¿Por qué los adaptadores de CA / CC externos son casi siempre un solo riel de suministro?

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Si tengo un producto que requiere varios rieles de voltaje internamente, ¿por qué tiene sentido que mi fuente de alimentación externa sea la única fuente de un solo riel?

Por ejemplo, si tengo un producto que requiere internamente los siguientes rieles de suministro de CC

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

y teniendo un adaptador de CA / CC externo, ¿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 todavía tendría que reducir ese voltaje utilizando 3 convertidores CC / CC? dentro del producto?

Los beneficios que veo para la regulación en dos etapas son, - Mejor regulación de la línea debido a dos etapas de filtro. - Menor costo para el enchufe / enchufe y cable de entrada de alimentación de CC debido a la menor cantidad de conductores - Menor costo para el enchufe / zócalo y cable de entrada de alimentación de CC debido a la menor corriente nominal - Mejor regulación de línea / carga debido a la colocación de suministro y carga.
- Reducción del ruido de acoplamiento cruzado 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 de regulador - Incremento de la eficiencia energética de la eliminación de una etapa de regulador - Mayor rendimiento térmico debido a la eliminación de una etapa de regulador - Todas las pérdidas del regulador ocurren fuera del producto. - Tamaño reducido del producto debido a la eliminación de los reguladores (dentro del producto)

¿Hay algo más que me haya perdido?

Si las limitaciones principales de diseño de un producto son el tamaño y la disipación del calor, ¿por qué no sería esta la opción lógica?

    
pregunta Steve

3 respuestas

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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 fueron comunes. Normalmente, la mayor parte de la potencia estaba disponible en el riel + 5v. + 12v tenía la segunda mayor cantidad de potencia. Y -12v usualmente tiene lo menos.

Pero cuando la lógica digital comenzó a funcionar con 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 es solo 1 amp. ¡Pero 12 vatios a 1v requieren 12 amperios! Las CPU modernas de Intel podrían requerir más de 50 amperios en algún lugar cercano a 1 voltio. Pero a medida que aumenta la corriente, también lo hace la caída de voltaje en los cables, y así se desperdicia la energía. Si la fuente de alimentación se encuentra al final de un cable de 1 o 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 ajustada se vuelve más problemático debido a los efectos inductivos del cable. Por lo tanto, lo más apropiado sería tener un voltaje más alto que salga 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 mayor voltaje de distribución de potencia, aunque otros voltajes no son desconocidos.

La otra cosa es que la cantidad de rieles de alimentación requeridos en una PCB ha aumentado. Un sistema reciente que diseñé tiene los siguientes carriles: + 48v, +15, +12, +6, +3.3, +2.5, +1.8, +1.5, +1.2, +1.0 y -15v. Eso es once carriles de energía! Muchos de ellos eran para circuitos analógicos, pero seis de ellos eran 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 la fuente de alimentación de CA / CC es que están estandarizando los suministros con un solo riel de salida, y ese riel generalmente es de + 12v, + 24v, o + 48v, siendo + 12v el más común por mucho Ya que todos empezaron a hacer conversores locales de CC / CC en su PCB, y la mayoría de los cuales toman +12v, esto tiene más sentido. Además, debido a los volúmenes de suministros que se hacen, un solo suministro de + 12v es mucho más fácil de conseguir y más barato que cualquier otro suministro.

Por supuesto, hay otros factores que no deben ignorarse. Sin embargo, es difícil acordar mucho menos explicar su impacto. Solo los tocaré brevemente a continuación ...

Cuando una empresa de PS tiene que decidir qué rieles fabricar terminará con tantas variaciones que también podrían crear suministros personalizados. A menos que se estandaricen en solo un par de voltajes comunes con una sola salida.

Cuando un PS tiene varias salidas, la corriente suministrada en cada salida suele ser incorrecta. Incluso solo los suministros +5, +12 y -12 solían ser que la mayor parte de la corriente estaba en el riel + 5v. Pero hoy estaría en el riel de + 12v debido a todos los puntos de suministro de carga aguas abajo. Agregue las variaciones sobre cómo se distribuye la energía a los diferentes rieles a las ya enormes opciones de voltaje y para un simple suministro 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 gane, más baratos pueden ser. Si tiene cien variaciones de un suministro, entonces ha dividido su volumen por cualquier variación por 100. Eso significa que su costo ha aumentado significativamente. Pero si crea 4 variaciones, el volumen puede permanecer alto y su costo es bajo.

Si tiene una necesidad específica de lo que será un producto de gran volumen, es común tener un suministro completamente personalizado. En este caso, una fuente de salida múltiple podría tener sentido.

Los suministros de salida múltiple tienden a regular solo un riel, y permiten que los otros rieles sigan a ese y tienen especificaciones de regulación más flexibles. Puede que esto no sea importante para algunos, pero para los rieles de bajo voltaje utilizados por la lógica digital moderna, esto puede ser un asesino.

Así que ya está: los suministros de un solo riel son 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 a los suministros internos o externos.

    
respondido por el user3624
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En primer lugar, la regulación de 24 V a 5 V prácticamente requiere regulación de conmutación, de lo contrario estaría quemando P = 19 · I watts. A veces necesitas una regulación lineal, lo que exigiría una caída de voltaje mucho menor.

En cuanto a por qué no suele ver las 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 son 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:

    • línea de tensión única : 10 opciones
    • cualquiera de los dos rieles de voltaje : 45 opciones
    • cualquiera de las tres : 120 opciones
    • cualquiera de las cuatro : 210 opciones
    • cualquiera de las cinco : 252 opciones
    • cualquiera de las seis : 210 opciones
    • cualesquiera siete : 120 opciones
    • cualquiera de las ocho : 45 opciones
    • nueve de las 10 opciones ferroviarias : 10 opciones
    • los 10 juntos : 1 opción

    Eso es 1.023 opciones! (2 N -1, donde N = 10 aquí.)

    Ponte en los zapatos del fabricante.

    Su desafío: haga más de mil productos voluminosos diferentes que se diferencian en formas que no son fáciles de automatizar. Usted podría diseñar un software que tomaría los parámetros de entrada y escupiría el diseño de la placa y la lista de materiales, pero probablemente sea más barato pagarle a un ingeniero pobre para que analice las opciones.

    Esas cadenas de suministro deben enviar, almacenar y reenviar esas más de mil fuentes de alimentación.

    Algunos serán más populares que otros, por lo que muchos estarán agotados en ocasiones, y cuando estén en stock, ocuparán una gran cantidad de espacio en los estantes, por lo que serán doblemente costosos, lo que reducirá aún más la demanda, lo que aumenta el costo, que ...

    Algunas combinaciones de voltajes de riel serán tan impopulares que ninguno de los distribuidores las almacenará, por lo que tiene que ofrecerlas solo a pedido. Eso es, efectivamente, fabricación personalizada, lo que significa que tendrá que cobrarle al cliente más de lo que costaría construirlo ellos mismos.

    Al final, sales del negocio.

    Puede reducir la cantidad de artículos para almacenar en gran medida reduciendo N arriba. Con N = 5 opciones ferroviarias, solo tiene que diseñar, construir, distribuir y reenviar 31 productos diferentes. Pero ahora se pierde muchas opciones deseadas, por lo que apenas está mejor que la mayoría de sus competidores, que solo envían 1-3 combinaciones de rieles, pero sus costos son más altos, por lo que vuelve a cerrar el negocio.

  • Usted habla de ahorrar dinero si la fuente de alimentación eléctrica fuera del tablero tiene los rieles necesarios, pero en realidad no ahorra dinero. Para proporcionar los rieles deseados, todavía tiene que tener los reguladores. Ahora solo viven dentro de la fuente de alimentación.

    Si cree que esto no importa, compare los precios de los suministros de energía regulados y no regulados. Una verruga de pared no regulada común cuesta alrededor de $ 6, mientras que una versión regulada puede duplicar eso o más.

  • Si coloca los reguladores dentro de la fuente de alimentación, están lejos del punto de carga, por lo que debe hacer frente a las caídas de IR. Esto puede ser un gran problema cuando las corrientes aumentan, como sucede a menudo cuando los voltajes se reducen. Es mucho mejor regular cerca del punto de carga.

respondido por el Warren Young
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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 que alimentan el prototipo. También hay otras razones: -

  1. Es posible que haya problemas de sincronización de energía que deban controlarse dentro del producto objetivo
  2. EMC: probablemente mucho más fácil de diseñar para cumplir con las regulaciones con un suministro entrante
  3. Los cables y conectores son una fuente de falta de confiabilidad y tener un solo suministro mejora la confiabilidad tomada como un sistema completo.

Probablemente también sea más fácil encontrar una verruga de pared lista para usar.

    
respondido por el Andy aka

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