Pas vraiment une grande surprise. 12 watts à 12v est juste 1 ampère. Mais 12 watts à 1v nécessitent 12 ampères! Les processeurs Intel modernes peuvent nécessiter plus de 50 ampères à environ 1 volt. Mais au fur et à mesure que le courant augmente, la tension chute dans les fils, et donc l'énergie est gaspillée. Si l'alimentation est située à l'extrémité d'un câble de 1 à 2 pieds, vos pertes de puissance deviennent importantes par rapport à si l'alimentation est située juste à côté de la charge. De plus, une régulation de tension stricte devient plus problématique en raison des effets inductifs du câble. Donc, la chose appropriée à faire serait de faire sortir une tension plus élevée de l'alimentation AC / DC, puis de la réguler jusqu'à une tension plus basse à la charge. L'industrie semble utiliser + 12v comme tension de distribution d'énergie plus élevée,

L'autre chose est que le nombre de rails d'alimentation requis sur un PCB est devenu important. Un système récent que j'ai conçu a les rails suivants: + 48v, +15, +12, +6, +3,3, +2,5, +1,8, +1,5, +1,2, +1,0 et -15v. C'est onze rails d'alimentation! Beaucoup d'entre eux concernaient des circuits analogiques, mais six d'entre eux concernaient uniquement la logique numérique. Et à mesure que de nouvelles puces sont développées, le nombre de rails d'alimentation augmente et les tensions diminuent.

Ce que cela a fait à l'industrie de l'alimentation électrique AC / DC, c'est qu'ils normalisent les alimentations avec un seul rail de sortie, et que ce rail est généralement + 12v, + 24v ou + 48v - avec + 12v étant de loin le plus courant . Puisque tout le monde a commencé à faire des convertisseurs DC / DC locaux sur leur PCB, et que la plupart prennent du + 12v, cela a le plus de sens. En outre, en raison des volumes de fournitures en cours, une seule alimentation +12 V est beaucoup plus facile à obtenir et moins chère que n'importe quelle autre alimentation.

Il y a, bien sûr, d'autres facteurs à ne pas ignorer. Cependant, il est difficile de se mettre d'accord sur beaucoup moins d'expliquer leur impact. Je vais les aborder brièvement ci-dessous ...

Lorsqu'une entreprise PS doit décider des rails à fabriquer, elle se retrouve avec autant de variations qu'elle pourrait tout aussi bien construire des fournitures sur mesure. À moins qu'ils ne standardisent sur quelques tensions communes avec une seule sortie.

Lorsqu'un PS a plusieurs sorties, le courant fourni sur chaque sortie est généralement incorrect. Même juste les alimentations +5, +12 et -12, la plupart du courant était sur le rail + 5v. Mais aujourd'hui, ce serait sur le rail + 12v à cause de tout le point en aval des alimentations de charge. Ajoutez les variations sur la façon dont la puissance est distribuée aux différents rails aux options de tension déjà énormes et pour une alimentation simple à 3 sorties, vous pourriez facilement vous retrouver avec des centaines ou des milliers de variations sur la façon de configurer l'alimentation.

Lors de la construction de fournitures, le volume compte. Plus vous gagnez, moins ils peuvent être chers. Si vous avez cent variations d'une offre, vous avez divisé votre volume pour une variation par 100. Cela signifie que votre coût a considérablement augmenté. Mais si vous créez 4 variantes, le volume peut rester élevé et coûter bas.

Si vous avez un besoin spécifique pour ce qui sera un produit à haut volume, il est courant d'avoir un approvisionnement entièrement personnalisé. Dans ce cas, une alimentation à sorties multiples peut avoir du sens.

Les alimentations à sorties multiples ont tendance à réguler un seul rail et permettent aux autres rails de suivre celui-ci et ont des spécifications de régulation plus lâches. Cela peut ne pas avoir d'importance pour certains, mais pour les rails basse tension utilisés par la logique numérique moderne, cela peut être un tueur.

Alors voilà: les fournitures à rail unique deviennent de plus en plus populaires en raison des progrès technologiques, de la loi des ohms et de l'économie.

Mise à jour: je parlais des alimentations en général. Les mêmes concepts de base s'appliquent aux fournitures internes ou externes.

Tout d'abord, la régulation de 24 V à 5 V nécessite à peu près une régulation de commutation, sinon vous brûleriez P = 19 · I watts. Parfois, vous avez besoin d'une régulation linéaire, qui nécessiterait une chute de tension beaucoup plus faible.

Quant à savoir pourquoi vous ne voyez pas souvent d'alimentations avec sorties 5, 3,3 et 1,8 V, pour choisir votre exemple, il y a beaucoup de raisons:

• Vos valeurs sont communes, mais pas exactement une norme. Que se passe-t-il lorsque quelqu'un d'autre souhaite ajouter un rail 1,2 V, 1,5 V ou ...?

  Si vous deviez concevoir une ligne d'alimentation qui couvre les 10 tensions de rail les plus courantes et offrir toutes les combinaisons possibles, ce serait:

  • rail simple tension : 10 choix
  • deux rails de tension : 45 choix
  • trois : 120 choix
  • quatre : 210 choix
  • cinq : 252 choix
  • six : 210 choix
  • sept : 120 choix
  • huit : 45 choix
  • neuf des 10 options ferroviaires : 10 choix
  • les 10 ensemble : 1 choix

  C'est 1023 choix! (2 ^N -1, où N = 10 ici.)

  Mettez-vous à la place du fabricant.

  Votre défi: créer plus d'un millier de produits volumineux différents qui diffèrent par des moyens qui ne sont pas facilement automatisés. Vous pouvez concevoir un logiciel qui prendrait les paramètres d'entrée et cracherait une disposition de carte et une nomenclature, mais il est probablement moins cher de payer un pauvre ingénieur pour parcourir les options.

  Ces milliers d'alimentations doivent ensuite être expédiées, stockées et réexpédiées par la chaîne d'approvisionnement.

  Certains seront plus populaires que d'autres, donc beaucoup seront parfois en rupture de stock, et lorsqu'ils seront en stock, occuperont beaucoup d'espace de stockage, ils seront donc doublement chers, ce qui fait encore baisser la demande, ce qui augmente les coûts , lequel...

  Certaines combinaisons de tensions ferroviaires seront si impopulaires qu'aucun des distributeurs ne les stockera, vous devez donc les proposer sur demande uniquement. Il s'agit en fait d'une fabrication sur mesure, ce qui signifie que vous devrez facturer au client plus qu'il ne lui en coûterait pour le construire lui-même.

  En fin de compte, vous faites faillite.

  Vous pouvez réduire considérablement le nombre d'articles à stocker en réduisant N ci-dessus. Avec N = 5 choix de rails, vous n'avez qu'à concevoir, construire, distribuer et réexpédier 31 produits différents. Mais maintenant, vous passez à côté de nombreux choix souhaités, vous n'êtes donc guère mieux que la plupart de vos concurrents, qui expédient uniquement 1 à 3 combinaisons de rails, mais vos coûts sont plus élevés, vous devez donc à nouveau fermer vos portes.

• Vous parlez d'économiser de l'argent si l'alimentation hors-bord avait les rails nécessaires, mais vous n'économisez pas réellement. Pour fournir les rails souhaités, vous devez toujours avoir les régulateurs. Ils vivent maintenant à l'intérieur de l'alimentation.

  Si vous pensez que cela n'a pas d'importance, comparez les prix des alimentations réglementées et non réglementées. Une verrue murale non réglementée commune coûte environ 6 $, tandis qu'une version réglementée pourrait être le double ou plus.

• Si vous placez les régulateurs à l'intérieur de l'alimentation, ils sont loin du point de charge, vous avez donc des chutes IR à affronter. Cela peut être très important lorsque les courants deviennent élevés, comme cela arrive souvent lorsque les tensions deviennent faibles. Mieux vaut régler près du point de charge.

Si je concevais quelque chose qui nécessitait plusieurs rails d'alimentation différents, mon intuition me pousserait à faire alimenter tous les circuits d'alimentation à partir d'une seule source externe.

La raison principale est que cela me sauve la peine, lors de la conception d'avoir trois ou quatre alimentations alimentant le prototype. Il y a aussi d'autres raisons: -

1. Il peut y avoir des problèmes de synchronisation de l'alimentation qui doivent être contrôlés dans le produit cible
2. EMC - probablement beaucoup plus facile à concevoir pour répondre aux réglementations avec une seule alimentation entrante
3. Les câbles et les connecteurs sont une source de manque de fiabilité et le fait d'avoir une seule alimentation améliore la fiabilité prise dans son ensemble.

Il est probablement plus facile de trouver une verrue murale standard.